AKADEMIA BYDGOSKA

im. Kazimierza Wielkiego

Wydział Matematyki i Nauk Przyrodniczych

INSTYTUT TECHNIKI

ELEKTROTECHNIKA- laboratorium

Temat: Styczniki.

Grupa I

Marcin Łyszcz

Dariusz Kula

Mariusz Lenc

1. Wstęp

Zadaniem styczników jest zamykanie, otwieranie i przełączanie obwodów obciążonych prądami roboczymi odbiorników. Styczniki są przeznaczone do manewrowania z dużą częstością łączeń silnikami elektrycznymi oraz innymi odbiornikami energii elektrycznej, zwłaszcza, gdy występuje konieczność zdalnego załączania i wyłączania urządzeń. Styczniki mogą być wyposażone dodatkowo w przekaźniki i czujniki reagujące na zmianę wartości różnych wielkości fizycznych, np. prądu, temperatury, ciśnienia, stężenia określonych gazów lub poziomu wody. Pozwala to na wykonywanie prostych i skutecznych układów zabezpieczeń i samoczynnego sterowania odbiorników. Inne właściwości styczników to bardzo duża trwałość mechaniczna i łączeniowa oraz duża znamionowa częstość łączeń. Sprawiają one, że styczniki są powszechnie stosowane w złożonych układach napędowych oraz w układach automatyki. blokad i uzależnień. Najważniejszymi zaletami styczników, które spowodowały powszechne stosowanie tych aparatów, są:

Małe natężenie prądu sterującego (prądu w obwodzie elektromagnesu), pozwalające na otwieranie i zamykanie tego obwodu przy pomocy małych. o prostej konstrukcji styków pomocniczych. Elektromagnes stycznika średniej mocy pobiera prąd o natężeniu kilku dziesiętnych ampera. Pozwala to na stosowanie w obwodach sterujących stycznika małych przycisków sterujących, podobnych do przycisków do dzwonków elektrycznych. Z uwagi na małe natężenie prądu w obwodzie sterującym stycznika, stosuje się przewody o małym przekroju, a mimo to obwody te mogą być, praktycznie biorąc, dowolnie długie, co umożliwia w pełni stosowanie tzw. sterowania zdalnego, to znaczy sterowania. w którym impuls sterujący następuje w znacznej odległości od silnika czy aparatu sterowanego. Dzięki temu możemy bez żadnych trudności umieszczać elementy sterujące w miejscu najwygodniejszym dla obsługi.

Dużą liczbę włączeń w jednostce czasu (do kilku tysięcy na godzinę).

Dużą szybkość reakcji stycznika na impuls sterujący. Czas upływający od chwili zamknięcia obwodu sterującego do chwili zamknięcia obwodu sterowanego (a więc zamknięcia styków głównych) mierzy się setnymi częściami sekundy.

Samoczynne opadanie zwory, gdy napięcie zasilające spadnie wyraźnie poniżej napięcia znamionowego. Silnik wtedy zatrzymuje się, lecz gdy napięcie w sieci powróci do wartości normalnej. nie zostanie samoczynnie włączony ponownie.
Styczniki służące do załączania i wyłączania trójfazowych silników indukcyjnych są wykonane jako trójbiegunowe, to znaczy mają trzy pary styków.
Przepisy wymagają, aby elektromagnes styczników pracował nienagannie przy napięciu wyższym od znamionowego o 10% oraz, aby stycznik załączał prawidłowo przy napięciu obniżonym o 15%. Ten ostatni warunek jest szczególnie ważny, ponieważ W momencie zamykania styków stycznika duży prąd rozruchowy pobierany przez załączony silnik może spowodować kilku-procentowy spadek napięcia w sieci. a zjawisko to nie powinno wywołać żadnego zakłócenia w pracy stycznika.

2. Przyciski

W obwodach sterowania i sygnalizacji jako łączniki stosuje się często przyciski. Są to łączniki o niewielkich prądach znamionowych.

