Виды дугогасящих устройств, классификация их по способу воздействия на дугу
Условия возникновения и горения дуги
При замыкании контактов в цепи высокого напряжения возникает электрический разряд в виде дуги. В дуге различают околокатодное пространство, ствол дуги и околоанодное пространство. Все напряжение распределяется между этими областями. Около катода наблюдается высокая напряженность электрического поля (105—106 В/см). При таких высоких напряженностях происходит ударная ионизация. Электроны, вырванные из катода силами электрического поля (автоэлектронная эмиссия) или за счет нагрева катода (термоэлектронная эмиссия), разгоняются в электрическом поле и при ударе в нейтралый атом отдают ему свою кинетическую энергию. Образовавшиеся в результате ионизации свободные электроны и ионы составляют плазму ствола дуги. В стволе дуги проходит большой ток и создается высокая температура.
Высокие температуры в стволе дуги приводят к интенсивной термоионизации, которая поддерживает большую проводимость плазмы. Чем больше ток в дуге, тем меньше ее сопротивление, поэтому требуется меньшее напряжение для горения дуги, т. е. дугу с большим током погасить труднее.
Если дуга погашена теми или иными способами, то напряжение между контактами выключателя должно восстановиться до напряженияпитающей сети. Однако поскольку в цепи имеются индуктивные, активные и ем-жюстные сопротивления, возникает переходный процесс, появляются колебания напряжения, амплитуда которых может значительно превышать нормальное напряжение. Для отключающей аппаратуры важно, с какой скоростью восстанавливается напряжение.
Таким образом, можно заключить, что дуговой разряд начинается за счет ударной ионизации и эмиссии электронов с катода, а после зажигания дуга поддерживается термоионизацией в стволе дуги.
Гашение дуги
В коммутационных аппаратах необходимо не только разомкнуть контакты, но и погасить возникшую между ними дугу.
В цепях переменного тока ток в дуге каждый полупериод проходит черв нуль, в эти моменты дуга гаснет самопроизвольно, но в следующий полупериод она может возникнуть вновь. Как показывают осцилограммы, ток в дуге становится близким нулю несколько раньше естественного перехода через нуль. Это объясняется тем, что при снижении тока энергия, подводимая к дуге, уменьшается, следовательно уменьшается температура дуги и прекращается термоионизация. Длительность бестоковой паузы 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 большое 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.
Резкое увеличение электрической прочности промежутка после перехода тока через нуль происходит главным образом за счет увеличения прочности околокатодного пространства.
Задача гашения дуги сводится к созданию таких условий, чтобы электрическая прочность промежутка между контактами была больше напряжения между ними.
В отключающих аппаратах до 1 кВ широко используются следующие способы гашения дуги.
Способы гашения дуги в коммутационных аппаратах до 1 кВ.
В отключающих аппаратах до 1 кВ широко используются следующие способы гашения дуги.