Дугогасительная камера. Дугогасительные камеры


Дугогасительная камера — WiKi

Дугогаси́тельная ка́мера (дугогаси́тельная решётка) — специальное устройство, применяющееся в приспособлениях дугогашения в различных электрических коммутационных аппаратах для предотвращения горения и быстрого гашения электрической дуги.

История создания

Устройство

  Дугогасительная камера автоматического воздушного выключателя. На пластинках решётки видна полоса эрозии, оставленная дугой.

Простейшая дугогасительная решётка, применяемая, к примеру, в секционных изоляторах, может быть выполнена в виде двух пластин, расположенных под углом. Дуга, продвигаясь по пластинам, растягивается, охлаждается и гаснет.

Дугогасительная решётка выключателей представляет собой набор металлических (обычно стальных) штампованных прямоугольных пластин с V-образным вырезом, гальванически покрытых медью или хромом для улучшения электрической проводимости и защиты от коррозии, закреплённых параллельно или веерообразно на некотором расстоянии друг от друга между двумя держателями, изготовленными из диэлектрика (обычно электрокартона) или, в устройствах большой коммутируемой мощности, в держателе из асбоцемента, причём дугогасительные пластины электрически изолированы друг от друга. В дугогасительные камеры мощных коммутационных устройств входят постоянные магниты или электромагниты, отталкивающие шнур плазмы электрической дуги от металлических контактов в дугогасительную камеру (так называемое «магнитное дутьё»).

Принцип действия

Принцип действия дугогасительной решётки основан на том, что вблизи электродов имеется существенное падение напряжения (суммарное падение прикатодного и прианодного напряжений на одном контакте составляет 15—30 В) в стволе дуги. Под действием собственного магнитного поля плазма дуги начинает двигаться по дугогасящим рогам коммутирующих контактов (движение дуги под собственным магнитным полем — это движение проводника с током, взаимодействующего с самопорождённым магнитным полем, так как газ в дуге сильно ионизирован и, в первом приближении, может рассматриваться как эластичный проводник с током. Движение проводника с током при взаимодействии с магнитным полем описывается законом Ампера). При этом плазма дуги втягивается в дугогасительную камеру и разбивается на ряд мелких дуг между пластинами, что эквивалентно ряду последовательных контактов, на каждом из которых происходит околоэлектродное падение напряжения[3]. Так как высокоионизированная плазма имеет очень высокую теплопроводность, обусловленную высокой концентрацией свободных электронов, то она охлаждается, отдавая часть тепла пластинам решётки, что влечёт деионизацию из-за рекомбинации ионов и последующее гашение дуги. Изготовление пластин дугогасительной решётки из ферромагнитного материала (обычно стали) обусловлено главным образом не соображениями экономии цветных металлов, а облегчением вхождения дугового шнура в решётку: магнитное поле дуги стремится замкнуться по ферромагнитной массе, в результате чего возникают силы, втягивающие плазму дуги в дугогасительную решётку. Дополнительное преимущество ферромагнитных дугогасительных пластин — электромагнитные силы не только втягивают дугу в решётку, но и исключают выход плазмы с другой стороны дугогасительной системы.

Дугогасительная камера сконструирована таким образом, что электрическая дуга, образующаяся при размыкании контактов коммутационных аппаратов, втягивается в дугогасительную решётку, так как такое движение плазмы энергетически выгодно. Втянувшись в промежутки пластин камеры, электрическая дуга удлиняется, разбивается пластинами камеры на несколько более маленьких по длине дуг, при этом быстро деионизируется, охлаждается и гаснет. В дугогасительных камерах с магнитным дутьём, осуществляемым с помощью дополнительного магнитного поля, создаваемого с помощью постоянных магнитов или электромагнитов, плазма дуги эффективнее втягивается в дугогасительную камеру воздействием на неё магнитного поля, порождаемого этими магнитами, так как плазма из-за высокой электропроводности стремится вытолкнуться из магнитного поля, сохраняя поток магнитного поля внутри себя неизменным. Благоприятным дополнительным фактором взаимодействия с ферромагнитной решёткой, который влияет на движение ряда малых дуг (полученных при разбиении большой дуги) — это выравнивание их скоростей: вырвавшиеся вперёд дуги будут тормозиться, а отстающие — ускоряться, исключая выход их с внешней стороны решётки и втягивая дугу при малых токах в дуге.