Przycisk jest łącznikiem powracającym samoczynnie (lub po odblokowaniu) do swego pierwotnego położenia po usunięciu działania siły zewnętrznej, a więc załą­czającym lub wyłączającym obwód najczęściej tylko chwilowo. W zależności od po­trzeby przycisk może mieć zestyki zwierne (zamyka chwilowo obwód) lub rozwierne (przerywa chwilowo obwód). Zasadę działania zestyków pokazano na rys. 1 Przyciski mogą być bardziej rozbudowane i mieć jednocześnie kilka zestyków (rys. 1c) zwiernych lub rozwiernych.

Rys. 1 Zasada działania przycisków: a) o zestykach zwiernych; b) o zestykach rozwiernych; c) przy­kład układów zestyków.

3. ŁĄCZNIKI AUTOMATYCZNE.

Dotychczas rozważane łączniki służą do przerywania prądu roboczego lub otwie­rania obwodu w stanie bezprądowym za pomocą ręcznego przełączania. Nowocześ­niejszą formą konstrukcyjną łączników są łączniki automatyczne, przerywające obwód automatycznie w momencie zakłócenia. Zakłóceniem tym może być zwarcie, przeciążenie lub obniżenie albo zanik napięcia.

Ponieważ trudno jest budować łączniki spełniające duże wymagania dotyczące wielu funkcji jednocześnie, w produkcji łączników automatycznych występuje po­dział na dwa zasadnicze rodzaje: styczniki i wyłączniki.

Styczniki powinny się charakteryzować przede wszystkim dużą częstością łą­czeń ze względu na manewrowy charakter ich pracy. Natomiast wyłączniki powinny zapewnić dużą wytrzymałość zwarciową przy niezbyt dużej częstości łączeń, co po­zwoli na ich stosowanie jako sieciowych łączników zwarciowych.

Rodzajem wyłączników są również bezpieczniki, gdyż automatycznie, choć jed­norazowo, wyłączają prądy zwarciowe.

Odrębną grupę stanowią łączniki bezstykowe. Rolę tę odgrywają łączniki mag­netyczne (coraz rzadziej stosowane) i półprzewodnikowe (z zastosowaniem diod lub tyrystorów).

4. BUDOWA STYCZNIKA O NAPĘDZIE ELEKTRO MAGNESOWYM.

Rys. 2. Budowa stycznika o napędzie elektromagnesowym.

1 - styk nieruchomy, 2 — styk ruchomy, 3 — sprężyna stykowa zapewniająca docisk styków, 4 — elektromagnes napędowy, 5 -zwora ruchoma, 6 — sprężyna powrotowa, 7 — zacisk toru głównego.

5. ZASADA DZIAŁANIA. UKŁADY POŁĄCZEŃ

Stycznikiem nazywa się taki łącznik, w którym styki ruchome są utrzymywane w położeniu wymuszonym pod wpływem siły zewnętrznej.

Ze względu na położenie styków rozróżnia się: styczniki zwierne, rozwierne i zwierno-rozwierne, natomiast ze względu na rodzaj siły zewnętrznej — styczniki elektromagnetyczne (elektromagnesowe) i pneumatyczne. W praktyce najczęściej spotyka się styczniki elektromagnetyczne (rys. 3).

Rys. 3. Zasada działania stycznika elektromagnetycznego: a) sterowany impulsem; b) sterowany sygna­łem ciągłym

Z — przycisk załączający, W — przycisk wyłączający, S, — styki robocze, Sf — zestyk pomocniczy, S — sprężyna, E — elektromagnes, Ł — łącznik jednobiegunowy

Zasadę działania stycznika przedstawiono na rys. 3a. W położeniu pokazanym na rysunku styki pozostają rozwarte i są utrzymywane w tym położeniu pod wpły­wem sprężyn. Po przyciśnięciu przycisku załączającego Z w obwodzie elektromag­nesu popłynie prąd, który spowoduje zamknięcie się zestyków roboczych S, i sprzę­żonego z nimi zestyku pomocniczego Sp. Wówczas można już puścić przycisk 2, gdyż jest on bocznikowany przez zestyk Sp. Stycznik wyłącza się przez przyciśnięcie przycisku W, który przerywa obwód i powoduje (pod wpływem sprężyn), rozwarcie zestyków roboczych i pomocniczego. Omawiany stycznik jest sterowany impulsem (moment przyciśnięcia przycisku Z).

