Elektryczny łuk łączeniowy

 Jonizacja przestrzeni łukowej
 Dejonizacja przestrzeni łukowej
 Zapalenie się łuku elektrycznego między rozchodzącymi

się stykami łączników

 Charakterystyki prądowo-napięciowe łuku
 Warunki gaszenia łuku elektrycznego
 Wytrzymałość elektryczna przerwy międzystykowej

łączników podczas naturalnego gaśnięcia łuku

 Łuk elektryczny w próżni

Jonizacja przestrzeni łukowej

Podczas przerywaniu obwodów elektrycznych, w których
płynie prąd, oraz prąd wyłączeniowy i napięcia przekraczają
pewne określone wartości graniczne między rozdzielającymi
się stykami występują wyładowania elektryczne.
Przepływ prądu elektrycznego w gazie jest możliwy wskutek
jego zjonizowania i utraty właściwości izolacyjnych.

W

łącznikach elektroenergetycznych są dominujące

następujące rodzaje jonizacji:

 jonizacja zderzeniowa,
 jonizacja termiczna gazu,
 jonizacja termiczna elektrod,

Jonizacja przestrzeni łukowej

Jonizacja zderzeniowa – warunkiem zapoczątkowania
zderzeniowej

jonizacji

gazu

jest

istnienie

wolnych

elektronów poddanych działaniu pola elektrycznego.
Siła działająca na wolne elektrony znajdujące się w polu
elektrycznym o natężeniu K:

F = Ke gdzie e = 1602



10

-19

As – ładunek elektronu

Prędkość osiągana na drodze swobodnej elektronu



przez

elektron pozostający uprzednio w spoczynku:

elektronu

masa

-

10

107

,

9

gdzie

2

31

kg

m

m

Ke

e

e













Jonizacja przestrzeni łukowej

Wytrącenie kolejnego elektronu podczas z cząstką gazu
nastąpi wówczas, gdy energia kinetyczna uderzającego
elektronu jest większa od energii jonizacji. W celu
osiągnięcia tej energii elektron musi przebyć drogę o różnicy
potencjałów U

j

, zwanej potencjałem jonizacyjnym. Warunek

wytrącenia elektronu jest więc następujący:

eU

j

– energia jonizacji w elektronowoltach (eV),



j

– prędkość jonizacji

j

j

j

j

e

e

K

e

eU

eU

m

m













którym

w

2

1

2

1

2

2

Jonizacja przestrzeni łukowej

Jonizacja termiczna gazu

– gaz jest mieszaniną cząsteczek i

atomów elektrycznie obojętnych oraz jonów i elektronów

decydujących o jego przewodności elektrycznej. Cząsteczki
gazu w stanie równowagi cieplnej pozostają w ciągłym
ruchu o różnych kierunkach.
Średnia energia kinetyczna A

k

ruchu postępowego

cząsteczek gazu o masie

M w temperaturze



:

Stopień równowagi dla danej temperatury i ciśnienia:


n

i

,n – liczba cząsteczek zjonizowanych i niezjonizowanych,

k – stała Boltzmana równa 1,3805



19

-23

Ws/K





k

M

A

k

2

3

2

1

2





100

%

n

n

n

X

i

i





Jonizacja przestrzeni łukowej

Jonizacja termiczna elektrod

– w metalach znajduje się

pewna liczba elektronów pozostających w ciągłym ruchu.
Im wyższa temperatura metalu, tym więcej jest
swobodnych elektronów i większa jest ich prędkość.
Elektrony są utrzymywane w metalu pod wpływem sił
wypadkowych skierowanych do wnętrza metalu. Elektron

może opuścić metal, jeżeli składowa jego prędkości
normalna do powierzchni metalu



n

jest dostatecznie duża.

Wówczas spełniona jest nierówność:


A

w

, V

w

– praca (energia) i potencjał wyjścia elektronu.