Особенности конструкции

Плазма электрической дуги при размыкании коммутирующих контактов разгоняется до сверхзвуковых скоростей. Поэтому дуга, входя в решётку, сильно тормозится из-за аэродинамического сопротивления. Снижение этого сопротивления производится должным конструированием дугогасительного устройства. Например, применяют решётку в виде пластин, охватывающих с трёх сторон силовые контакты, а сами пластины имеют V-образный вырез для перемещения в этом вырезе подвижных коммутирующих контактов и лучшего охвата плазменного шнура дуги (кроме того, V-образный вырез в пластинах придаёт ускоренное движение дуги при движении её вглубь решётки из-за возрастающего взаимодействия с дугой [4]). Иногда пластины в решётке располагают в шахматным порядке. Аэродинамическое сопротивление для движущейся плазмы можно снизить уменьшением количества пластин внутри решётки, но при этом, для сохранения эффективности гашения дуги, приходится увеличивать длину решётки, что увеличивает размеры коммутационного устройства в целом. Поэтому расстояние между пластинами выбирается из компромиссных соображений, обычно не более 2 мм. При меньших расстояниях между пластинами возможно сваривание пластин при рабрызгивании капель расплавленного металла электрической дугой и образование между пластинами металлических мостиков.

Применение

Примечания

  1. ↑ Брон О.Б. М. О. Доливо-Добровольский—изобретатель искрогасительной решетки // Электричество. — 1953. — № 5. — С. 77—79.
  2. ↑ Техника в её историческом развитии (70-е годы XIX — начало XX в.) / Отв. ред. С. В. Шухардин, Н. К. Ламан, А. С. Федоров. — М.: Наука, 1982. — С. 76—77.
  3. ↑ Родштейн Л. А. «Электрические аппараты» «Энергоатомиздат» Л., 1981 г. с. 72, 77, 101.
  4. ↑ Родштейн Л. А. «Электрические аппараты», «Энергоиздат», Л., 1981 г., с. 18.

Литература

ru-wiki.org

Дугогасительная камера Википедия

Дугогаси́тельная ка́мера (дугогаси́тельная решётка) — специальное устройство, применяющееся в приспособлениях дугогашения в различных электрических коммутационных аппаратах для предотвращения горения и быстрого гашения электрической дуги.

История создания

Дугогасительная решётка была изобретена выдающимся русским пионером-электротехником М. О. Доливо-Добровольским (германские патенты №266745 и №272742 от 4 мая и 24 июля 1912 года соответственно)[1][2].

Устройство

Дугогасительная камера автоматического воздушного выключателя. На пластинках решётки видна полоса эрозии, оставленная дугой.

Простейшая дугогасительная решётка, применяемая, к примеру, в секционных изоляторах, может быть выполнена в виде двух пластин, расположенных под углом. Дуга, продвигаясь по пластинам, растягивается, охлаждается и гаснет.

Дугогасительная решётка выключателей представляет собой набор металлических (обычно стальных) штампованных прямоугольных пластин с V-образным вырезом, гальванически покрытых медью или хромом для улучшения электрической проводимости и защиты от коррозии, закреплённых параллельно или веерообразно на некотором расстоянии друг от друга между двумя держателями, изготовленными из диэлектрика (обычно электрокартона) или, в устройствах большой коммутируемой мощности, в держателе из асбоцемента, причём дугогасительные пластины электрически изолированы друг от друга. В дугогасительные камеры мощных коммутационных устройств входят постоянные магниты или электромагниты, отталкивающие шнур плазмы электрической дуги от металлических контактов в дугогасительную камеру (так называемое «магнитное дутьё»).

Принцип действия

Принцип действия дугогасительной решётки основан на том, что вблизи электродов имеется существенное падение напряжения (суммарное падение прикатодного и прианодного напряжений на одном контакте составляет 15—30 В) в стволе дуги. Под действием собственного магнитного поля плазма дуги начинает двигаться по дугогасящим рогам коммутирующих контактов (движение дуги под собственным магнитным полем — это движение проводника с током, взаимодействующего с самопорождённым магнитным полем, так как газ в дуге сильно ионизирован и, в первом приближении, может рассматриваться как эластичный проводник с током. Движение проводника с током при взаимодействии с магнитным полем описывается законом Ампера). При этом плазма дуги втягивается в дугогасительную камеру и разбивается на ряд мелких дуг между пластинами, что эквивалентно ряду последовательных контактов, на каждом из которых происходит околоэлектродное падение напряжения[3]. Так как высокоионизированная плазма имеет очень высокую теплопроводность, обусловленную высокой концентрацией свободных электронов, то она охлаждается, отдавая часть тепла пластинам решётки, что влечёт деионизацию из-за рекомбинации ионов и последующее гашение дуги. Изготовление пластин дугогасительной решётки из ферромагнитного материала (обычно стали) обусловлено главным образом не соображениями экономии цветных металлов, а облегчением вхождения дугового шнура в решётку: магнитное поле дуги стремится замкнуться по ферромагнитной массе, в результате чего возникают силы, втягивающие плазму дуги в дугогасительную решётку. Дополнительное преимущество ферромагнитных дугогасительных пластин — электромагнитные силы не только втягивают дугу в решётку, но и исключают выход плазмы с другой стороны дугогасительной системы.

