8.Warunki gaszenia łuku elektrycznego

W chwili otwierania styków łącznika elektrycznego:

- gwałtownie zmniejsza się docisk zestykowi,

- rośnie rezystancja przejścia zestyków,

- występuje silne miejscowe magnesowanie powierzchni styków w punktach ich styczności,

- zachodzi intensywne parowanie materiałów styków, jonizacja termiczna elektrod oraz termo-emisja elektronów.

W chwili utraty styczności styków:

- między stykami pojawia się pole elektryczne o dużym natężeniu, które zapoczątkuje jonizację zderzenia par metal i cząstek znajdujących się w przestrzeni między-stykowej,

- w bardzo krótkim czasie zachodzi lawinowa jonizacja do zapłonu łuku elektrycznego,

- początkowo jest to tzw. łuk krótki (o długości kilku mm), który w miarę rozchodzenia się styków wydłuża się przechodząc w tzw. łuk charakteryzujący się wysoką temperaturą kolumny łukowej ((6 ÷ 20)10³⁰k w zależności od chłodzenia).

W łuku elektrycznym wyróżnić można 5 charakterystycznych stref:

1) strefę katodowego spadku napięcia U_k (napięcie 8÷10V, grubość 10^-5÷10^-4cm),

2) strefę anodowego spadku napięcia U_A (napięcie 2÷6V, grubość 10^-5÷10^-4cm),

3) dwie tzw. strefy przejściowe,

4) kolumnę łukową charakteryzującą się

- równaniem koncentracyjnym jonów dodatnich i elektronów,

- stałym natężeniem pola elektrycznego (średnio ok. 50V/cm i rosnącym szybko do ok. 200V/cm przy indukcyjnym chłodzeniem rosnącym),

- wysoką temperaturą (rzędu (6÷10)^.10³K, a w łuku intensywnie chłodzonym (12÷15)^.10K.

Napięcie łuku (U_c) zależy od: długości łuku natężenia prądu, materiału styków oraz wartości chłodzenia kolumny łukowej.

Charakterystyki statyczne napięcia łuku U_l pradu stałego do 100A opisuje wzór Ayrtona postaci

(8.1)

w którym

i_l - prąd łuku,

l_l - długość łuku,

a, b, c, d - stałe zależne od wielu czynników, np. materiału elektrod (a), intensywności chłodzenia (b).

Wartości wyłączania łuku prądu stałego - energia cieplna odprowadzona z kolumny łukowej musi być większa od energii, jaka może być dostarczana do łuku z obwodu zasilającego.

Wartość generowana w wyłączanym obwodzie określić można ze wzoru

(8.2)

gdzie

k_p - współczynniki przepięcia,

U_g - napięcie gaśnięcia łuku [V],

U_1l - jednostkowe napięcie łuku [V/cm],

υ - prędkość wydłużania łuku [cm/s],

E₀ - napięcie zasilające [V],

L_lR - odpowiednia indukcyjność i rezystancja wyłączenia obwodu.

Wartość przepięć łączeniowych zależy od:

- właściwości wyłącznika (prędkości wydłużenia łuku prędkości rozchodzenia styków, spadku napięcia zależne od sposobu odprowadzania energii z łuku)

- parametru L_lR wyłącznika obwodu.

W przypadku prądu przemiennego, co pół roku:

- zmienia swój kierunek,

- ma wartość chwilową równą zeru.

W czasie przerwy bezprądowej

- zwiększa się wytworzenie elektrycznej przerwy między-stykowej,

- między stykami pojawia się napięcie powrotne wzrastające od napięcia zgaszenia łuku (U_g) od chwilowej wartości napięcia źródła zasilania - w najprostszym przypadku.

Jeśli:

- wzrost wytrzymałości elektrycznej przerwy przebicia zbyt wolno, to po czasie bezprądowym t_p wystąpi PZŁ, podczas, którego prąd zwiększa się, a napięcie obniża do napięcia zapłonu łuku,

- zgaszenie łuku prądu przemiennego polega na niedopuszczeniu do ponownego zapłonu łuku po przejściu prądu przez zero poprzez szybką dejonizację kolumny łukowej,

- w obwodzie z indukcyjnością warunku gaszenia łuku są gorsze w porównaniu z obwodem rezystancyjnym.

Zgaszenie łuku elektrycznego realizuje się przez stosowanie różnych komór gaszeniowych, w których wykorzystuje się jedno lub jednocześnie kilka zjawisk przyśpieszających dejonizacji kolumny połykowej takich jak:

- przemiana łuku w obszar chłodnych niezjonizowanych gazów (np. zastąpienie wydmuchu elektromagnetycznego, rożków wydmuchowych),

- umieszczenie zestyków łącznika w cieczy lub w pobliżu ciał stałych wydzielonych pod wpływem ciepła łuku duże ilości gazów i par (żywice, szkło organiczne, pewne gatunki filary),

- zmuszenie łuku do palenia się w wąskich szczelinach między ściankami z materiału odpornego na wysoką temperatur łuku,

- podział łuku na szereg łuków krótkich połączonych się między ściankami z materiału odpornego na wysoką temperaturę łuku,

- podział łuku między metalowymi płytkami komory gaszeniowej,

- nadmuch na kolumnę łukową strumienia chłodnego sprężonego powietrza,

- nadmuch na kolumnę łukową strumienia gazów silnie elektroujemnych (głównie SF6),

- umieszczenie styków w wysokiej próżni,

- gaszenie łuku w materiałach drobnoziarnistych (proszek kwarcowy).

2

---