Prawdopodobieństwo

wyjścia

elektronu

w

danej

temperaturze zależy od wartości pracy wyjścia, a ta z kolei
m.in. od natężenia pola.

w

w

n

e

eV

A

m





2

2

1



Dejonizacja przestrzeni łukowej

Dejonizacja przestrzeni łukowej polega na neutralizacji
elektronów i jonów.
Dejonizacja występuje wskutek :

neutralizacji ładunków elektrycznych w pobliżu

ścianek i elektrod,

neutralizacji przez rekombinację w przestrzeni

międzyelektrodowej,

dyfuzji,
dysocjacji,

Dejonizacja przestrzeni łukowej

Neutralizacja przez rekombinację polega na łączeniu się
ładunków różnoimiennych. Można wyróżnić:

 rekombinację jonową polegającą na połączeniu jonu

dodatniego z ujemnym i utworzeniu dwu cząsteczek
obojętnych,

 rekombinację elektronową polega na połączeniu

elektronu z jonem dodatnim i utworzeniu cząsteczki
obojętnej,

Prawdopodobieństwo rekombinacji jonowej jest wielokrotnie
większe niż elektronowej, gdyż prędkości jonów dodatnich i
ujemnych są takie same.

Dejonizacja przestrzeni łukowej

Dyfuzja polega na ucieczce jonów i elektronów poza obszar

wyładowania łukowego i zmniejszeniu liczby zjonizowanych

cząsteczek w atmosferze łuku (dyfuzja unipolarna). Zjawisko
to

można

wzmocnić

wskutek

elektrostatycznego

oddziaływania wytworzonych ładunków różnych znaków.

Prędkość elektronów jest większa niż jonów i w przestrzeni
w niższej temperaturze tworzy się obszar z przewagą

elektronów, bliżej środka łuku obszar z przewagą jonów.

Między tymi obszarami występuje pole elektryczne, pod

wpływem którego prędkość jonów jest przyśpieszona a

elektronów zmniejszona. W warunkach ustalonych natężenie
pola osiąga wartość, gdzie prędkości te są równe (dyfuzja
ambipolarna). W temperaturze wyższej cząsteczki gazów

rozpadają się na atomy, co jest związane z poborem energii
cieplnej. Zjawisko to, zwane dysocjacją, wywołuje
zahamowanie procesu jonizacji termicznej, przez obniżenie
temperatury przestrzeni wyładowania łukowego.

Zapalenie się łuku elektrycznego między

rozchodzącymi się stykami łączników

W chwili poprzedzającej rozchodzenie się styków

gwałtownie zmniejsza się siła ich wzajemnego docisku,

więc zwiększa się rezystancja przejścia. Przepływający prąd
powoduje silne miejscowe nagrzewanie się powierzchni

styków w punktach styczności. Pod wpływem wysokiej
temperatury wydzielają się pary metalu i występuje
jonizacja termiczna elektrod. W chwili utraty metalicznej

styczności między stykami pojawia się pole elektryczne

zapoczątkowujące jonizację zderzeniową. Pod wpływem
pola

elektrony

osiągają energię wystarczającą do

zjonizowania par metali znajdujących się pomiędzy
stykami. Następuje lawinowa jonizacja cząsteczek gazu

znajdujących się pomiędzy stykami i zapalenia się łuku
elektrycznego. Na początku jest to łuk krótki, przechodzący
w łuk długi.

Charakterystyki prądowo-napięciowe łuku

Zależność napięcia łuku od natężenia prądu łuku nazywamy
charakterystyką łuku. Rozróżnia się charakterystykę statyczną
i dynamiczną łuku. Istnieje tylko jedna charakterystyka
statyczna wyznaczana podczas powolnych zmian prądu łuku,
odpowiadająca równowadze energii dostarczonej do łuku i
energii traconej. Przebieg charakterystyki zależy od długości
łuku i intensywności chłodzenia kolumny łukowej. W
zależności od szybkości zmian prądu łuku uzyskuje się
rodzinę charakterystyk dynamicznych, odpowiadających
różnym

szybkościom

zmian

prądu.

Na

przebieg

charakterystyk dynamicznych ma wpływ bezwładność
zjawisk zachodzących w kolumnie łukowej, intensywność
jonizacji, zmiana średnicy kolumny łuku.

Charakterystyki prądowo-napięciowe łuku

W łuku elektrycznym płonącym między elektrodami K i A

można wyróżnić charakterystyczne obszary. W pobliżu
katody występuje strefa katodowego spadku napięcia.