Na rysunku 3b pokazano taki sam stycznik jak na rys. 3a, sterowany sygna­łem ciągłym (zestyki zamknięte, gdy jest zamknięty łączniki).

Gdy nastąpi zanik napięcia lub jego znaczne obniżenie, zestyki stycznika w obu przypadkach zostaną rozwarte. Ponowne pojawienie się napięcia spowoduje, gdy ste­rowanie jest sygnałem ciągłym, automatyczne zamknięcie zestyków (łącznik Ł jest cały czas zamknięty). W celu załączenia stycznika sterowanego impulsem jest konie­czne ponowne naciśnięcie przycisku Z. Tego typu styczniki, mające zabezpieczenie pod napięciowe, są najczęściej korzystniejsze, gdyż automatyczne załączenie urzą­dzenia może być niewskazane ze względów technologicznych lub bezpieczeństwa. Ponadto przy zaniku napięcia dla dużej liczby odbiorców silnikowych i późniejszym jednoczesnym ich załączeniu po pojawieniu się napięcia („samo rozruch") całkowity prąd rozruchowy może albo spowodować zadziałanie zabezpieczeń na prądowych, al­bo tak obniżyć napięcie, że nastąpi ponowne otwarcie się styczników. Ponieważ sty­czniki nie są dostosowane do wyłączania prądów zwarciowych, dla ochrony przed zwarciami muszą współpracować z bezpiecznikami. Również w obwodzie sterowa­nia powinien znajdować się bezpiecznik. Obwód sterowania zasila się najczęściej na­pięciem fazowym, włączając go między fazę a przewód neutralny.

Tak jak bezpieczniki chronią przed zwarciami, tak przed przeciążeniami chronią przekaźniki termobimetalowe włączone najczęściej w obwód sterowania (rys. 4). Elementy termiczne przekaźnika są nagrzewane albo bezpośrednio z głównego ob­wodu prądowego, albo za pośrednictwem przekładników prądowych. Przekaźnik termobimetalowy składa się z dwu metalowych pasków o różnej roz­szerzalności cieplnej, połączonych na całej długości, oraz zestyku rozwiernego.

Rys. 4. Schemat stycznika z włączonym szeregowo w obwód sterowania przekaź­nikiem termobimetalowym.

Rys. 5. Przekaźnik termobimetalowy

l — bimetal (dwumetalowy pasek), 2 — zestyk rozwierny, 3 — zatrzask zestyku

Pod wpływem nagrzania prądem pasek wygina się w kierunku metalu o mniejszej rozsze­rzalności cieplnej (rys.5). Gdy prąd przekroczy nastawioną wartość, wyginający się pasek rozwiera zestyk, powodując przerwę w obwodzie sterowania i tym samym wyłączenie stycznika.

Istotną rolę w prawidłowej pracy stycznika odgrywa siła docisku między styka­mi. Im jest ona większa, tym mniejsza jest rezystancja przejścia, mniejsze nagrzewa­nie i mniejsza możliwość drgań łączeniowych. Z kolei siła ta nie może być zbyt du­ża, aby mógł ją pokonać elektromagnes. Najczęściej, aby zapewnić odpowiednią siłę docisku, stosuje się układ sprężyn pokazany na (rys. 6) Ponieważ docisk jest zależ­ny od napięcia zasilającego elektromagnes, odpowiednie działanie stycznika jest za­pewnione tylko wówczas, gdy napięcie na elektromagnesie jest większe niż 85% na­pięcia znamionowego obwodu sterowania. Z tego powodu obwody sterowania stycz­ników powinny być zasilane napięciem stabilnym, nie z tych źródeł, w których na skutek rozruchu występują duże spadki napięcia.

