Способы гашения электрической дуги

Основными отрицательными последствиями возникновения электрической дуги на контактах коммутационного аппарата являются износ контактов и дугогасительной системы аппарата и, как следствие этого, выход самого аппарата из строя и нарушение электроснабжения потребителей. Особенно это опасно для защитных аппаратов, выход из строя которых может привести к повреждениям потребителей.

Поэтому в коммутационных аппаратах делается все возможное для улучшения условий дугогашения, снижения длительности существования дуги и перенапряжений на контактах.

Способы дугогашения могут быть разными для аппаратов низкого и высокого напряжения, постоянного и переменного тока и условно их можно разделить на три категории:

• • путем воздействия на дугу (ее сопротивление или градиент);
• • за счет применения дополнительных шунтирующих дуговой промежуток элементов;
• • за счет применения ограниченно-дуговой системы коммутации (бездуговой, синхронной).

Рассмотрим некоторые из них.

Гашение дуги в плотных средах, масле, элегазе и вакууме

Самый распространенный способ дугогашения — воздействие на дугу с целью интенсивного повышения ее сопротивления или градиенты дуги.

Применительно к плотным средам (воздушная среда), которые имеют место в основном в аппаратах низкого напряжения и воздушных выключателях высокого напряжения, рост сопротивления дуги достигается за счет увеличения длины дуги путем ее растяжения при размыкании контактов (электромагнитные реле, слаботочные аппараты управления), путем воздействия на нее магнитного дутья (собственного или внешнего, сильноточные аппараты управления), под действием потоков сжатого воздуха (воздушные выключатели). Такой способ дугогашения наиболее эффективен в сильноточных аппаратах постоянного тока низкого напряжения (см. рис. 8.10) и воздушных выключателях высокого напряжения, когда длина столба дуги достигает больших размеров и падение напряжения в ней несоизмеримо больше приэлектродных падений напряжения.

Рост длины дуги позволяет применять различные способы воздействия на столб дуги с целью его охлаждения и увеличения градиента дуги.

В аппаратах низкого напряжения для охлаждения столба дуги используются щелевые камеры, особенно с узкой щелью, когда диаметр дуги становится больше ширины щели, дуга тесно соприкасается со стенками камеры, охлаждается и гасится. Элементы такой камеры вместе с системой последовательного магнитного дутья описаны в параграфе 3.2.

В аппаратах высокого напряжения растяжение дуги становится малоэффективным ввиду больших длин дуги. Здесь наиболее эффективными способами воздействия на дугу являются гашение ее в разных средах: в трансформаторном масле, в элегазе (SF₆), в вакууме, в объемах с повышенным давлением.

При горении дуги в трансформаторном масле оно разлагается с выделением водорода, который нейтрализует отрицательно заряженные частицы и повышает давление в камере. Все это способствует интенсивному дугогашению.

Наиболее перспективным является гашение дуги в среде шестифтористой серы SF₆, которая снижает электрическую проводимость газа и способствует быстрому росту электроизолирующих свойств промежутка.

При повышенном давлении, с одной стороны, улучшаются условия теплоотдачи от столба дуги, а с другой — уменьшает длина свободного пробега электронов, что снижает интенсивность ионизации нейтральных частиц. Все это приводит к росту градиента дуги. Такой способ дугогашения используется в предохранителях.

Снижение концентрации частиц носителей заряда наблюдается и при гашении дуги в вакууме, что также способствует быстрому росту скорости нарастания прочности промежутка. Прочность промежутка в вакууме в 4—5 раз выше воздушных промежутков при атмосферном давлении.

Подробнее об аппаратах, использующих тот или иной способ дугогашения, говорится в гл. 3 (аппараты управления) и гл. 9 (аппараты высокого напряжения).

Широкое применение в электрических аппаратах управления и защиты нашла дугогасительная (деионная) решетка. Решетка представляет собой набор металлических пластин (стальных омедненных) толщиной 2—3 мм с воздушными зазорами между ними и вырезами на входе дуги. Ферромагнитные пластины затягивают дугу в решетку, разбивают ее на ряд коротких дуг, интенсивно охлаждают и гасят. Кроме того, при разбиении столба дуги на ряд коротких дуг растет количество прикатодных и прианодных областей, что повышает суммарное падение напряжения на дуге (см. рис. 8.4).

Дугогасительные решетки особенно эффективны в аппаратах управления и защиты переменного тока (подробнее см. параграф 3.2).