Przestrzeń przy anodzie zajmuje strefa anodowego spadku

napięcia o znacznej przewadze elektronów nad jonami.
Zasadniczą część łuku elektrycznego zajmuje kolumna

łukowa, łącząca się ze strefą katodową i anodową przez tzw.
strefy przejściowe. W zależności od długości kolumny

łukowej można wyróżnić łuk:

 długi, w którym decydujące znaczenie mają zjawiska

zachodzące w kolumnie łukowej,

 krótki, w którym zjawiska przyelektrodowe odgrywają

istotne znaczenie w procesie zapłonu i gaśnięcia łuku,

Uproszczony obraz łuku prądu stałego palącego się

w powietrzu o ciśnieniu atmosferycznym

a) Oznaczenie stref

b) Rozkład napięcia

c) Rozkład temperatury

U

K

, U

A

– spadek napięcia

na katodzie i anodzie

Charakterystyki prądowo-napięciowe łuku

1 - statyczna di/dt



0

2 - dynamiczna di/dt>0

3,4 - dynamiczna di/dt<0

5 - dynamiczna di/dt



Uz, Ug - napięcie zapłonu i

gaszenia łuku

Warunki gaszenia łuku elektrycznego

W łuku elektrycznym prądu przemiennego, niezależnie od
stopnia zjonizowania przestrzeni między elektrodami, prąd
co pół okresu ma wartość chwilową równą zeru i zmienia
kierunek przepływu. Co pół okresu łuk więc gaśnie, gdy
wartość chwilowa prądu jest mniejsza od minimalnej
warunkującej palenie się łuku.
W łącznikach prądu przemiennego gaszenie łuku polega
głównie na niedopuszczeniu do ponownego zapłonu łuku po
przejściu prądu przez zero. Przed ostatecznym zgaszeniem
łuku może on wielokrotnie zapalać się i gasnąć.
Zgaszenie wymuszone łuku prądu przemiennego jest
możliwe, jeżeli proces gaszenia będzie przebiegał w czasie
krótszym niż pół okresu, przed naturalną zmianą kierunku
przepływu prądu.

Warunki gaszenia łuku elektrycznego

Zgaszenie łuku prądu stałego następuje wtedy, kiedy łuk
zostanie rozciągnięty na odpowiednią dużą odległość lub
nastąpi bardziej intensywne odbieranie ciepła z kolumny
łukowej, przez co gradient napięcia łuku jest większy, a
energia łuku jest większa od tej, którą obwód może
dostarczyć do łuku.
Przyspieszenie procesu gaszenia oraz ograniczenie przepięć
występujących przy przerywaniu łuku prądu stałego można
uzyskać

wprowadzając

rezystancję

lub

pojemności

bocznikujące zestyki łącznika, a także odpowiednio
kształtując styki łącznika, przez co przed ostatecznym
zgaszeniem łuku dochodzi do kilkakrotnego przebicia

przerwy międzystykowej w jej najwęższym miejscu.

Przebiegi prądu i napięcia przy gaszeniu łuku prądu

przemiennego

Przy zgaszeniu łuku

Przy ponownym zapłonie

1 – napięcie źródłowe; 2 – prąd; 3 – krzywa wzrostu
wytrzymałości elektrycznej przerwy; 4 – napięcie powrotne

Łuk elektryczny w obwodzie prądu przemiennego

a)

b)

a) Przebiegi przy L=0

b) Przebiegi przy R=0

c) Schemat obwodu

e – siła elektromotoryczna

U

z

, U

g

– napięcie zapłonu i

gaszenia łuku

t

p

– czas przerwy bezprądowej

c)

Łuk elektryczny w obwodzie prądu stałego

1,3 – charakterystyki łuku

2 – charakterystyka obwodu
(E

0

-iR)

Wytrzymałość elektryczna przerwy międzystykowej

łączników podczas naturalnego gaśnięcia łuku

Szybkość narastania wytrzymałości elektrycznej przerwy
międzystykowej łączników jest zależna od przebiegu zjawisk
w łuku i kolumnie nagrzanych gazów po zgaśnięciu łuku.
Wytrzymałość zwiększa się tym wolniej, im większa była
wartość prądu wyłączeniowego. W analizie procesów
odbudowy wytrzymałości elektrycznej przerwy należy
wyróżnić dwa przypadki:

 gaszenie

łuku

krótkiego,

gdy

przerwa

międzyelektrodowa wynosi zaledwie kilka milimetrów

 gaszenie łuku długiego

W pierwszym przypadku decydujące znaczenie mają zjawiska
zachodzące w pobliżu elektrod, w drugim zaś zjawiska
występujące w kolumnie połukowej.