Rys. 6. Działanie zestyków stycznika 1 — elektromagnes, 2 — zwora ruchoma, 3 — sprężyny główne, 4 — styki nieruchome, 5 — sty­ki ruchome, 6 — sprężyna dodatkowa dociskająca.

Rys. 7. Schemat sterowania stycznikiem z kilku miejsc.

Dużą zaletą styczników jest możliwość ich zdalnego sterowania i to z wielu róż­nych miejsc. Łącząc w obwodzie sterowania odpowiednią liczbę przycisków zwiernych i rozwiernych uzyskuje się możliwość sterowania z tylu miejsc, ile zastosowano przycisków (rys. 7).

Styczniki, zgodnie ze swym manewrowym przeznaczeniem, charakteryzują się dużą częstością (do 2+3 tysięcy) łączeń na godzinę oraz dużą wytrzymałością me­chaniczną zapewniającą trwałość nawet do kilku milionów łączeń. Do zasadniczych części stycznika elektromagnetycznego zalicza się:

elektromagnes z ruchomą zworą;

zestyki obwodu prądowego (zestyki robocze);

komorę gaszącą;

zestyki obwodu sterowania (zestyki pomocnicze);

urządzenia dodatkowe (przyciski, przekaźniki).

Rys. 8. Elektromagnesy styczników: a) płaszczowy; b) ze zworą płaską; c) klapkowy; d) podkowiasty prądu stałego; e) podkowiasty prądu przemiennego

Układ elektromagnes—zwora może być wykonywany w różny sposób. Kilka częściej stosowanych układów pokazano na rys. 8.

Dla prądu przemiennego zarówno elektromagnesy, jak zwory są wykonywane z blach o dużej przenikalności magnetycznej. Strumień magnetyczny zmieniający się sinusoidalnie powoduje zmienność siły przyciągania zwory, która ma tendencję do odpadania przy przechodzeniu strumienia przez zero. Powoduje to drganie zwory. Je­żeli na rdzeniu zastosuje się poprzeczną pętlę tłumiącą, to będzie ona wytwarzała do­datkowy strumień magnetyczny przesunięty w fazie względem głównego i wzmocni siłę przyciągania w krytycznym momencie (rys. 9).

Rys. 9. Pętla tłumiąca elektromagnesu

/ — rdzeń, 2 — cewka, 3 — miedziana (mosiężna) pętla tłumiąca

Dla prądu stałego rdzenie elektromagnesów są wykonywane z materiału litego, a ze względu na niezmienność strumienia magnetycznego pętle tłumiące są zbędne.

Na skutek magnetyzmu szczątkowego istnieje niebezpieczeństwo nie odczepienia się zwory od elektromagnesu mimo przerwania obwodu sterowniczego. Aby tego uniknąć, zwora nie przylega całkowicie do rdzenia elektromagnesu — zostawia się szczelinę ok. 0,1 mm.

Większość styczników polskiej produkcji stanowią styczniki powietrzne o komo­rach gaszących z płytkami dejonizacyjnymi lub z przegrodami izolacyjnymi (pozo­stałe typy). Gaszenie łuku jest wspomagane przez wydmuch elektromagnetyczny.

Styczniki najczęściej są wykonywane w dwóch wersjach - z przekaźnikami termobimetalowymi lub też bez nich. W celu poinformowania obsługi, że stycznik wyłączył się na skutek przeciążenia, stosuje się ryglowany układ przekaźnika sprzęg­nięty z przyciskiem „wyłącz" (rys. 10). Po zadziałaniu przekaźnika przycisk nie wraca do swego pierwotnego położenia i ponowne załączenie stycznika wymaga na­ciśnięcia najpierw przycisku „wyłącz" i tym samym odryglowania układu, a dopiero potem przycisku „załącz".

