Воздействие на столб электрической дуги

Задача ДУ состоит в том, чтобы обеспечить гашение дуги за малое время сдопустимым уровнем перенапряжений, при малом износе частей аппарата, при минимальном объеме раскаленных газов, с минимальным звуковым и световым эффектами.

Рассмотрим ДУ аппаратов низкого напряжения. Для гашения дуги постоянного тока необходимо, чтобы ВАХ дуги и_д шла выше прямой U — iR. Так как и_д= , то подъем характеристики можно получить за счет увеличения длины дуги l, напряженности электрического поля в столбе дуги (градиента) и использования околоэлектродного падения напряжения . Увеличить градиент можно путем эффективного охлаждения дуги и подъема давления среды, в которой она горит. Охлаждение дуги можно создать за счет перемещения дуги в воздухе или газе, за счет их перемещения относительно дуги либо размещения дуги в узкой щели, стенки которой имеют высокую теплопроводность и дугостойкость.

Поднятие ВАХ за счет увеличения длины малоэффективно, так как значение Е_п для свободно горящей в воздухе дуги мало (10 В/см) и ее гашение требует значительного растяжения, что увеличивает габариты аппарата.

В электрических аппаратах низкого напряжения наиболее широко применяются ДУ с узкой щелью. Для увеличения эффективности охлаждения ширина щели δ делается меньше диаметра дуги . Кроме того, по мере втягивания дуги в щель она приобретает форму зигзага. При этом увеличивается не только длина дуги, но и отвод тепла от нее.

Перемещение дуги в такой камере осуществляется с помощью магнитного поля.

Важнейшей характеристикой дугогасительной камеры является зависимость градиента Е_п от ширины щели δ и тока I (рис. 2.1). Для каждого значения δ меняются ток и напряженность магнитного поля Н. Значение 8 = & относится к открытой свободно горящей в воздухе дуге. Для открытой дуги (штриховой линией) градиент Е_п резко изменяется в зависимости от тока и для; неподвижной дуги составляет всего 10 В/см. Для узкой щели 6=1ч-4-мм гра­диент Е_п мало зависит от тока и увеличивается с умень­шением б. Скорость движения дуги v может достигать 200 м/с и при неизменном токе дуги. І меняется за счет из­менения напряженности поля Н.

Зависимость продольного градиента от ширины щели показана на рис. 2.2. Следует отметить, что при уменьшении ширины щели δ возрастает сопротивление движению дуги. Магнитная система ДУ должна исключать возможность остановки дуги, так как это приводит к разрушению керамики и отказу ДУ.

 

 

 

Рис. 2.1. - Зависимость:градиента Е_а дуги от тока и ширины щели;штриховые кривые—для открытой дуги; сплошные кривые — f(I) для щели шириной 1—4 мм и при скоростях движения дуги v =0—200 м/с.

 

 

 

Рис. 2.2 - Зависимость продольного градиента от ширины щели δ.

Наиболее характерные формы щели в керамических пластинах ДУ изображены на рис. 2.3, где 1 и 2 -зона наибольшего охлаждения дуги; 3 - продольная щель, в ко­торую направляется дуга; 4 - расширение, облегчающее вхож­дение дуги в камеру; 5 —местные уширения в щели.

Когда дуга под воздействием магнитного поля затягивается в зигзагообразную узкую щель, увеличивается ее длина.
При этом возрастает градиент Е_п за счет охлаждения благо­даря тесному контакту дуги с керамическими стенками щели. Наиболее эффективна форма рис. 2.3, д, при которой градент Е_п дополнительно возрастает за счет местных уширений 5.

Раскаленные газы, выбрасываемые из ДУ после гаше­ния дуги, попадая на токоведущие детали оборудования, могут приводить к возникновению в нем КЗ. Поэтому на пути этих газов устанавливают решетку из металлических пластин. Газы, проходя через эту решетку, деионизируются, охлаждаются, и опасная зона их выброса резко сокращается.

 

 

Рис.2.3 - Характерные формы продольных щелей дугогасительных камер.