Łuk elektryczny w próżni

Zapłon i palenie się łuku w próżni są możliwe dzięki
zjonizowaniu par metali wygenerowanych z elektrod, przez
sam proces palenia się łuku. W łuku próżniowym o
umiarkowanych wartościach, od kilkuset do ok. 10kA (w tzw.
łuku dyfuzyjnym), tworzy się pewna liczba oddzielonych od
siebie łuków równoległych, w których daje się rozróżnić:

 plamkę katodowa
 katodową stopę łuku
 plazmę łuku
 strefę przyanodową

Uproszczony model łuku próżniowego

1. Plamka katodowa

2. Stopa katodowa

3. Strefa plazmowa

4. Strefa przyanodowa

Przebieg prądu i napięcia łuku próżniowego w

pobliżu przejścia prądu przemiennego przez zero

I

min

– minimalny prąd stabilnego

palenia się łuku

I

u

– prąd ucięcia

Łuk elektryczny w próżni

Zewnętrznym objawem niestabilnego palenia się łuku jest
pojawienie się w napięciu łuku składowej nieustalonej o
dużych wartościach amplitud i dużej częstotliwości. Łuk
gaśnie przy pewnej wartości nazywanej prądem ucięcia I

u

,

gdy ograniczone parametrami napięcie nie może podtrzymać
wyładowania. Wartości prądów ucięcia zależą głównie od
rodzaju materiału stykowego oraz od parametrów i
konfiguracji wyłączanego obwodu elektrycznego.
Prądy ucięcia są mniejsze, a w szczególnych przypadkach
równe prądom I

min

materiałów stykowych. Znaczne wartości

prądów ucięcia łączników próżniowych są niekorzystne ze
względu na generowanie napięć w sterowanych obwodach.

Techniki gaszenia łuku elektrycznego

 Informacje ogólne
 Gaszenie łuku w powietrzu
 Gaszenie łuku w cieczach
 Gaszenie łuku w strumieniu sprężonego powietrza
 Gaszenie łuku w strumieniu sprężonego SF

6

 Gaszenie łuku w próżni
 Gaszenie łuku w obecności materiałów samogazujących
 Gaszenie łuku w materiałach drobnoziarnistych

Informacje ogólne

W

najczęściej

spotykanych

rozwiązaniach

komór

gaszeniowych stosuje się jedno lub równocześnie kilka zjawisk

przyspieszających procesy dejonizacyjne kolumny połukowej,

powodujące zgaszenie łuku elektrycznego, takie jak:

 przemieszczenie

łuku

w

obszar

chłodnych

niezjonizowanych gazów,

 zmuszenie łuku do palenia się w wąskich szczelinach

między ściankami materiału odpornego na temperaturę,

 podział łuku na szereg łuków krótkich palących się

między metalowymi płytkami komory,

 nadmuch na kolumnę łukową sześciofluorku siarki lub

strumienia chłodnego, sprężonego powietrza,

 umieszczenie zestyków łącznika w wysokiej próżni,
 gaszenie łuku w materiałach drobnoziarnistych,

Gaszenie łuku w powietrzu

Łuk elektryczny może zostać zgaszony, gdy zostanie
rozciągnięty na odległość większą od długości krytycznej.
Wymaganą długość łuku uzyskuje się poprzez:

 szybkie zwiększenie odległości między stykami

powodowane ruchem jednego lub obydwu styków
zestyku, wywołane działaniem napędu,

 unoszenie cieplne nagrzanej plazmy łuku,
 elektrodynamiczne oddziaływanie pola magnetycznego

na ładunki wypełniające plazmę łuku,

Gaszenie łuku w powietrzu

Prędkość naturalnego unoszenia się łuku jest mniejsza od
prędkości unoszenia się silnie nagrzanego powietrza. Można
ją jednak zwiększyć przez odpowiednie ukształtowanie
zestyków

