Дугогасительные решетки

Здесь используются околоэлектродные падения напряжения U_э (в электрических аппаратах постоянного тока) и околокатодная электрическая прочность (в электрических аппаратах переменного тока).

После расхождения контактов, возникающая дуга под воздействием магнитного поля, движется вверх на ферромагнитной пластины и разбивается на ряд коротких дуг. На каждой пластине образуется анод и катод.

Падение напряжения на каждой паре пластин составляет 20-25 В. При большом количестве пластин удается поднять статическую ВАХ электрической дуги и обеспечить условия гашения дуги постоянного тока.

Для того, чтобы дуга не образовала жидких мостиков между пластинами расстояние берется не менее 2 мм.

Недостаток дугогасительных решеток – явление прогорания пластин в ПКР при токе более 600 А. Для уменьшения коррозии пластины покрывают медью или цинком. Таким образом, гашение дуги постоянного тока достигается за счет большого падения напряжения на дуге, вследствие суммирования катодных и анодных напряжений каждого дугового промежутка при гашении дуги.

Процесс гашения дуги в дугогасительных решетках при переменном токе имеет свои особенности.

После расхождения контактов дуги за счет электромагнитных сил затягивается в решетку и делится также на ряд коротких дуг.

В результате ток проходит через нуль раньше своего естественного нуля. При этом облегчаются условия процесса восстановления напряжения. Уменьшается sin_к цепи, длительность горения дуги. После прохождения тока через нуль около каждого катода восстанавливается электрическая прочность, достигая 300 В при малых токах и 70 В – при больших токах.

Благодаря высокой восстанавливающейся прочности число пластин при гашении переменного тока в 7-8 раз меньше, чем при гашении дуги постоянного тока.

Несмотря на быстрое гашение дуги, при частых коммутациях номинального тока пластины нагреваются до очень высокой температуры. В связи с этим число включений и отключений в час у контакторов с дугогасительными решетками не превышает 600. При больших частотах коммутации приходится использовать электромагнитное дутье и керамическую камеру.

В высокочастотных аппаратах (5-10 кГц) в ферромагнитных пластинах наводятся вихревые токи, которые не втягивают, а отталкивают дугу от решетки. Такая же сила возникает и при использовании латунных пластин, хотя они обладают более высокой восстанавливающей прочностью, и нашли применение в высокочастотных аппаратах.

Следует иметь в виду, что применение электромагнитного дутья и керамической камеры на повышенных частотах малоэффективно – дуга горит многие сотни полупериодов.

Применение деионизационных решеток полезно только при частоте f  2 кГц.

При больших частотах (до 10 кГц) применяют двух контактную систему (система главных и дугогасительных контактов). При этом гашение дуги осуществляется дугогасительным контактом, который шунтирует главный контакт, в узкой щели при частотах до 10 кГц.

Гашение дуги высоким давлением

С ростом давления возрастает плотность газа, увеличивается теплопроводность и отвод тепла от дуги. На этом принципе основано гашение дуги в предохранителях низкого напряжения. При этом давление во внутреннем герметизированном объеме зависит от отключаемого тока и индуктивности коммутируемой цепи.

.

При перегорании плавной вставки дуга загорается и выделяет энергию, которая расходуется на повышение давления.

В ряде аппаратов (предохранители, пакетные выключатели) стенки дугогасительных камер выполняются из газогенерирующего материала – фибры. Благодаря высокой температуры дуги такие стенки выделяют газ и давление в объеме поднимается до 10-15 мПа за доли полупериода. Из-за резкого подъема напряжения на дуге ток обрывается до своего естественного нуля, не достигнув максимального значения. В таких аппаратах проявляется эффект токоограничения (кроме фибры применяют органическое стекло, винипласт).

В высоковольтных электрических аппаратах используется воздействие на дугу потока сжатого воздуха или других газов. Омывая дугу с большой скоростью он охлаждает ее и при прохождении тока через нуль обеспечивается деионизация дугового столба.

Воздух при высоком давлении обладает также высокой электрической прочностью, что создает высокую скорость нарастания электрической прочности промежутка. Давление в воздушных выключателях 1-4 мПа. При этом возможно поперечное и продольное дутье. Наиболее распространено продольное дутье (вдоль оси дуги). В этом случае уменьшается отключаемый ток с ростом скорости восстановление напряжения.

Одним из способов дальнейшего увеличения номинальное напряжение и допустимых токов к.з. является применение новых дугогасящих газов – элегаза (электротехнический газ). Его электрическая прочность в 2,5 раза выше, чем у воздуха и при давлении 0,2 мПа близка к электрической прочности трансформаторного масла. Его дугогасящая способность в 5 раз выше, чем у воздуха. Элегаз является инертным газом, не вступающим в реакцию с кислородом и водородом, слабо разлагается дугой.

Основной его недостаток – высокая температура сжижения. Это заставляет при высоком давлении прибегать к подогреву газа. Воздушные дугогасительные устройства вытесняются элегазовыми.