Способы гашения электрической дуги

При разрыве электрической цепи, находящейся под током, между контактами возникает дуговой разряд, представляющий собой поток заряженных частиц - электронов и ионов, перемещающихся с большой скоростью между контактами. Высокая температура дуги (около 10 000° С в стволе дуги и до 2000-3000° С на ее поверхности) может привести к плавлению металлов и разрушению контактов, а ионизация окружающей среды - к пробою и перекрытию изоляции. Поэтому необходимо быстро прервать ток, который после размыкания контактов идет в цепи через электрическую дугу.

В тяговых аппаратах применяют следующие способы гашения дуги: механическое, роговое и электромагнитное.

Механическое гашение электрической дуги осуществляется удлинением ее посредством увеличения расстояния между контактами. Этот способ нашел применение в аппаратах с ручным приводом, например в выключателях управления, контроллерах управления, а также реле и др. Недостатком этого способа является малая скорость гашения дуги, большая длина дуги, повышенное подгорание и оплавление контактов.

Роговое гашение электрической дуги происходит при ее удлинении под действием силы воздушной тяги, появляющейся в результате поднимания нагретого дугой воздуха вверх и электродинамических усилий между элементами дуги и рогами, направленных также снизу вверх. Под действием этих сил электрическая дуга быстро перемещается кверху, увеличиваясь по длине, и разрывается. Роговое гашение электрической дуги используют в роговых разрядниках и в дугогасящих устройствах тяговой электроаппаратуры.

Электромагнитное гашение дуги вызывается взаимодействием магнитного потока, создаваемого специальной дугогасительной катушкой, и тока электрической дуги.

При конструировании дугогасительных устройств обычно одновременно принимают несколько способов гашения дуги. Дугогасительное устройство контактора с электромагнитным (основным) и роговым (вспомогательным) гашением (рис. 32) состоит из катушки 5, камеры 1 с полюсными наконечниками 2 и рогов Зкб. Дугогасительную катушку выполняют из шинной меди, намотанной на ребро, и укрепляют ее на сердечнике 4. В аппаратах, осуществляющих коммутацию цепей со сравнительно небольшим током, катушку наматывают из изолированного медного провода круглого сечения. Дугогасительную катушку устанавливают непосредственно за верхним дугогасительным рогом и включают последовательно с контактами. Дугогасительную камеру выполняют из асбоцементных листов, пропитанных льняным маслом для улучшения изоляционных свойств, или из специальной дугостойкой керамики. Камеру закрепляют в полюсных наконечниках из листовой стали. Полюсные наконечники, соединяясь с сердечником дугогасительной катушки, образуют магнитопровод, благодаря которому сокращается рассеивание магнитного поля и магнитные потоки сосредоточиваются в дугогасящем пространстве камеры.

В электрической цепи аппарата ток идет в следующем направлении: от провода I, через дугогасительную катушку, неподвижный 7 и подвижный 8 контакты к проводу //. При данном направлении тока в дугогасительной катушке (против часовой стрелки) направление магнитного поля внутри камеры указано стрелкой

(см. рис. 32). Одновременно вокруг дуги образуется магнитное поле, направленное против часовой стрелки. Магнитное поле дуги, взаимодействуя с магнитным полем дугогасительной катушки, создает силу заставляющую дугу перемещаться внутрь камеры. Направление вилы В определяется по правилу левой руки. Дуга, перемещаясь по рогам внутрь дугогасительной камеры, все более удлиняется, охлаждается о стенки камеры, сопротивление ее резко возрастает и дуга гаснет.

Изменение направления тока в электрической цепи приводит к изменению направления линий магнитной индукции вокруг электрической дуги. Одновременно изменяется направление тока в дугогасительной катушке, последовательно соединенной с цепью, а это вызывает изменение направления магнитных линий поля гашения. Таким образом, направление выдувания электрической дуги остается прежним - внутрь камеры.

Сила взаимодействия между магнитным потоком дугогасящего устройства при однородном поле гашения, перпендикулярно направленном к электрической дуге (при а=90°),

^ = ?/_дЛ (12)

где /д - длина дуги, см;

В - магнитная индукция, Тл; 1 - отключаемый ток, А,

В соответствии с законом Ома для магнитной цепи

(13)

если пренебречь магнитным сопротивлением стали и учитывать только расстояние между полюсами, сопротивление

где /да - намагничивающая сила катушки дугогашения, А, создающая магнитный поток Ф в пространстве гашения электрической дуги;

б - расстояние между полюсами магнитной системы, см: а - площадь поперечного сечения поля гашения, см²; ро=0,4я10-⁸ - магнитная проницаемость воздуха, Гн/см. Подставляя данные в уравнение (12), получим

Из уравнения (15) следует, что сила, действующая на дугу, пропорциональна квадрату отключаемого тока. Поэтому при последовательном включении дугогасительной катушки с контактами аппарата увеличение тока в электрической цепи повысит эффективность гашения дуги при выключении дуги.