oraz

zastosowanie

specjalnych

komór

gaszeniowych, w których wykorzystuje się zjawisko
dynamicznego oddziaływania pola magnetycznego na łuk.
Zastosowanie specjalnych komór, w których wytworzona jest
celowo

indukcja

magnetyczna

o

znacznej

wartości,

zwielokrotnia efekty sprzyjające gaszeniu łuku elektrycznego.
Prędkość przemieszczania się łuku zależy od wartości prądu i
długości łuku oraz konstrukcji komory.

Gaszenie łuku w powietrzu

W łącznikach niskiego napięcia stosuje się komory
gaszeniowe z płytkami dejonizującymi wykonanymi z miedzi
lub stali. Łuk zapalający się między rozchodzącymi się
stykami wydłuża się i przemieszcza w kierunku płytek
komory gaszeniowej. Po osiągnięciu płytek łuk dzieli się na
coraz więcej części, a następnie na kilka łuków krótkich

palących się między płytkami. Łuk w miarę wydłużania się
dzieli się na coraz więcej części, a napięcie łuku wzrasta
skokowo według zależności:





kl

K

A

U

U

U

n

U







1

U

A

,U

K

– anodowy spadek napięcia na płytkach komory

n – liczba łuków krótkich
U

kl

– całkowite napięcie kolumny łukowej, bez uwzględnienia

przyelektrodowych spadków napięcia

Komora gaszeniowa wyłącznika prądu stałego

1. Płytki metalowe

2. Przegrody izolacyjne

Komory gaszeniowe wyłączników prądu

przemiennego niskiego napięcia

Komora magnetowydmuchowa

1. Jarzmo elektromagnesu z cewką

2. Nabiegunniki elektromagnesu

3. Ścianki komory gaszeniowej wąskoszczelinowej

Łącznik z komorą gaszeniową solenoidalną w

różnych stadiach procesu gaszenia łuku

Gaszenie łuku w cieczach

Ciekłym środowiskiem gaszącym łuk elektryczny jest obecnie
praktycznie tylko olej izolacyjny. W przerwie powstającej
między stykami łącznika będącego częścią obwodu
elektrycznego, w którym płynął prąd elektryczny, zapala się
łuk – nie bezpośrednio w oleju – lecz w przestrzeni gazowej
wypełnionej produktami rozkładu i parami oleju, wywołanymi
energią łuku. Przy przeciętnym składzie oleju powstające gazy
zawierają ok.. 70% wodoru, 20% acetylenu, 6% metanu i 3%
etylenu. Pary oleju stanowią ok. 40% objętości bańki gazowej.
Rodzaj oleju, jego zanieczyszczenie i zawilgocenie wpływają
w niewielkim stopniu na skład gazu oraz proces palenia się i
gaszenia łuku.

Wyładowanie łukowe w cieczach

1. Rdzeń łuku elektrycznego o

temperaturze do 10000K

2. Bańka gazowa o temperaturze

obniżającej się od temperatury
łuku do 500800K

3. Silnie przegrzane pary oleju

4. Warstwa oleju ogrzana do

temperatury parowania przy
ciśnieniu bańki gazowej

5. Olej o temperaturze otoczenia

Gaszenie łuku w cieczach

Przerywanie łuku elektrycznego w wyłącznikach cieczowych
odbywa się w specjalnych komorach gaszeniowych, gdzie
przez ograniczenie przestrzeni, w której może się powiększać
bańka gazowa, uzyskuje się dobre warunki gaszenia łuku w
podwyższonym ciśnieniu gazu. Wykorzystuje się również
dodatkowe

zjawisko

sprzyjające gaszeniu łuku w

podwyższonym ciśnieniu, takie jak wymuszony przepływ
oleju wywołujący intensywne chłodzenie kolumny łukowej.
Powoduje to skrócenie czasu łukowego oraz zmniejsza
zależność czasu łukowego od wartości przerywanego prądu.

