Для гашения дуги необходимо создать условия, при которых падение напряжения на дуге превосходило бы напряжение сети.
Таким образом, дугу можно гасить:
- Увеличивая ее длину (растягивая).
- Воздействуя на ее ствол и добиваясь повышения продольного градиента напряжения.
- Используя околоэлектродные падения напряжения.
- Увеличивая скорость и давление внутри дуги.
1)
v
H
I
H
v
I
v
I
I
I
I
H
N
S
H
v
Гашение дуги в магнитном поле.
В магнитном поле сила, действующая на единицу длинны дуги:
F1=I·H, где I – ток в дуге;
H – напряжение магнитного поля.
Сила сопротивления движению при равномерном перемещении дуги:
F2=k·v2
F1=F2; I·H=k2v2;
Поле гашения создается самим током.
H=k1·I, тогда =k·I
k – коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально.
I
I
I
lд
v
H
v
lд
I
II
III
l1
l2
0
lд – расстояние между контактами (длина дуги).
I – 0<lд<l1=0,5…1 мм. Скорость движения мала, существует перешеек из расплавленного металла.
II – l1<lд<l2 – резкое возрастание скорости с увеличением дуги. Разрыв расплавленного металла.
III – lд>l2 – снижение скорости.
2) Гашение дуги в продольных щелях.
При конструировании дугогасящих устройств ставится следующая задача:
- Гасить дугу в малом объеме;
- При малом звуковом и световом эффекте;
- За малое время;
- При малом износе контактов;
- При заданных перенапряжениях.
Продольной называется щель, ось которой совпадает по направлению с осью ствола дуги.
Широкой называется щель, ширина которой значительно больше диаметра ствола дуги. Узкой называется щель, ширина которой меньше диаметра дуги.
δ
I
II
III
δкр
0
v
H1
H3
H2
δ – ширина дуги.
H1>H2>H3
I = const
I. В широких щелях скорость почти не зависит от ширины щели. По мере сужения ширины щели скорость возрастает.
II. В узких щелях скорость растет
III. При δ>δкр. Скорость дуги падает вплоть до ее остановки. В узкой щели дуга деформирована и плотно прижата к стенкам. Причиной остановки дуги являются тепловые явления у стенок камеры: стенки разогреваются, на них появляется контактные перешейки.
δ
Ед В/см
I1
I3
I2
Зависимость продольного градиента Ед=f (δ)
I1>I2>I3
H = const
Т.о для получения интенсивного гашения дуги в малом объеме ширину зазора надо уменьшать. Ограничение связано с движением дуги в узких щелях.
Градиент напряжения не зависит от скорости. Наличие ребер, прорезей повышает напряжение на дуге, охлаждает дугу.
3) Гашение дуги высоким давлением.
Проводимость дугового промежутка зависит от степени ионизации газа. При постоянной температуре степень ионизации:
> , т.е. падает с ростом давления.
Это означает, что для проведения того же тока при более высоком давлении необходимо приложить более высокое напряжение. Продольный градиент напряжения в дуге возрастает с ростом давления.
С ростом давления возрастает теплопроводность газа. При прочих равных условиях это приводит к усиленному охлаждению дуги и к увеличению градиента напряжения в ней.
В устойчиво горящей дуге: k=1/3.
Ep=E0·pk·10-k
E0 – градиент напряжения при нормальном напряжении.
При дуге отключения k=0,5…1.
Применяется способ в плавких предохранителях – давление создается самой дугой в замкнутом объеме.
4) Гашение дуги в масле.
Применяется в выключателях переменного тока высокого напряжения. Контакты погружаются в масло, при разрыве контактов возникает дуга, которая приводит к интенсивному испарению масла. Вокруг дуги образуется газовая оболочка, газы перемещаются с огромной скоростью, вызывая перемешивание холодного и горячего воздуха в пузыре, дуга охлаждается, происходит деионизация дугового промежутка.
Быстрое разложение масла приводит к повышению давления внутри пузыря, что способствует гашению дуги.
Различают масляные выключатели по следующим признакам:
1) Дуговые устройства с автодутьем за счет энергии самой дуги;
2) С принудительным импульсным масляным дутьем;
3) С магнитным гашением дуги в масле. Под влиянием магнитного поля дуга перемещается в узкие, наполненные маслом, щели.
5) Гашение дуги в дугогасящих решетках.
Над контактами ЭА устанавливаются неподвижные изолированные друг от друга металлические пластины, образующие дугогасящую решетку. Возникающая при отключении дуга загоняется в эту решетку, где разбивается на ряд коротких дуг.
У каждой пластины решетки возникает околоэлектродное падение напряжения.
а) Гашение дуги постоянного тока.
Напряжение на дуге в решетке Uд.р.:
Uд.р.=Uд.о.+Uэ·m
Uд.о – напряжение открытой дуги;
Uэ – электродное падение напряжения;
m – число пластин.
Статические ВАХ.
U
I
2
1
Uд.р
Uэ.т
Uд.о
1 – ВАХ открытой дуги;
2 – ВАХ дуги в решетке.
б) Гашение дуги переменного тока.
При переменном токе можно использовать меньшее чисто пластин, чем при постоянном, так как ток проходит через 0. В это времяокотокатодное пространство приобретает электрическую прочность 150-250 В. Решетка действует эффективнее.
Для вхождения дуги в решетку она должна быть из магнитного материала (сталь), что удешевляет конструкцию. При переменном токе вихревые токи отталкивают дугу от решетки (при 50 Гц пренебрегают), при частоте f > 50 Гц – силы взаимодействия отталкивают дугу от решетки.
Выводы:
1) Для гашения дуги необходимо создать условия, при которых падение напряжения на дуге превосходило бы напряжение сети. Для этого применяют:
· Увеличивают длину дуги;
· Повышают продольный градиент напряжения, воздействуя на ствол дуги;
· Используют околоэлектродное падение напряжения;
· Увеличивают скорость и давление дуги.
2) Чаще всего применяют комплексные методы гашения дуги.
Раздел 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ.
=k·I
, т.е. падает с ростом давления.