Rys. 10. Schemat działania stycznika SMP-3 z ryglowanym przekaźnikiem typu PM-40

Rodzajem łączników elektromagnetycznych są również styczniki remanencyjne z elektromagnesem impulsowym (remanencyjnym), który jest połączeniem elektro­magnesu i magnesu trwałego. Napęd stycznika remanencyjnego jest uruchamiany za pomocą impulsu. Zworę utrzymuje w stanie zamkniętym magnetyzm szczątkowy. Dzięki temu stycznik jest niewrażliwy na wahania i zaniki napięcia zasilającego, a w stanie załączenia nie pobiera energii, dzięki czemu nie grzeje się i pracuje bezgłoś­nie. Styczniki prądu stałego mają magnetowód (rdzeń) z materiału o dużej koercji. Do ich wyłączania (rozmagnesowania rdzenia) jest niezbędny niewielki impuls prą­dowy o polaryzacji przeciwnej do impulsu załączającego.

Stycznik zasilany prądem przemiennym jest bardziej złożony.

6. OPIS ZESTYKÓW STYCZNIKA SLA

Rys. 11. Styczniki SLA — EMA-ELESTER,

a) stycz­nik SLA 7 I (najmniejszy); b) stycznik SLA 85 (największy)

ze — zaciski cewki elektromagnesu napadowego, zg — zaciski torów (zestyków) głównych, zp — zaciski torów (zestyków) pomocniczych.

7. TYPOWE SCHEMATY IDEOWE ORAZ ROZWINIĘTE UKŁADU STEROWANIA STYCZNIKA.

Rys. 12. Schematy ideowe oraz schematy rozwinięte układu sterowania stycznika: a) sterowanie impulsem ciągłym przy użyciu łącznika o napędzie ręcznym; b) ste­rowanie impulsem ciągłym przy użyciu przycisku; c) sterowanie impulsem krót­kotrwałym przy użyciu dwóch przycisków.

l — cewka elektromagnesu napędowego stycznika, 2 — łącznik o napędzie ręcznym, 3 — przy­cisk zwiemy (zamknięty tylko wtedy, gdy się go naciska), 4 — przycisk rozwierny (otwarty tylko wtedy, gdy się go naciska), 5 — zestyk pomocniczy zwiemy stycznika (zapewniający samo podtrzymanie), BG — bezpiecznik w obwodzie głównym, BS — bezpiecznik w obwo­dzie sterowniczym.

8. TEORIE ŁUKU ELEKTRYCZNEGO.

a) Jonizacja i dejonizacja gazów

Przewodność gazu jest uwarunkowana istnieniem — oprócz atomów obojętnych — pewnej liczby jonów oraz elektronów swobodnych. Normalnie znajdują się one w ruchu bezładnym. Jeżeli cząstki te znajdą się w polu elektrycznym, to na jony i ele­ktrony zacznie działać siła powodująca ich przyspieszanie. Przy odpowiedniej pręd­kości podczas wzajemnych zderzeń z atomów obojętnych są wytrącane elektrony, powodując jonizację gazu. Tego typu jonizację nazywa się jonizacją zderzeniową.

Podobny charakter, lecz nieco inną przyczynę, ma jonizacja termiczna (ter-mojonizacja). Wzrost energii kinetycznej cząstek, konieczny do jonizacji, jest uzyskiwany na skutek odpowiednio wysokiej temperatury. Jonizacja termiczna rozpoczyna się w temperaturze ok. 10 000°C.

Opisane rodzaje jonizacji zachodzą w całej objętości gazu (jonizacja objętościo­wa). Oprócz jonizacji objętościowej zachodzić może również jonizacja powierzch­niowa — termoemisja, autoemisja, emisja wtórna.

