2.1. Способы гашения электрической дуги

Задача дугогасительных устройств состоит в том, чтобы обеспечить гашение дуги за малое время с допустимым уровнем перенапряжений при малом износе частей аппарата, при минимальном объёме раскалённых газов, с минимальным звуковым и световым эффектами.

Среди многообразия способов гашения электрической дуги наибольшее распространение получили:

• механическое растяжение дуги;

• гашение дуги в продольной узкой щели;

• гашение дуги в продольной узкой щели в сочетании с магнитным дутьем;

• гашение дуги в дугогасительной решетке.

Если первые три способа гашения электрической дуги сводятся к воздействию на столб дуги, то последний, четвертый, основан на использовании околоэлектродного падения напряжения.

Механическое растяжение дуги

Чем длиннее дуга, тем легче ее погасить. Длина дуги, при которой она гаснет, называется критической длиной дуги. Растяжение дуги обычно осуществляется механически – расхождением контактов с какой-то скоростью. Критическая длина дуги не зависит от скорости расхождения контактов. Она растет с ростом тока. Такой способ гашения применяется при малых значениях тока.

Гашение дуги в продольной узкой щели

В современных электрических аппаратах широкое распространение получили дугогасительные камеры с узкой продольной щелью, ось которой совпадает по направлению с осью ствола дуги. Характерные формы продольных щелей дугогасительных камер представлены на рис. 1.

С точки зрения особенностей движения электрической дуги в продольной щели различают широкие и узкие щели. Широкой называют щель, ширина которой значительно больше диаметра дуги. Так как диаметр дуги зависит от тока, скорости движения дуги, то для одних условий щель будет широкой, для других – узкой.

А-В

Рис. 1. Характерные формы продольных щелей дугогасительных камер:

1, 2 – зона наибольшего охлаждения дуги; 3 – продольная щель, в которую направляется дуга; 4 – расширение, облегчающее вхождение дуги в камеру; 5 – местные уширения в щели

В узкой щели дуга деформирована и плотно прижата к стенкам дугогасительной камеры, которые воспринимают всю энергию дуги.

Э нергия, выделяемая в дуге, прямо про­порциональна квадрату тока, а скорость дви­жения дуги пропорциональна произведению IּH. Следовательно, при неизменном значении напряженности магнитного поля H, с ростом тока происходит разогревание стенок дугога­сительной камеры. При некотором токе и соот­ветствующей ему скорости движения, электри­ческая дуга останавливается в щели.

Рис. 2. Гашение электрической дуги в узкой продольной щели

Ограничение при выборе ширины щели определяется той напряженностью магнитного поля H, которая необходима для движения дуги в узкой щели (рис. 2). Эта напряженность должна быть выше критической. Она быстро растет с уменьшением ширины щели и для весьма узких щелей становится практически трудно осуществимой.

Способ возбуждения магнитного поля дугогашения

Внешнее магнитное поле для перемещения дуги в низковольтных аппаратах может быть получено:

- при помощи катушки, включенной последовательно с контактами, между которыми возникает электрическая дуга (рис. 3, а);

• при помощи катушки, включенной на напряжение сети (рис. 3, б);

• при помощи постоянных магнитов.

Катушки или постоянные магниты снабжаются магнитопроводом, охватывающим контакты и рога, между которыми возникает дуга. Поле катушки, взаимодействуя с полем дуги, заставляет дугу быстро перемещаться. Наибольшее распространение получила последовательная дугогасительная катушка. Основными достоинствами этого способа гашения дуги, являются надежность и независимость направлений силы, действующей на дугу, от направления тока. Изменение направления тока в цепи вызывает и изменение направления поля, создаваемого катушкой. Направление силы в таком случае остается неизменным. Последовательное магнитное дутье обладает и недостатками. Сила, действующая на единицу длины дуги в магнитном поле равна P ≡ IH. В свою очередь, H ≡ I, следовательно, P ≡ (рис. 4, кривая 1). При малых токах эта сила мала. Время гашения малых токов получается большим (рис. 4, кривая 3).

Рис. 3.Принцип действия магнитного дутья: а) - последовательная катушка; б) - параллельная катушка; в) - процесс движения

Параллельная обмотка, ток в которой не зависит от тока отключаемой цепи, создает независимое по величине магнитное поле. Сила, действующая на дугу, пропорциональна отключаемому току P  I. При малых токах сила оказывается большей, чем при последовательной катушке (рис. 4). Время гашения малых токов здесь меньше (рис. 4, кривые 2 и 4).

Рис. 4.Характеристики последовательного и параллельного магнитного дутья:

1 – сила, действующая на дугу при последовательной катушке; 2 – сила, действующая в параллельной катушке; 3 – длительность горения дуги при последовательной катушке; 4 - длительность горения дуги при параллельной катушке; Р – тяговое усилие; tд – длительность горения дуги

Гашение дуги при помощи параллельной катушки имеет и ряд недостатков:

- аппарат оказывается без надежного дугогашения, так как при снижении напряжения в сети резко снижается или просто пропадает магнитное поле гашения;

• дуга загоняется внутрь аппарата при изменении направления тока в главной цепи;

• катушку необходимо изолировать от главной цепи на полное напряжение.

Применение постоянных магнитов для возбуждения магнитного поля дугогашения позволяет сохранить положительные характеристики параллельного возбуждения. При этом отсутствуют затраты энергии на создание магнитного поля; резко сокращается расход меди на контактор; отсутствует подогрев контактов от катушки, как это имеет место в дугогасительных устройствах системы с последовательной катушкой. По сравнению с дугогасительным устройством с параллельной катушкой дугогасительные устройства с постоянным магнитом обладают высокой надежностью и могут использоваться при любых значениях тока. За счет конструктивных мер дугогасительные устройства с постоянным магнитом можно сделать работоспособными при любом направлении тока. Характеристики такого дугогасительного устройства аналогичны характеристикам дугогасительным устройствам с параллельной катушкой.