Расчёт дугогасительной системы

Гашение электрической дуги в аппаратах низкого, до 1000 Вольт, напряжения является одной из актуальных проблем, содержащей весьма сложныйкомплекс вопросов электротехники и физики.

Задача проектирования дугогасительной системы заключается в том, чтобы система удовлетворяла следующим требованиям:

- имела заданную коммутационную – отключающую и включающую способность, т.е. величину отключаемых и выключаемых токов при заданныхусловиях;

- имела минимальное время горения дуги с целью уменьшения износа контактов и дугогасительной камеры;

- не создавала недопустимых перенапряжений;

- имела минимальные размеры дугогасительной системы и минимальный выброс пламени и ионизированных газов, могущих вызвать пробой изоляциимежду частями аппарата и комплектного устройства;

- имела минимальный звуковой и световой эффекты.

Гашение дуги постоянного тока в камере с продольной щелью в поперечном магнитном поле применяется в том случае, когда не удается погасить дугумеханическим растягиванием и за счёт электродинамических усилий, возникающих вследствие взаимодействия магнитного поля тока, протекающего по деталям токоведущего контура и дуги.

На рисунке 4.4.1 изображена типовая схема дугогасительной камеры спродольной щелью и поперечным магнитным полем.

Рисунок 4.4.1. Схема конструкции дугогасительной камеры с катушкой тока.

Обозначение позиций соответствует рисунку 1.

Камера имеет две боковые стенки 4 толщиной из дугонагревостойкого электроизоляционного материала, охватывающие коммутирующие контакты 2 и 5. Расстояние между стенками (щель) в месте расположения контактов – . Ширина технологического зазора между неподвижным контактом 2 и стенкой камеры 4 составляет 2 мм. К внешней поверхности стенок прилегают пластины-полюсы 25 электромагнитной системы, имеющей сердечник 1 и дугогасительную катушку 24. Расстояние между пластинами-полюсами – . Создаваемый электромагнитной системой магнитный поток Ф проходит между пластинами-полюсами в зоне образования и горения дуги, с последующим исчезновением после погасания дуги.

При размыкании контактов 2 и 5 между ними образуется дуга Д. Вследствие возникших сил (от магнитного поля и электродинамических усилий контура тока) дуга Д удлиняется, входит в узкую щель , при этом её опорные точки перемещаются по дугогасительным рогам (на рисунке не показаны). С целью сокращения габаритов камеры и контактора, а также снижения массы и экономии материалов допускается выход дуги из камеры.

Большая длина дуги приводит к большим габаритам камеры и аппарата. Следует иметь в виду, что увеличение длины дуги при одинаковых габаритных размерах камеры можно получить за счет применения зигзагообразной щели.

Для того, чтобы загнать дугу в узкую щель, необходимо иметь плавный переход с углом сужения дугогасительной камеры b из широкой контактной части камеры в щель и создать достаточную напряженность H поперечного магнитного поля.

Напряженность H должна быть достаточной, чтобы загнать дугу в щель . В Приложениях (Таблица 22) приведены значения минимальной напряженности H магнитного поля, достаточной для вхождения дуги в узкую щель.Здесь – отключаемый ток; – внутренняя ширина контактной части камеры; – ширина щели; b – угол в месте перехода от к , как это показано на рисунке 4.4.1.

Следует отметить, что при последовательно включенной дугогасительной катушке её намагничивающая сила НС (  - число витков катушки 24 на рисунке 4.4.1) пропорциональна величине отключаемого тока.

Намагничивающая сила и сечение магнитопровода 1 рассчитываются так, чтобы при небольших разрываемых токах не было насыщения, а почти вся НС приходилась на воздушный зазор  между полюсами магнитопровода, т. е. на межконтактный промежуток, из которого надо вытолкнуть образовавшуюся дугу. При больших же токах магнитопровод должен быть насыщен, чтобы снизить напряженность магнитного поля H в воздушном промежутке между полюсами и тем самым уменьшить скорость движения дуги, интенсивность ее гашения, перенапряжения и износ контактов. Об отсутствии и наличии насыщения магнитопровода можно судить по кривой намагничиваниямагнитопровода, полученной при расчете магнитной системы дугогашения.

Желательно, чтобы напряженность поля H была оптимальной по износу контактов в режиме наиболее частых отключений тока. При размыкании контактов между ними возникает короткий перешеек из расплавленного металла.При малой напряженности поля H происходит повышенный износ контактов 2 и 5 вследствие испарения металла из-за значительной продолжительности горения дуги. При большой напряженности поля H износ контактов повышается вследствие выбрасывания (разбрызгивания) расплавленного металла коммутирующих контактов электродинамическими силами.

Наличие внешнего магнитного поля способствует резкому сокращениюраствора контактов в области малых токов и незначительно сказывается напроцесс гашения при токах 100 А и выше. Наиболее оптимальной магнитнойиндукцией является B = 0.0069 Тл.

Расчёт критической длины отключаемой электрической дуги

В процессе гашения электрическая дуга растягивается до критической (конечной) длины , после чего распадается на части и гаснет. Величина может быть определена по эмпирической формуле

      (4.4.1)

где  – критическая длина электрической дуги;

 – коэффициент критической длины дуги;

– номинальное напряжение главной цепи;

 – кратность тока отключения;

 – предельный отключаемый ток.

Коэффициент зависит от величины индуктивности, входящей в состав сопротивления нагрузки главной цепи контактора.