Termoemisja polega na uwalnianiu się z metalu katody elektronów, swobod­nych, które zwiększyły swa energię kinetyczną na skutek wzrostu temperatury. Natomiast autoemisja polega na uwalnianiu się tych elektronów, ale pod wpływem pola elektrycznego. Termoemisja ma istotniejsze znaczenie dopiero w temperaturze ok. kilku tysięcy stopni Celsjusza, gdy tymczasem autoemisja może zachodzić rów­nież przy zimnej katodzie.

Emisja wtórna jest to zjawisko wybijania elektronów z powierzchni katody (przez padające na nią jony) pod wpływem energii uderzenia.

Jednocześnie z procesem jonizacji zachodzi również zjawisko odwrotne — dejo­nizacja, czyli zobojętnianie się elektronów i jonów.

Dejonizacja może być spowodowana szeregiem zjawisk. Do najistotniejszych na­leżą:

rekombinacja objętościowa — łączenie się cząstek różnoimiennie naładowanych i
ich wzajemne zobojętnienie;

rekombinacja powierzchniowa — łączenie się jonów dodatnich z elektronami wy­
rwanymi ze ścianek stykających się z obszarem zjonizowanym oraz z elektrod;

dyfuzja — przemieszanie się elektronów i jonów z przestrzeni o dużej ich koncentracji­
do przestrzeni o mniejszej koncentracji;

dysocjacja — rozpadanie się drobin gazu na atomy, co jest związane z pobieraniem­
ciepła, a więc obniżeniem temperatury w zjonizowanym obszarze.

b) Łuk elektryczny

Łuk elektryczny jest to samoistnie wyładowanie charakteryzujące się dużą gęsto­ścią prądu. Towarzyszy on najczęściej przerywaniu obciążonych prądem obwodów elektrycznych. Wyładowanie samoistne jest to wyładowanie podtrzymywane przez samoistną jonizację przestrzeni międzyelektrodowej.

Rys. 13, Łuk prądu stałego: a) podział na strefy; b) spa­dek napięcia; c) rozkład natężenia pola elektrycznego; d) gęstości prądu elektronowego i jonowego ; — strefa przykatodowa, 2 — kolumna łuku. 3 — strefa przy-anodowa.

Na rysunku 13 pokazano łuk prądu stałego. Można w nim wyróż­nić kilka charakterystycznych stref: przykatodowa, przyanodową oraz kolumnę łukową.

Strefa przykatodowa ma długość ok. l O-4 cm. Ze względu na występu­jący na niej spadek napięcia około 10 V panuje w niej pole elektryczne o natężeniu sięgającym 107 V/m (105 V/cm). Tak duge natężenie pola elektrycznego wywołuje już auto-emisję elektronów. Natomiast wyso­ka temperatura łuku wywołuje termoemisję oraz termojonizację.

Strefa przyanodową charakte­ryzuje się brakiem ładunków dodat­nich, gdyż nie są one uwalniane z anody, a powstające w jej pobliżu kierują się w stronę katody. Spadek napięcia w tej strefie jest nieco mniejszy od katodowego.

Kolumna łukowa ma bardzo wysoką temperaturę ok. 15 000° C. Jonizacja zachodzi w niej głównie wskutek zjawiska termojonizacji.

Prąd przemienny zmienia ciągle kierunek przepływu, osiągając w pewnych momentach wartość zero. Powoduje to kolejne zapalanie i ga­szenie łuku (rys. 14). Jak widać z rys. 14,

napięcie zapłonu Uz jest wyższe od napięcia gaszenia Ug

Rys. 14 Wykres prądu i napięcia łu­ku prądu przemiennego. Linią kres­kową zaznaczono przebieg napięcia zasilającego obwód Uz — napięcie zapłonu, Ug — napięcie gaszenia

W obwodach z przewagą rezystancji w momencie przejścia prądu przez zero, a więc zgaszenia łuku, napięcie jest również zbliżone do zera (rys. 14). Gdy natomiast w obwodzie przeważa reaktancja — napięcie w tym momencie jest zbliżone do ma­ksymalnego. Wynika z tego, że łatwiej jest zgasić łuk w obwodach o przewadze re­zystancji.

