Gaszenie łuku
elektrycznego

Gaszenie łuku prądu stałego

Gaszenie łuku prądu

przemiennego

Techniki gaszenia łuku

elektrycznego

6.05.21 14:30

2

Gaszenie łuku prądu stałego

Łuk elektryczny w obwodzie prądu stałego: a) schemat obwodu; b) graficzne rozwiązanie obwodu

6.05.21 14:30

3

Gaszenie łuku prądu stałego

Równanie obwodu:

Warunek zgaszenia łuku przy l

ł

= const:

Jeżeli to

Warunek zgaszenia łuku można uzyskać dwoma sposobami:



Przez podniesienie charakterystyki łuku, co można uzyskać na drodze
zwiększenia

chłodzenia

kolumny

łukowej

(tzw.

gaszenie

wymuszone)



Przez większe nachylenie prostej obwodu, co można uzyskać na
drodze zwiększenia rezystancji R.

ł

u

dt

di

L

R

)

t

(

i

E











0

0













ł

i

I

i

u

)

t

(

Ri

E

dt

)

t

(

di

L

ł

o

ł

0



dt

)

t

(

di

L

R

)

t

(

i

E

u

dt

)

t

(

di

L

u

R

)

t

(

i

E

ł

ł















0

6.05.21 14:30

4

Gaszenie łuku prądu stałego

Warunek gaszenia wymuszonego:

Maksymalna moc łuku wystąpi, jeżeli:

Czyli

Tak więc:

Jeżeli

a więc, ostatecznie:









2

2

2

2

2

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

o

ł

r

R

r

E

P

r

r

R

E

P

r

R

E

i

P

i

r

i

u

P

l





































0

2

0

4

2

2

















ł

ł

ł

ł

ł

ł

r

R

r

R

r

r

R

E

dr

dP









ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

r

R

r

R

r

R

E

r

R

Rr

r

r

Rr

R

E

dr

dP

























0

2

2

2

4

2

2

2

4

2

2

2

2

R

E

R

E

R

P

R

E

r

R

E

i

R

i

r

i

u

i

P

max

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

ł

max

ł

4

4

2

2

2

2

2

2





















4

o

max

ł

o

EI

P

R

E

I











4

o

max

ł

min

o

ł

EI

P

P

l





6.05.21 14:30

5

Gaszenie łuku prądu
przemiennego

Przebiegi prądu i napięcia: a)przy ponownym zapłonie łuku; b) przy zgaszeniu łuku
1 – napięcie źródłowe; 2 – prąd; 3 – krzywa wzrostu wytrzymałości elektrycznej przerwy
4 – napięcie między stykami łącznika (napięcie powrotne)

6.05.21 14:30

6

Gaszenie łuku prądu
przemiennego

Zależność wytrzymałości elektrycznej przerwy połukowej próżni (p = 10

-4

Pa)

oraz niektórych gazów przy ciśnieniu p = 0,1 MPa.

6.05.21 14:30

7

Techniki gaszenia łuku

Zjawiska przyspieszające procesy dejonizacyjne kolumny połukowej

wykorzystywane w praktycznych rozwiązaniach komór gaszeniowych:



Przemieszczanie łuku w obszar chłodnych niezjonizowanych gazów



Umieszczenie zestyków łącznika w cieczy (olej, woda) lub w pobliżu niektórych
ciał stałych (żywice, fibra, szkło organiczne) wydzielających pod wpływem
ciepła łuku duże ilości gazów i par



Zmuszenie łuku do palenia się w wąskich szczelinach między ściankami
z materiału odpornego na wysoką temperaturę łuku



Podział łuku na szereg łuków krótkich palących się między metalowymi
płytkami komory



Nadmuch na kolumnę łukową strumienia chłodnego, sprężonego powietrza



Nadmuch na kolumnę łukową strumienia gazów silnie elektroujemnych (np.
SF

6

)



Umieszczenie zestyków łącznika w wysokiej próżni



Gaszenie łuku w materiałach drobnoziarnistych (piasku kwarcowego)

6.05.21 14:30

8

Gaszenie łuku w powietrzu

Łuk elektryczny zarówno prądu stałego, jak i przemiennego

może zostać zgaszony, gdy zostanie rozciągnięty na
długość większą od krytycznej. Można to uzyskać 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
kolumnę łukową (łączniki magnetowydmuchowe, wydmuch
elektromagnetyczny)

6.05.21 14:30

9

Gaszenie łuku w powietrzu

Łącznik zestykowy magnetowydmuchowy prądu stałego, w którym wyłączanie odbywa

się w wyniku wydłużania łuku - szkic układu stykowo-gaszeniowego

6.05.21 14:30

10

Gaszenie łuku w powietrzu

Łącznik zestykowy magnetowydmuchowy prądu stałego, w którym wyłączanie odbywa

się w wyniku wydłużania łuku – przykłady szczelinowych komór gaszeniowych

6.05.21 14:30

11

Gaszenie łuku w powietrzu

Komora gaszeniowa
wyłącznika prądu stałego
z płytkami metalowymi (1)
i przegrodami izolacyjnymi
(2)

6.05.21 14:30

12

Gaszenie łuku w cieczach

Wyładowanie łukowe w oleju:

1 – rdzeń łuku o temp. ok. 10 000 K
2 – bańka gazowa o temp. ok.