Gaszenie łuku w strumieniu sprężonego

powietrza

Skierowanie na łuk elektryczny strumienia chłodnego gazu
powoduje, że wpadające do łuku cząstki gazu nagrzewają się,

jonizują, zmieniają swoje położenie, aż w końcu opuszczają
obszar wyładowania łukowego. W ten sposób nagrzewają się
kolejne cząstki gazu, a nagrzane i zjonizowane są usuwane
poza obszar wyładowania.związane to jest z bardzo
intensywnym chłodzeniem kolumny łukowej. Dejonizacja

następuje w wyniku chłodzenia kolumny łukowej i
mechanicznego usuwania cząstek zjonizowanych. Zjawisko
intensywnego chłodzenia i dejonizacji kolumny łukowej w
strumieniu sprężonego gazu jest wykorzystane do gaszenia

łuku elektrycznego w wyłącznikach pneumatycznych, z

sześciofluorkiem siarki oraz częściowo w wyłącznikach
gazowydmuchowych i magnetowydmuchowych.

Gaszenie łuku w strumieniu sprężonego

powietrza

Pożądane jest, aby czas łukowy był krótki, co uzyskuje się
m.in. Przez odpowiednią konstrukcję układów napędowych
umożliwiającą znaczną prędkość ruchu styków. W
wyłącznikach powietrznych może to powodować oddalenie
styku ruchomego na odległość większą od optymalnej, i
przerywanie łuku może się odbywać w niekorzystnych
warunkach. Przy powolnym ruchu styków istnieje pewność,
że przy kolejnym przejściu prądu przez zero odległość między
stykiem ruchomym a dyszą będzie bliska optymalnej, lecz
czas łukowy może być wtedy nadmiernie długi. Z tych
względów stosuje się układy napędowe zapewniające szybki
ruch styków tylko na odległość optymalną, a następnie
zwolnienie ich prędkości.

Kształt dyszy podłużnostrumieniowej

wyłącznika pneumatycznego

a

opt

– optymalny odstęp

gaszenia

v – kierunek cząstek gazu

v

r

, v

l

– składowe prędkości

Gaszenie łuku w strumieniu sprężonego SF

6

Sześciofluorek siarki (SF

6

) pod względem zdolności do

gaszenia łuku elektrycznego, jest gazem o znacznie lepszych
parametrach od powietrza. Jest to gaz bezbarwny, bezwonny,
niepalny i nietoksyczny. Jego wytrzymałość elektryczna przy
ciśnieniu atmosferycznym jest 23 razy większa niż
powietrza. Doskonałe właściwości SF

6

jako czynnika

gaszącego łuk elektryczny wynikają z jego silnie
elektroujemnych

właściwości

objawiających

się

przyciąganiem elektronów w strefie łuku i tworzeniem jonów
ujemnych o dużej bezwładności, które z kolei łatwo łączą się z
jonami dodatnimi tworząc dwie cząstki elektrycznie obojętne.

W wyłącznikach z SF

6

gaz ten jest środkiem gaszącym łuk, a

także częściowo stanowi izolację.

Zależność wytrzymałości elektrycznej U

w

od

środowiska i odległości d między elektrodami

1.

Powietrze przy
ciśnieniu 0,1MPa

2.

SF

6

przy ciśnieniu

0,1MPa

3.

Olej

4.

Próżnia

5.

SF

6

przy ciśnieniu

0,5MPa

Gaszenie łuku w próżni

Gaszenie łuku w próżni odbywa się w specjalnych komorach
w których stworzona jest próżnia rzędu 10

-3

10

-5

Pa. Odstęp

między stykami w stanie rozwarcia wynosi do kilkunastu
milimetrów. Próżnia charakteryzuje się:

 dużą wytrzymałością elektryczną,
 szybkim odbudowaniem wytrzymałości przerwy

połukowej po zgaśnięciu łuku,

Łuk gaśnie, gdy chwilowa wartość prądu zmniejszy się do
wartości nazywanej prądem ucięcia.
Po czasie kilku mikrosekund próżnia odzyskuje pierwotną
bardzo dużą wytrzymałość elektryczną, dzięki czemu nie
występują kolejne zapłony łuku i zostaje zakończony proces
wyłączania obwodu.