O możliwości zgaszenia łuku decyduje intensywność zachodzących jednocześnie zjawisk jonizacji i dejonizacji. Intensywność dejonizacji można sztucznie zwiększyć przez chłodzenie łuku. Ogólnie można stwierdzić, że łuk może być zgaszony, jeżeli w czasie chłodzenia ilość ciepła odbieranego z łuku jest większa niż możliwość wy­twarzania ciepła przez łuk.

Łuk chłodzi się za pomocą:

- gazu o dużej przewodności cieplnej;

- wymuszonego ruchu środowiska, w którym łuk się pali;

- wydłużania łuku;

- strumienia chłodnego gazu przepuszczanego przez kolumnę łuku;

- ciekłego środowiska wokół łuku.

Gaz o dużej przewodności cieplnej ułatwia oddawanie ciepła przez przewodze­nie. Natomiast ruch środowiska, w którym pali się łuk, czy też gazu obcego wprowa­dzonego do łuku, ułatwia oddawanie ciepła na zasadzie konwekcji. Chłodzenie ko­lumny łukowej strumieniem chłodnego gazu jest najbardziej efektywnym sposobem chłodzenia. Łuk palący się w ciekłym środowisku powoduje gwałtowne parowanie cieczy, co umożliwia pobieranie dużej ilości ciepła. Ponieważ proces ten przebiega burzliwie, wytwarza się dodatkowo strumień gazu z cieczą obmywający łuk i odbie­rający od niego ciepło.

Gwałtowne przerwanie prądu w momencie zgaszenia łuku powoduje powstawa­nie sił elektromagnetycznych indukcji we wszystkich elementach indukcyjnych w obwodzie (generatory, transformatory, dławiki itp.). W efekcie na rozdzielonych sty­kach biegunów łącznika pojawia się tzw. napięcie powrotne, wyższe od znamiono­wego. Od szybkości narastania tego napięcia i szybkości dejonizacji przestrzeni mię­dzy stykami zależy możliwość ponownego zapłonu łuku. Szybkość narastania napięcia powrotnego można zmniejszyć włączając w obwód rezystancję.

c) Sposoby gaszenia łuku.

Przy rozłączaniu styków, przez które płynie prąd, powstaje między nimi łuk ele­ktryczny. Łuk ten pod wpływem własnego pola magnetycznego ma tendencję do tworzenia coraz szerszej pętli, a więc wydłużania się. Zjawisko to wykorzystuje się do łatwiejszego zgaszenia łuku, gdyż jego wydłużenie stwarza lepsze warunki odda­wania ciepła i zwiększa rezystancję, a tym samym spadek napięcia na łuku. W pra­ktyce często, oprócz właściwych styków przewodzących prąd, stosuje się połączone z nimi styki opalne, wykonane z trudno topliwych materiałów, wygięte w kształcie rozwidlonych rożków. Po rozwarciu styków roboczych powstały łuk przesuwa się natychmiast na styki opalne i dopiero wtedy jest gaszony (rys. 15). Unika się w ten sposób nadmiernego przegrzania styków roboczych.

Rys. 15 Styki opalne: a), b), c) kolejne fazy przerywania obwodu z wykorzystaniem styków opalnych rożkowych; d) łącznik z węglowymi stykami opalnymi 1 — styki robocze, 2 — styki opalne

W praktyce stosuje się najczęściej następujące sposoby gaszenia łuku:

- szybkie (migowe) rozdzielenie się styków;

- wydłużenie łuku przez odpowiednie ukształtowanie styków i wydmuch elektro­magnetyczny;

wydłużenie łuku w przegrodach falistych;

podział łuku na części między płytkami dejonizacyjnymi;

chłodzenie łuku w dyszach szczelinowych;

chłodzenie łuku przez wydmuch gazu; chłodzenie łuku w oleju lub w innych cieczach;

zastosowanie próżni.

