Гашение дуги

В отключающих аппаратах необходимо не только разомкнуть контакты, но и погасить возникшую между ними дугу.

В цепях переменного тока ток в дуге каждый полупериод проходит через нуль (см. рис. 4.10), в эти моменты дуга гаснет самопроизвольно, но в следующий полупериод она может возникнуть вновь. Как показывают осциллограммы, ток в дуге становится близким к нулю несколько раньше естественного перехода через нуль (рис. 4.11, а). Это объясняется тем, что при снижении тока энергия, подводимая к дуге, уменьшается, следовательно, уменьшается температура дуги и прекращается термоионизация. Длительность бестоковой паузы t_n невелика (от десятков до нескольких сотен микросекунд), но играет важную роль в гашении дуги. Если разомкнуть контакты в бестоковую паузу и развести их с достаточной скоростью на такое расстояние, чтобы не произошел электрический пробой, то цепь будет отключена очень быстро.

Во время бестоковой паузы интенсивность ионизации сильно падает, так как не происходит термоионизации. В коммутационных аппаратах, кроме того, принимаются искусственные меры охлаждения дугового пространства и уменьшения числа заряженных частиц. Эти процессы деионизации приводят к постепенному увеличению электрической прочности промежутка u_пр (рис. 4.11,б).

Резкое увеличение электрической прочности промежутка после перехода тока через нуль происходит главным образом за счет увеличения прочности околокатодного пространства (в цепях переменного тока 150 — 250 В). Одновременно растет восстанавливающееся напряжение u_Е. Если в любой момент m„_d>«_b промежуток не будет пробит, дуга не загорится вновь после перехода тока через нуль. Если в какой-то момент и'_пр =и_в, то происходит повторное зажигание дуги в промежутке.

 

Рис. 4.11. Условия погасания дуги переменного тока:

а — погасание дуги при естественном переходе тока через нуль; б — рост электрической прочности дугового промежутка при переходе тока через нуль

 

Таким образом, задача гашения дуги сводится к созданию таких условий, чтобы электрическая прочность промежутка между контактами и_пр была больше напряжения между ними и_в.

Процесс нарастания напряжения между контактами отключаемого аппарата может носить различный характер в зависимости от параметров коммутируемой цепи. Если отключается цепь с преобладанием активного сопротивления, то напряжение восстанавливается по апериодическому закону; если в цепи преобладает индуктивное сопротивление, то возникают колебания, частоты которых зависят от соотношения емкости и индуктивности цепи. Колебательный процесс приводит к значительным скоростям восстановления напряжения, а чем больше скорость du/dt, тем вероятнее пробой промежутка и повторное зажигание дуги. Для облегчения условий гашения дуги в цепь отключаемого тока вводятся активные сопротивления, тогда характер восстановления напряжения будет апериодическим (см. рис. 4.11, б).

 

Основные способы гашения дуги в аппаратах до 1 кВ

 

Удлинение дуги при быстром расхождении контактов: чем длиннее дуга, тем большее напряжение необходимо для ее существования. Если напряжение источника окажется меньше, то дуга гаснет.

Рис. 4.12. Способы гашения дуги:

а — деление длинной дуги на короткие; б — затягивание дуги в узкую щель дугогасительной камеры; в — вращение дуги в магнитном поле; г — гашение дуги в масле: 1 — неподвижный контакт; 2 — ствол дуги; 3 — водородная оболочка; 4 — зона газа; 5 — зона паров масла; 6 — подвижный контакт; д — газовоздушное дутье

 

Деление длинной дуги на ряд коротких(рис.4.1.2, а). Как показано на рис. 4.9, напряжение на дуге складывается из катодного U_K и анодного Ц, падений напряжения и напряжения ствола дуги Ц.._д:

Если длинную дугу, возникшую при размыкании контактов, затянуть в дугогасительную решетку из металлических пластин, то она разделится на п-коротких дуг. Каждая короткая дуга будет меть свое катодное и анодное падения напряжения К,. Дуга гаснет, если

где U— напряжение сети; К,— сумма катодного и анодного падений напряжения (20 — 25 В в дуге постоянного тока).

Дугу переменного тока также можно разделить на п коротких дуг. В момент прохождения тока через нуль околокатодное пространство мгновенно приобретает электрическую прочность 150 — 250 В. Дуга гаснет, если С< (150 — 250)л.

Гашение дуги в узких щелях. Если дуга горит в узкой щели, образованной дугостойким материалом, то благодаря соприкосновению с холодными поверхностями происходит интенсивное охлаждение и диффузия заряженных частиц в окружающую среду. Это приводит к быстрой деионизации и гашению дуги.

Движение дуги в магнитном поле. Электрическая дута может рассматриваться как проводник с током. Если дуга находится в магнитном поле, то на нее действует сила, определяемая по правилу левой руки. Если создать магнитное поле, направленное перпендикулярно оси дуги, то она получит поступательное движение и будет затянута внутрь щели дугогасительной камеры (рис. 4.12, б).

В радиальном магнитном поле дуга получит вращательное движение (рис. 4.12, в). Магнитное поле может быть создано постоянными магнитами, специальными катушками или самим контуром токоведущих частей. Быстрое вращение и перемещение дуги способствует ее охлаждению и деионизации.

Последние два способа гашения дуги (в узких щелях и в магнитном поле) применяются также в отключающих аппаратах напряжением выше 1 кВ.