Komora gaszeniowa łącznika próżniowego

1. Osłona izolacyjna

ceramiczna

2. Osłona kondensacyjna

3. Styk stały

4. Styk ruchomy

5. Mieszek sprężysty

Gaszenie łuku w obecności materiałów

samogazujących

Niektóre materiały organiczne (żywice, bakelit) wydzielają
pod wpływem wysokiej temperatury duże ilości gazów,

głównie wodoru, będących produktem rozkładu tych

materiałów. Gazy te wykazują dobre właściwości chłodzenia
i

gaszenia

łuku elektrycznego. Zjawisko to jest

wykorzystywane

w

konstrukcjach

tzw.

łączników

gazowydmuchowych. Łuk powstający w chwili rozdzielenia

się styków łącznika jest gaszony w specjalnych komorach, w

których zapewnia się dobrą styczność łuku z materiałem

gazującym.
Łączniki gazowydmuchowe są obecnie budowane na
niewielkie prądy wyłączalne i napięcia do 24kV. Materiały
tzw. samogazujące są stosowane w niektórych konstrukcjach

bezpieczników oraz odgromników wydmuchowych.

Gaszenie łuku w materiałach drobnoziarnistych

Materiały drobnoziarniste jako środowisko, w którym odbywa
się gaszenie łuku elektrycznego, stosuje się wyłącznie w
bezpiecznikach.

Bezpieczniki powinny działać niezawodnie przy wartościach
prądu nieco większych niż prąd znamionowy aż do wartości
prądu równej zwarciowej zdolności wyłączenia (prądu
wyłączalnego). Można wyróżnić dwa charakterystyczne
przypadki działania bezpieczników:

 przy przeciążeniach,
 przy zwarciach,

W zależności od gęstości prądu w elemencie topikowym
rozróżnia się dwa mechanizmy rozpadu topika:

 kroplowy,
 prążkowy,

Gaszenie łuku w materiałach

drobnoziarnistych

Rozpad kroplowy jest poprzedzony powierzchniowym
topnieniem drutu, kiedy ten element topikowy zaczyna się
odkształcać pod wpływem naprężeń powierzchniowych w
powstałej cieczy. Tworzy się tzw. unduloid. Ze względu na
niejednorodny przekrój przewodnika, jakim jest unduloid,
występują

siły

elektrodynamiczne

powodujące

jego

rozerwanie w miejscach przewężeń jeszcze przed całkowitym
stopieniem elementu topikowego. Między rozerwanymi
fragmentami topika zapalają się łuki, a stopione elementy
topika przybierają postać kropel. Rozpad kroplowy odbywa
się przy przetężeniu odpowiadającemu 815-krotności prądu
znamionowego bezpieczników niskonapięciowych.

Fragment undulidu z oznaczeniem sił

działających na poszczególne elementy

F

n

– siła napięcia powierzchniowego, F

d

– siła wzajemnego

oddziaływania między zgrubieniami, F

p

– siła promieniowa

od własnego pola magnetycznego

Gaszenie łuku w materiałach

drobnoziarnistych

Rozpad prążkowy następuje przy bardzo dużych gęstościach
prądów w topikach. Wówczas ciśnienie wewnątrz metalu jest
większe niż promieniowe siły ściskające, które działają na
stopiony metal, co powoduje promieniowy rozlot cząstek
metalu lub gasiwa. Przypuszcza się również, że wpływ na
rozpad mają drgania drutu topikowego powstające jeszcze w
czasie przedłukowym, potęgujące się w czasie łukowym.

Rozpad prążkowy charakteryzuje się tym, że w zeszkleńcach
bezpieczników, które poprawnie wyłączyły prąd zwarciowy,
można wyróżnić na przemian jasne i ciemne prążki
odpowiadające resztkom metalu i piasku oraz przestrzeniom,
w których palił się łuk.

Przebiegi prądów i napięć w czasie wyłączania

prądu zwarciowego przez bezpiecznik

u – napięcie sieci, U

F

– napięcie na bezpieczniku, i

sp

– prąd

spodziewany, i

p

– prąd udarowy, i

ogr

– prąd ograniczony,

i

b

–składowa prądu wywołana napięciem U

F

, t

pł

– czas

przedłukowy, t

ł

– czas łukowy, t

w

– czas wyłączania