Дугогасительные устройства электрических аппаратов

Дугогасительные устройства электрических аппаратов

Условия гашения электрической дуги. При размыкании контактов электрического аппарата, осуществляющего отключение электричес­кой цепи в нормальном или аварийном режиме, возникает электричес­кая дуга. Для ионизации пространства между контактами и аозникно-вения дуги необходимо, чтобы напряжение между ними было не менее 15—30 В и ток в цепи был не менее 80—100 мА. Для гашения дуги при постоянном токе необходимо, чтобы падение напряжения в дуге было больше приложенного к ней напряжения. Основным средством повыше­ния падения напряжения в дуге является увеличение длины дуги. При размыкании цепей низкого напряжения со сравнительно небольшими токами гашение обеспечивается соответствующим выбором раствора контактов, между которыми возникает дуга. В этом случае дуга гас­нет без каких-либо дополнительных устройств. Для контактов, разры­вающих силовые цепи, необходимая для гашения длина дуги настоль­ко велика, что практически осуществить такой раствор контактов не­возможно. В таких электрических аппаратах устанавливают специ­альные дугогасительные устройства.

При горении дуги переменного тока условия ее гашения оказыва­ются значительно более легкими, так как ток в определенные моменты времени проходит через нулевые значения. Процесс деионизации про­странства между контактами не заканчивается к моменту перехода тока через первое нулевое значение, вследствие чего дуга снова зажигается. Окончательное гашение дуги происходит только после ряда повторных зажиганий во время одного из последующих переходов тока через ну­левое значение.

Способы гашения дуги могут быть различные, но все они основыва­ются на следующих принципах: принудительное удлинение дуги; ох­лаждение межконтактного промежутка воздухом или газом; разделе­нием дуги на ряд отдельных дуг. При удлинении дуги и удалении ее от контактов происходит увеличение падения напряжения в столбе дуги и напряжение, приложенное к контактам, становится недостаточ­ным для поддержания дуги. Охлаждение межконтактного промежутка вызывает повышенную теплоотдачу столба дуги в окружающее прост­ранство, вследствие чего ионизированные частицы, перемещаясь из внутренней части дуги на ее поверхность, ускоряют процесс деионизации. Разделение дуги на ряд отдельных коротких дуг приводит к повы­шению суммарного падения напряжения в них и приложенное к кон­тактам напряжение становится недостаточным для устойчивого под­держания дуги, поэтому происходит ее гашение.

Дугогасительные устройства. Принцип гашения путем удлинения дуги используется в аппаратах с «защитными рогами» и в разъедини­телях. Электрическая дуга 5 (рис. 117, а), возникающая между контак­тами 1 и 2 при их размыкании, поднимается вверх под действием усилия F_B, создаваемого потоком нагретого ею воздуха, растягивается и удли­няется на расходящихся неподвижных рогах 3 и 4, что приводит к ее гашению. Удлинению и гашению дуги способствует также электроди­намическое усилие F_э, создаваемое в результате взаимодействия тока дуги с возникающим вокруг нее магнитным полем. В этом случае дуга является проводником с током, находящимся в магнитном поле (рис. 117, б), которое стремится вытолкнуть его из пределов поля.

Для увеличения электродинамического усилия F_э, действующего на дугу, в цепь одного из контактов в ряде случаев включают специаль­ную ду го гасительную катушку с ферромагнитным магнитопроводом (рис. 118), создающую в зоне дугообразования сильное магнитное поле, магнитный поток которого Ф, взаимодействуя с током I дуги, обеспе­чивает интенсивное выдувание дуги. Быстрое перемещение дуги вызы­вает ее интенсивное охлаждение, что также способствует ее деионизации и гашению.

Для охлаждения электрической дуги с последующим ее гашением служат различные дугогасительные камеры. Электрическая дуга 2 (рис. 119, а) под действием магнитного поля и потока воздуха попадает в узкие щели или лабиринт камеры 1, где она соприкасается с ее стен­ками и перегородками 5 (рис. 119, б), отдает им тепло и гаснет. Широкое применение в электрических аппаратах находят лабиринтно-щелевые камеры (рис. 119, в), где дуга удлиняется не только путем растяги­вания между контактами, но и вследствие ее зигзагообразного искривления между перегородками камеры.

К дугогасительным устройствам, действие которых основано на разделении дуги на ряд коротких дуг, относят деионную решетку 2 (рис. 120, а), встроенную внутрь дугогасительной камеры 1, Деионная решетка состоит из ряда отдельных пластин, изолированных друг от друга. Электрическая дуга 4, возникшая между размыкающимися кон­тактами 3 и 5 (рис. 120, б), разделяется решеткой на ряд более корот­ких дуг, соединенных последовательно. Для поддержания горения дуги без ее разделения требуется напряжение U, равное сумме околоэлект­родного (анодного и катодного) падения напряжения U_э и падения на­пряжения в столбе дуги U_CT. При разделении одной дуги на п корот­ких дуг суммарное падение напряжения в столбе всех коротких дуг по-прежнему будет равно U_СТ, как и у одной общей дуги, но суммарное околоэлектродное падение напряжения во всех дугах будет равно nU_э. Поэтому для поддержания горения дуги в этом случае потребуется на­пряжение U = U_СТ + пU_э. Число дуг п равное числу пластин решет­ки, может быть выбрано таким, чтобы возможность устойчивого горе­ния дуги при данном напряжении была полностью исключена. При переходе переменного тока через нулевое значение для поддержания дуги требуется напряжение 150—250 В. В связи с этим число пластин решетки, может быть выбрано значительно меньшим, чем при постоянном токе. Условия гашения электрической дуги определяют отключающую спо­собность защитных аппаратов. Она характеризуется наибольшим то­ком, который может отключить аппарат с определенным временем гашения дуги.