10. Дугогасіння. Дугогасильні решітки та камери

10.1 Загальні принципи гасіння дуги

На рис. 10.1 показано ВАХ дуги, в послідовно з’єднаному R, L колі, та характер розподілу потенціалу вздовж дуги від аноду до катоду. Відомо, що умова – умова гасіння дуги.

Тобто, для гасіння дуги необхідно створювати такі умови, щоб спад напруги на дузі був більшим за напругу сітки. Гасити дугу можна кількома шляхами; використовуючи особливості розподілу напруги в областях між анодом і катодом. Для цього можна:

1. збільшити довжину дуги, розтягувати її;

2. діяти на повздовжній градієнт напруги на дуговому проміжку;

3. використовувати приелектродний спад напруги.

Головним іонізуючим фактором, що підтримує горіння дуги є термічна іонізація. Звідси випливає ідея гасіння дуги за рахунок її охолодження, бо при охолодженні знижується іонізація, а значить, дуговий стовп руйнується, бо існування стовпа зв’язане з термоелектронною емісією, іонізацією, рекомбінацією та дифузією частинок в стовпі дуги.

Дугу можна обдувати газом або рідиною. Можна переміщати через нерухомий газ чи рідину. Ефект охолодження буде тим самим. Переміщують дугу за допомогою магнітного поля. Гасити дугу можна також шляхом підвищення тиску в об’ємі, де розвивається (існує) дуга. Тоді енергія дуги витрачається на розігрів цього газу і відповідно до цього вона гасне.

Гасіння дуги високим тиском, що створюється дугою в щільно закритих камерах, застосовується в плавких запобіжниках.

→

Для використання приелектродного спаду напруги потрібно створити дугогасящі пристрої із багатьма електродами. Це – дугогасящі решітки.

10.2 Гасіння відкритої дуги в магнітному полі. Швидкість руху дуги на різних ділянках

На дугу діють електродинамічні сили, і дуга рухається (рис. 10.2).

Сила Ампера, коли магнітне поле є перпендикулярним до осі дуги, визначається формулою:

.

Сила тертя, що діє при русі дуги, пропорційна квадрату швидкості:

,

де – коефіцієнт пропорційності.

Звідси – швидкість руху дуги. (10.1)

В радіальному магнітному полі (рис. 10.3) дуга буде рухатись по спіралі, дуга не стабільна.

Чим швидше рухається дуга, тим більший градієнт напруги в стволі дуги.

Для забезпечення переміщення дуги магнітне поле повинне бути перпендикулярним до осі дуги. Рівняння (10.1) дає якісну картину швидкості руху дуги, як функцію сили струму і магнітного поля. Як видно із 10.1, швидкість руху дуги прямопропорційна кореню квадратному із добутку сили струму на магнітну індукцію.

Розглянемо залежність швидкості руху від довжини дуги. Вона поділяється на три ділянки (рис. 10.4):

1. ділянка: прикатодна (її довжина від 0.5 до 2 мм.) тут існує не дуга, а перешийок із розплавленого металу; l_I ≥ 0.5 мм. Залежить від типу електродів. Для мідних ~ 1 мм, для стальних – 2 мм;

2. ділянка: перехідна. На ній існує крапельно-рідкий стан і плюс дуга. Якщо на першій ділянці швидкість дуже мала, то на другій швидкість різко зростає, що сприяє умовам гасіння дуги і зменшує руйнування контактів;

3. ділянка: „власне дуга”. Під дією власного магнітного поля дуга намагається звернутись в спіраль, а зустрічний потік повітря намагається її розщепити. Гальмуюча дія цих факторів впливає на швидкість руху дуги.