2.2. Способи гасіння електричної дуги в дугагасильних системах апаратів
При відключенні електричного ланцюга між контактами апарата виникає електрична дуга, що при відсутності спеціальних засобів для її гасіння приводить до швидкого електричного зношування контактів. Оскільки температура дуги досягає декількох тисяч градусів, то під її дією метал згоряє й випаровується, поверхня контактів ушкоджується.
Сутність гасіння електричної дуги зводиться до де іонізації простору між контактами. Розрізняють наступні форми де іонізації: рекомбінація, нейтралізації й дифузія.
Для гасіння дуги й обмеження області поширення її полум'я в апаратах передбачається застосування спеціальних дугогасильних систем. Найважливішою частиною дугогасильних системи є дугогасильна камера, усередині якої створюються необхідні умови для гасіння дуги. Рекомбінація іонів дуги відбувається як в обмеженому обсязі усередині камери, так й біля її стінок. Явище нейтралізації спостерігається при ударі іонізованих часток об стінки камери гасіння. Сутність дифузії складається у виході іонізованих часток у навколишній простір.
Для найбільш ефективного гасіння електричної дуги в дугогасильних системах сучасних апаратів знаходять застосування наступні способи (і їх комбінації):
магнітне гасіння дуги;
гасіння дуги в камерах з вузькими щілинами;
гасіння дуги шляхом розподілу її на частині;
гасіння дуги при підвищеному тиску.
Принцип магнітного гасіння електричної дуги, запропонований М. О. Доливо-Добровольским, показаний на рис. 5.5.
При розмиканні електричного ланцюга між контактами утвориться дуга. Струм, що протікає по дузі, створює навколо її магнітне поле, напрямок магнітних силових ліній якого показано на малюнку у вигляді крапок і хрестиків, обведених кружками. Поле дуги взаємодіє з магнітним полем послідовний дугогасильний котушки, обтічної тим же струмом (напрямок силових ліній поля котушки показано хрестиками). У результаті виникає електродинамічна сила F, що пропорційна величині струму, напруженості поля гасіння й довжині дуги, що спричиняє переміщення дуги з контактів на дугогасильні рога, а потім й у навколишній простір.
Конструкція камери з вузькою зиґзаґоподібною щілиною показана на рис. 5.6. Виступи на внутрішній поверхні камери утворюють лабіринти. У міру переходу від внутрішніх частин лабіринту до зовнішніх зиґзаґоподібна щілина поступово звужується, досягаючи на виході ширини 1-2 мм.
Рис. 5.5. Принцип магнітного гасіння електричній дуги:
1 – нерухомий контакт; 2 – дугогасильні роги;
3 – дугогасильна котушка; 4 – рухомий контакт.
Механізм гасіння дуги в такій камері зводиться до наступного: при вштовхуванні дуги в лабіринт вона швидко подовжується й інтенсивно де іонізується в результаті зіткнення зі стінками камери.
Для обмеження області горіння дуга й виключення виходу дуги в навколишній простір у дугогасильних системах деяких апаратів установлюють вогнегасники.
Рис. 5.6. Камера з вузькою щілиною у вигляду зиґзаґу:
1 – стінка; 2 – виступи; 3 - щілина.
Вогнегасник являє собою малогабаритні сталеві ґрати з висотою в 4-5 мм, розташовані в корпусі, що діють на дугогасильні камері з боку зиґзаґоподібної щілини (рис. 5.7).
Застосування гасителів полум'я значно обмежує іонізований простір за межами дугогасильних камер, що має велике значення для зниження габаритів комплектних пристроїв.
Спосіб гасіння дуги шляхом розподілу її на частині реалізується в контактах із двома розривами, якими є мостикові контакти, і в дугогасильних камерах із ґратами.
У мостикових контактах застосовується дворазове розмикання, що збільшує діелектричну міцність дугового проміжку у два рази.
У дугогасильних камерах, де передбачається розподіл дуги на частині, на шляху руху дуги встановлюються ґрати зі сталевих обміднених пластин. Дуга, потрапляючи в простір між пластинками, ділиться ними на короткі ділянки. Ці короткі дуги рухаються з різними швидкостями, інтенсивно прохолоджуючись об пластини й стінки камери, і швидко гаснуть.
Рис.5.7. Вогнегасник:
1 – дугогасильна камера; 2 – корпус вогнегаснику; 3 - решітка.
Гасіння дуги при підвищеному тиску засновано на де іонізації дуги в закритих камерах, стінки яких володіють газогенеруючими властивостями під дією високої температури дуги. Усередині такої камери в момент горіння дуги створюється підвищений тиск, що сприяє рекомбінації іонів дуги в обмеженому обсязі камери. Цей спосіб гасіння дуги знайшов широке застосування в контакторах змінного струму.