Gaszenie łuku przez migowe rozdzielenie styków jest stosowane w łącznikach niskiego napięcia na niewielkie prądy. Do większych prądów stosuje się już bardziej złożone układy gaszące. Odpowiednio uformowane styki opalne są często wspo­magane dodatkowym wydmuchem elektromagnetycznym (rys. 16a), przyspiesza­jącym wydłużanie się łuku. Korzystając z wydmuchu elektromagnetycznego można wydłużać łuk przepuszczając go przez poprzeczne przegrody z materiałów izolacyjnych (rys. 16b) lub przez szereg metalowych płytek dejonizacyjnych (rys. 16c). Płytki dejonizacyjne nie wydłużają bardziej łuku, lecz dzieląc go na kilka mniejszych ułatwiają chłodzenie i przyspieszają zgaszenie. W nowych typach łączni­ków niskiego napięcia są stosowane często dysze szczelinowe (rys. 16d), gdzie wy­pychanie łuku do coraz bardziej zwężającej się szczeliny powoduje jego jednoczesne zwężenie i wydłużenie, co w efekcie doprowadza do ochłodzenia i zgaszenia łuku.

W łącznikach wysokiego napięcia częstym sposobem gaszenia łuku jest chłodze­nie go w strumieniu wydmuchiwanego gazu. Najczęściej stosuje się do tego sprę­żone powietrze lub sześciofluorek siarki SF6.

Od dawna znanym sposobem jest gaszenie łuku w otoczeniu oleju. Wytwarza się wówczas wodór i węglowodór, pobierając w procesie powstawania znaczne ilości ciepła i tym samym chłodząc łuk. Ten sposób gaszenia jest nadal powszechnie wyko­rzystywany w łącznikach wysokiego napięcia, natomiast w łącznikach niskonapię­ciowych jest już stosowany rzadko, raczej w starszych typach łączników.

Przedstawione sposoby gaszenia łuku przy wyższych napięciach wymagają zwięk­szenia objętości komór gaszących, a tym samym większej masy aparatów.

Rys. 16 Sposoby gaszenia łuku w łącznikach niskiego napięcia: a) wydmuch elektromagnetyczny — istota zjawiska; b) komora łukowa z izolacyjnymi przegrodami poprzecznymi; c) komora łukowa z płyt­kami dejonizującymi; d) komora łukowa dyszowa

l — styk, 2 — luk elektryczny, 3 — biegun elektromagnesu, 4 — przegrody izolacyjne, 5 — obudowa komory łuko­wej. 6 — metalowe płytki dejonizacyjne. 7 — dysza

Rys. 17 Próżniowa komora gaszeniowa: a) schemat; b) komora w styczniku SV

1 — osłona izolacyjna, 2 — styk ruchomy, 3 — styk stały, 4 — nakładka stykowa, 5 — płaszcz metalowy, 6 — osłona izolatora, 7 — mieszek sprężysty

Jedną metod rozwiązania tego problemu jest wykorzystywanie dielektrycznych właściwości próżni (rys. 17). W próżni o ciśnieniu 10-6-lO-8 hPa znajduje się niewiele cząsteczek gazu resztkowego. Nośnikami ładunków elektrycznych mogą być tylko cząsteczki par metali odrywane z katody na skutek wysokiej temperatury. Gaszenie łuku elektryczne­go następuje w sposób naturalny, w zasadzie przy pierwszym przejściu prądu przez wartość zerową (rys. 14), gdyż cząsteczki podtrzymujące łuk rozlatują się promieni­ście (w kierunku niższego ciśnienia). Brak cząsteczek metalu między stykami uniemo­żliwia ponowny zapłon łuku.

Stycznik czterobiegunowy typu SU-340 — APENA, Bielsko-Biała ł — zacisk, 2— elektromagnes wydmuchowy, 3 — komora łukowa, 4 — zespół styków po­mocniczych, 5 — cewka elektromagnesu napę­dowego, 6 — podstawa

---