Понятие о напряжениях дуги: пробивном, восстанавливающем.
Восстанавливающее напряжение (Uв) – это напряжение, появляющееся на полюсах выключателя непосредственно после погасания дуги. При этом коммутируемая схема изменит свой вид так, что появятся заряженные электромагнитные контура. Т.о. Uв состоит из двух составляющих Uв= Uо+ Uсв, где Uо – возвращающее напряжение (напряжение сети) в момент погасания дуги, а Uсв – свободная составляющая, которая создается заряженными контурами. В зависимости от количества контуров, образующееся в момент погасания дуги Uсв может быть одночастотной или многочастотной.
Вывод: Uв определяется конфигурацией коммутируемой электрической сети (качество изоляции и т.д.).
Пробивное напряжение (Uпр) – это напряжение характеризует состояние ионизирующего промежутка между полюсами выключателя. Если пробивное напряжение увеличивается, то изоляционные свойства промежутка улучшаются, процесс деионизации интенсивнее ионизации (дуга разрушается).
В процессе коммутации между Uв и Uпр идет постоянное противоборство. Если Uв больше Uпр, то коммутация успешна, если Uв меньше Uпр, то коммутация неуспешна.
Способы гашения электрической дуги.
Первый способ – гашение дуги в масле, при появлении дуги в масле, под действием температуры дуги масло разлагается, образуя газовую смесь, где 70-80% - водород (образуется газовый пузырь). Водород является наилучшим хладагентом (высокая теплопроводность). Под действием водорода и давления (1-1,5 МПа) дуга интенсивно охлаждается и, следовательно, разрушается. Кроме того, на разложение масла и образование пузыря забирается 30-35% тепла и это тоже разрушает дугу.
Этот способ неактивен, нет движения газа относительно дуги. Для более интенсивного охлаждения дуги надо организовать движение газа относительно дуги. Это делается в специальных дугогасительных камерах, в которых может быть: поперечное дутье, продольное и смешанное (комбинированное).
1- неподвижный контакт, 2- подвижный контакт. 3- пузырь, 4- трансформаторное масло.
Второй способ – гашение дуги в воздухе. В камеру выключателя подается очищенный и осушенный воздух под давлением 1-5 Мпа. Движение воздуха обеспечивает быстрое эффективное обновление ионизирующей среды чистым и диэлектрическим воздухом (1 фактор), 2 фактор – интенсивное охлаждение дуги струей воздуха, 3 фактор – в различных камерах происходит удлинение дуги. Существует два способа дутья воздуха в выключателях: продольное (бывает одностороннее и двухстороннее) и поперечное. Поперечное – в момент выключения в камеру подается воздух, под действием которого дуга вытягивается и через решетки выбрасывается из камеры. Эффективность высока, но большой расход воздуха и быстрый износ поперечных решеток. Поперечное дутье – в выключателях до 20 кВ.
Двухстороннее дутье до 1000-1150 кВ. Самые быстрые выключатели (за полпериода гасят дугу) и самые мощные.
Третий способ – гашение в элегазе (SF6) – электроотрицательный газ, молекулы которого заряжены положительно, притягивают к себе электроны и появляются частицы с разными знаками. Движущиеся с одинаковой скоростью. Процесс ионизации идет очень быстро. Свойства SF6 – негорюч (до 800°), не имеет запаха, химически не активен. Недостатки – он разлагает влагосодержащие пластмассы и имеет высокую температуру сжижения (при давлении 1,5 Мпа и 6°С элегаз становится жидкостью). При низкой температуре, если отключить выключатель (элегаз жидкий), будет крупная авария.
Четвертый способ – гашение дуги в вакууме с давлением 0,0001 Па. При расхождении контактов, количество мостиков уменьшается (плотность тока через них увеличивается) и мостики испаряются, в вакууме появляется металлический пар. Это облако металла с большой скоростью диффундирует и проводящий (плазменный) шнур разрушается. Недостаток – у вакуумных выключателей существует понятие срез тока (из-за диффузии металлического облака с большой скоростью), следует высокое перенапряжение в коммутирующей цепи. Чем более тугоплавкий металл на полюсах, тем меньше срез тока, но процесс гашения становится более тяжелым и наоборот. На напряжение до 35 кВ, самый быстродействующий выключатель, имеющий самый большой ресурс (до 200 тыс. коммутаций).
Пятый способ – магнитное дутье создается электромагнитом, катушка которого включается последовательно в контур дуги. Важным элементом выключателя является камера гашения, которая способствует растягиванию и охлаждению дуги
Шестой способ – автогазовой дутье - гашение дуги в автогазовых выключателях производится потоком, газов, образующихся при разложении изоляционного материала стенок дугогасительной камеры под действием дуги. Стенки камеры изготовляются из синтетических материалов (органическое стекло, формальдегидная смола, фибра), обладающих хорошими газогенерирующими характеристиками и не склонных к коптеобразованию. Фибра применяется менее широко из-за ее способности сильно деформироваться под влиянием влаги.