Гашение электрической дуги в автомате

Автомат должен обес­печивать гашение дуги при всех возможных режимах сети.

В автоматах нашли применение два исполнения дугогасительных устройств — полузакрытое и открытое.

В полузакрытом исполнении автомат за­крыт кожухом, имеющим отверстия для выхода горячих газов. Объем кожуха делается достаточно большим, что­бы избежать появления внутри кожуха больших избы­точных давлений. При полузакрытом исполнении зона выброса горячих и ионизированных газов составляет обычно несколько сантиметров от выхлопных щелей. Такое конструктивное решение применяется в автоматах, монтируемых рядом с другими аппаратами, в распреде­лительных устройствах, в автоматах с ручным управлением. Предельный ток не превышает 50 кА.

При токах 100 кА и выше применяются камеры от­крытого исполнения с большой зоной выброса. Полу­закрытое исполнение применяется, как правило, в уста­новочных и универсальных автоматах, открытое — в бы­стродействующих и автоматах на большие предельные токи (100 кА и выше) или большие напряжения (выше 1000В).

В аппаратах массового применения (установочных и универсальных) широкое применение получила деионная дугогасительная решетка из стальных пластин. Поскольку автоматы должны работать как на пе­ременном, так и на постоянном токе, число пластин вы­бирается из условия отключения цепи постоянного тока. На каждую пару пластин должно приходиться напряже­ние менее 25 В.

В цепях переменного тока с напряжением 660 В такие дугогасительные устройства обеспечивают гашение дуги с током до 50 кА. На постоянном токе эти устройства ра­ботают при напряжении до 440 В и отключают токи до 55 кА. В дугогасительных устройствах со стальными пластинами гашение происходит спокойно, с минималь­ным выбросом ионизированных и нагретых газов из дугогасительного устройства.

При больших токах применяются лабиринтно-щелевые камеры и камеры с прямой продольной щелью. Втягивание дуги в щель осуществляется магнитным дутьем с катушкой тока.

Продольно-щелевая камера может иметь несколько параллельных щелей неизменного сечения. Это уменьша­ет аэродинамическое сопротивление камеры и облегчает вхождение дуги с большим током в щели. Вначале дуга разбиваетсяна ряд параллельных волокон. Но затем из всех параллельных ветвей остается лишь одна, в кото­рой окончательно происходит гашение. Стенки камеры и перегородки изготавливаются из асбоцемента.

В лабиринтно-щелевой камере постепен­ное вхождение дуги в зигзагообразную щель не создает высокого аэродинамического сопротивления при боль­ших токах. Узкая щель повышает градиент напряжения в дуге, что сокращает необходимую длину дуги при га­шении. Зигзагообразная форма щели уменьшает габариты автомата.

В лабиринтно-щелевой камере осуществляется интен­сивное охлаждение дуги стенками камеры. Ввиду того что дуга отдает большое количество тепла стенкам ще­ли, материал камеры должен обладать высокой тепло­проводностью и температурой плавления.

Для того чтобы не происходило разрушение камеры от высокой температуры, необходимо, чтобы дуга двига­лась непрерывно с большой скоростью. Это тре­бует создания мощного магнитного поля на всем пути движения дуги в щели. При недостаточной скорости дви­жения происходит разрушение дугогасительного устрой­ства.

В качестве материала для камеры применяется кордиерит. Газообразующие материалы типа фибры, орга­нического стекла не применяются из-за повышения аэро­динамического сопротивления.

В настоящее время с целью упрощения конструкции (отказ от мощных и сложных систем магнитного дутья) вновь возвращаются к идее деионной стальной решетки. Стальные пластины, имеющие паз для дугогасительных контактов создают усилие, перемещающее дугу. В отличие от обычной решетки дуга соприкасается с изолированными стальными пластинами: гашение происходит так же, как в камере с поперечными изоляционными перегородками, но при отсутствии специальной магнитной системы, двигающей дугу.

Наиболее ответственной частью токоведущей цепи автоматов являются контакты. При номинальных токах до 200 А применяется одна пара контактов, которые для увеличения дугостойкости могут быть облицованы металлокерамикой. Большие номинальные токи требуют применения двухступенчатого контакта типа перекатыва­ющегося моста или пары основных и дугогасительных контактов. На рис.17.1. контактная система имеет основные 3 и дугогасительные контакты 1. Основные контакты облицовываются либо серебром, либо металлокерамикой (серебро, никель, графит). Дугогасительный неподвиж­ный контакт покрывается металлокерамикой СВ-50 (се­ребро, вольфрам), подвижный СН-29ГЗ. Применяется металлокерамика других марок.

В автоматах на большие номинальные токи применя­ется включение нескольких параллельных пар основных контактов.

В быстродействующих автоматах с целью уменьшения собственного времени применяются исключительно тор­цевые контакты, имеющие малый провал. Контакты из­готавливаются из меди и поверхности касания подверга­ются серебрению. В связи с ростом номинального тока и относительно высоким сопротивлением контактов в на­стоящее время проводятся работы по искусственному ох­лаждению контактов с помощью жидкости. Такое решение задачи позволяет сохранить малую массу и быстродействие автомата и увеличить длительный ток с 2500 до 10 000 А.

Устойчивость контактов при включении на короткое замыкание зависит от скорости нарастания давления в контактах. При амплитуде включаемого тока более 30— 40 кА применяют автоматы моментного действия, у ко­торых скорость движения контактов и нажатие в них не зависят от скорости перемещения включающей рукоятки.

В универсальных автоматах, работающих селективно, создается намеренная выдержка времени при проте­кании тока короткого замыкания.

Во избежание сваривания контактов аппарата обяза­тельно применяется электродинамическая компенсация. Один из компенсаторов показан на рис.17.1. При про­текании тока в дугогасительном контуре на проводник АВ, несущий неподвижный дугогасительный контакт, действует электродинамическая сила F_э.д., увеличивающая нажатие контактов.