500800 K (70% wodoru, 20%
acytelenu,
6% metanu, 3% etylenu i inne)

3 – silnie przegrzane pary oleju
4 – warstwa oleju ogrzana do

temperatury parowania przy
ciśnieniu bańki gazowej

5 – olej o temperaturze otoczenia

6.05.21 14:30

13

Gaszenie łuku w cieczach

Rodzaje komór gaszeniowych
tzw. sztywnych w budowie
wyłączników małoolejowych:

a) Komora z wydmuchem osiowym

(podłużnostrumieniowa)

b) Komora z wydmuchem

poprzecznym
(poprzesznostrumieniowa)

1 – styk nieruchomy
2 – styk ruchomy
3 – olej
4 – łuk elektryczny

6.05.21 14:30

14

Gaszenie łuku w cieczach

Przekroje komór
gaszeniowych
z zaznaczeniem obiegu oleju
przy wyłączaniu prądów:
(a) o niewielkich
(b) i znacznych wartościach.

a)

b)

6.05.21 14:30

15

Gaszenie łuku w SF

6

Właściwości SF

6

:



Gaz bezbarwny, bezwonny, niepalny i nietoksyczny



Wytrzymałość elektryczna przy ciśnieniu atmosferycznym jest 2
 3 razy większa niż powietrza, a przy ciśnieniu 0,2 MPa jest

zbliżona do wytrzymałości oleju



Gaz stabilny, trudno ulega dysocjacji, dopiero w temperaturze
> 1000

o

C



Właściwości silne elektroujemne

6.05.21 14:30

16

Gaszenie łuku w SF

6

Zależność

wytrzymałości

elektrycznej U

w

od środowiska i

odległości d między elektrodami:
1 – powietrze przy ciśnieniu 0,1
MPa
2 – SF

6

prz ciśnieniu 0,1 MPa

3 – olej
4 – próżnia
5 – SF

6

przy ciśnieniu 0,5 MPa

6.05.21 14:30

17

Gaszenie łuku w SF

6

Zależność

wytrzymałości

elektrycznej:
1 – powietrza
2 – oleju
3 – SF

6

od ciśnienia p.

6.05.21 14:30

18

Gaszenie łuku w SF

6

Szkic

komory

gaszeniowej

samosprężnej wyłącznika z SF

6

- w

czasie działania - (sprężanie i przepływ
gazu odbywają się jedynie w chwili
otwierania zestyku i są wywołane
ruchem styku lub ruchomego cylindra
względem nieruchomego tłoka):
1 – styk stały
2 – styk ruchomy
3 – dysza
4 – tłok
5 – komora sprężna
6 – osłona komory
7 – łuk elektryczny

6.05.21 14:30

19

Gaszenie łuku w SF

6

Przekrój bieguna wyłącznika z SF

6

z

komorą

gaszeniową

termoekspansyjną - samowydmuchową
z łukiem wirującym - (wykorzystuje się
zjawisko

wzrostu

temperatury

i

ciśnienia w części komory, w której pali
się łuk i wywołany tym przepływ gazu):
1 – styk stały
2 – styk ruchomy
3 – cewka elektromagnesu
4 – elektroda pomocnicza pierścieniowa
5 – szczątkowa komora samosprężna
6 – łuk elektryczny

6.05.21 14:30

20

Gaszenie łuku w próżni

Próżnia (10

-3

 10

-5

Pa) charakteryzuje się:



Dużą wytrzymałością elektryczną



Szybkim odbudowywaniem wytrzymałości
przerwy

połukowej

po

zgaśnięciu

łuku.

Komora gaszeniowa łącznika próżniowego:
1 – osłona izolacyjna ceramiczna
2 – osłona kondensacyjna
3 – styk stały
4 – styk ruchomy

5 - mieszek sprężysty

6.05.21 14:30

21

Gaszenie łuku w otoczeniu
materiałów samogazujących

Przykład

budowy

komory

gaszeniowej

gazowydmuchowej:
1 – styk nieruchomy
2 – styk ruchomy
3 – rura z materiału gazującego
4 – pręt z materiału gazującego

5 - łuk elektryczny