29. Гашение дуги высоким давлением.

С ростом давления возрастает плотность газа, при этом увеличиваются

теплопроводность и отвод тепла от дуги. Если при данном токе в дуге увеличить давление окружающей среды, то увеличится отвод тепла. Для того чтобы сохранить тот же

ток, необходимо к дуге подвести большую мощность, что при неизменном токе требует повышения напряжения на дуге (градиента Ец). На этом принципе основано гашение дуги в предохранителях и других аппаратах низкого напряжения. Внутренний объем предохранителя герметизирован. При перегорании плавкой вставки дуга загорается и выделяет энергию, которая расходуется на повышение давления во внутреннем объеме предохранителя. Из кинетической теории газов известна связь между давлением р, объемом V и энергией W г газа:

pv=2/3wг=2/3Wд=1/3LI²₀

Энергия, полученная газом, Wr равна энергии, выделенной дугой, И7Д, которая может быть приравнена к электромагнитной энергии отключаемого контура LI2. Таким образом, давление р во внутреннем объеме предохранителя зависит от отключаемого тока I₀ и индуктивности коммутируемой цепи L.

В некоторых аппаратах (предохранителях, пакетных выключателях и др.) стенки дугогасящей камеры делаются из газогеиерирующих материалов — фибры. Благодаря высокой температуре дуги такие стенки выделяют газ, и давление в объеме поднимается до 10—15 МПа за доли полупериода. Из-за резкого подъема напряжения на дуге ток обрывается до своего естественного нуля, не достигнув максимального значения. В таких аппаратах проявляется эффект токоограничения.

30. Гашение электрической дуги в потоке сжатого газа.

В электрических аппаратах высокого напряжения коммутируются токивдесятки килоампер при напряжении до 10⁶В. Для решения такой сложной задачи используется воздействие на электрическую дугу потока сжатого воздуха или других газов. Сжатый воздух обладает высокой плотностью и- теплопроводностью. Омывая дугу с большой скоростью, он охлаждает ее и при прохождении тока через нуль

обеспечивает деионизацию дугового столба. Воздух при высоком давлении обладает также высокой электрической прочностью, что создает высокую скорость нарастания

электрической прочности промежутка. Сжатый воздух из компрессоров очищается от

механических примесей с помощью фильтров и проходит специальную сушку от влаги. Давление, применяемое в воздушных выключателях, колеблется от 1 до 4 МПа,. Возможны варианты ДУ с поперечным и продольным дутьем. В первом (рис. 4.28, а) воздушный поток направлен перпендикулярно дуге, во втором — вдоль ее оси. Дуга 5, возникающая между контактами 1 и 4, подвергается воздействию

сжатого воздуха и прижимается к перегородкам 2. При этом обеспечивается эффективное охлаждение дуги. Из-за больших габаритов и наличия органической изоляции в области дуги в настоящее время эти камеры не выпускаются (но в эксплуатации еще имеются). В настоящее время для аппаратов на все классы напряжения наиболее распространены ДУ продольного дутья (рис. 4.28, б—е). Наиболее свершенными являются камеры по рис. 4.28,5 и е. Корпус камеры 5 выполнен из фарфора. Дуга 3, образующаяся между тордами контактов 1 и 4, потоком воздуха быстро вдувается в их внутреннюю полость. При этом

обеспечивается малый износ контактов. Пары металла электродов не попадают в междуконтактный промежуток и потоком воздуха выносятся в атмосферу. Благодаря этому пары металла электродов не уменьшают скорости восстановления электрической прочности промежутка. Элемент 6, в котором электрическая дуга подвергается продольному охлаждению воздухом, называется соплом. После расхождения контактов в дуге выделяется мощность

Рд=UдI

Под действием этой мощности происходит быстрый подогрев воздуха и местное поднятие давления, в результате количество воздуха, охлаждающего дугу, и его скорость

резко уменьшаются. При определенных условиях возможна вообще остановка воздушного потока. Происходит закупорка сопла ДУ. Это явление необходимо учитывать при

проектировании ДУ, обеспечивая при амплитудном значении отключаемого тока минимальную скорость истечения воздуха не ниже 8—10 м/с. После прохождения тока через нуль междуконтактный промежуток заполнен плазмой, нагретой до 12 000—

15 000 К. При охлаждени плазмы дуги воздухом электрическая прочность промежутка восстанавливается с конечной скоростью. Чем больше отключаемый ток, тем труднее охладить плазму и тем медленнее идет процесс восстановления электрической прочности. Поэтому для ДУ с продольным дутьем характерно уменьшение отключаемого тока с ростом скорости восстановления напряжения. При больших значениях отключаемого тока необходимо снижать скорость восстановления напряжения сети с помощью

шунтирующих резисторовОдним из способов дальнейшего увеличения номинальных напряжений установок и допустимых токов КЗ является применение новых дугогасящих газов. Наилучшие результаты получены с электротехническим газом — элегазом

r(SF₆), примененным впервые в Советском Союзе. По сравнению с воздухом элегаз обладает следующими преимуществами:

1. Электрическая прочность элегаза в 2,5 раза выше, чем у воздуха, и при давлении 0,2 МПа близка к электрической прочности трансформаторного масла.

2. В ДУ продольного дутья дугогасящая способность элегаза примерно в 5 раз выше, чем у воздуха.

3. Высокая удельная плотность улучшает теплоотдачу токоведущих систем, что позволяет увеличить допустимую плотность тока и уменьшить массу меди в выключателе.

4. Малое значение градиента Еп в электрической .дуге уменьшает эффект закупорки сопла. Это позволяет увеличить междуконтактный зазор и повысить напряжение на

каждом разрыве. При этом сокращается число разрывов на выключатель.

5. Элегаз является инертным газом, не вступающим в реакцию с кислородом и водородом, слабо разлагается дугой. Элегаз нетоксичен, хотя некоторые продукты, образующиеся при воздействии дуги, опасны. Недостатком элегаза является высокая температура сжижения. Так, например, при давлении 1,31 МПа переход из газообразного состояния в жидкое происходит при 0°С. Это заставляет при высоком давлении прибегать к подогревающим устройствам. В элегазовом ДУ высокого давления

гашение дуги происходит так же, как и в воздушном ДУ. Из-за сложности и пониженной надежности такие ДУ не используются. Широкое применение в выключателях нашли

автопневматические элегазовые ДУ. В выключателе поддерживается давление 0,35 МПа,при котором температура сжижения элегаза составляет —40 °С. При отключении выключателя его механизм воздействует на поршневое устройство, создающее в зоне горения дуги давление 0,7—0,8 МПа. При этом обеспечивается надежное гашение дуги. В настоящее время воздушные ДУ вытесняются элегазовыми.