Дугогасительная камера сконструирована таким образом, что электрическая дуга, образующаяся при размыкании контактов коммутационных аппаратов, втягивается в дугогасительную решётку, так как такое движение плазмы энергетически выгодно. Втянувшись в промежутки пластин камеры, электрическая дуга удлиняется, разбивается пластинами камеры на несколько более маленьких по длине дуг, при этом быстро деионизируется, охлаждается и гаснет. В дугогасительных камерах с магнитным дутьём, осуществляемым с помощью дополнительного магнитного поля, создаваемого с помощью постоянных магнитов или электромагнитов, плазма дуги эффективнее втягивается в дугогасительную камеру воздействием на неё магнитного поля, порождаемого этими магнитами, так как плазма из-за высокой электропроводности стремится вытолкнуться из магнитного поля, сохраняя поток магнитного поля внутри себя неизменным. Благоприятным дополнительным фактором взаимодействия с ферромагнитной решёткой, который влияет на движение ряда малых дуг (полученных при разбиении большой дуги) — это выравнивание их скоростей: вырвавшиеся вперёд дуги будут тормозиться, а отстающие — ускоряться, исключая выход их с внешней стороны решётки и втягивая дугу при малых токах в дуге.

Особенности конструкции

Плазма электрической дуги при размыкании коммутирующих контактов разгоняется до сверхзвуковых скоростей. Поэтому дуга, входя в решётку, сильно тормозится из-за аэродинамического сопротивления. Снижение этого сопротивления производится должным конструированием дугогасительного устройства. Например, применяют решётку в виде пластин, охватывающих с трёх сторон силовые контакты, а сами пластины имеют V-образный вырез для перемещения в этом вырезе подвижных коммутирующих контактов и лучшего охвата плазменного шнура дуги (кроме того, V-образный вырез в пластинах придаёт ускоренное движение дуги при движении её вглубь решётки из-за возрастающего взаимодействия с дугой [4]). Иногда пластины в решётке располагают в шахматным порядке. Аэродинамическое сопротивление для движущейся плазмы можно снизить уменьшением количества пластин внутри решётки, но при этом, для сохранения эффективности гашения дуги, приходится увеличивать длину решётки, что увеличивает размеры коммутационного устройства в целом. Поэтому расстояние между пластинами выбирается из компромиссных соображений, обычно не более 2 мм. При меньших расстояниях между пластинами возможно сваривание пластин при рабрызгивании капель расплавленного металла электрической дугой и образование между пластинами металлических мостиков.

Применение

Применение дугогасительных решёток в устройстве защитного отключения

Дугогасительные камеры применяются в автоматических воздушных выключателях, магнитных пускателях (начиная со второй величины), контакторах, электромагнитных выключателях, секционных изоляторах контактной сети, выключателях нагрузки и рубильниках, в конструкции некоторых из них предусмотрены дугогасящие устройства.

Примечания

  1. ↑ Брон О.Б. М. О. Доливо-Добровольский—изобретатель искрогасительной решетки // Электричество. — 1953. — № 5. — С. 77—79.
  2. ↑ Техника в её историческом развитии (70-е годы XIX — начало XX в.) / Отв. ред. С. В. Шухардин, Н. К. Ламан, А. С. Федоров. — М.: Наука, 1982. — С. 76—77.
  3. ↑ Родштейн Л. А. «Электрические аппараты» «Энергоатомиздат» Л., 1981 г. с. 72, 77, 101.
  4. ↑ Родштейн Л. А. «Электрические аппараты», «Энергоиздат», Л., 1981 г., с. 18.

Литература

wikiredia.ru

Дугогасительная камера Википедия

Дугогаси́тельная ка́мера (дугогаси́тельная решётка) — специальное устройство, применяющееся в приспособлениях дугогашения в различных электрических коммутационных аппаратах для предотвращения горения и быстрого гашения электрической дуги.

История создания[ | код]

Дугогасительная решётка была изобретена выдающимся русским пионером-электротехником М. О. Доливо-Добровольским (германские патенты №266745 и №272742 от 4 мая и 24 июля 1912 года соответственно)[1][2].

Устройство[ | код]

Дугогасительная камера автоматического воздушного выключателя. На пластинках решётки видна полоса эрозии, оставленная дугой.

Простейшая дугогасительная решётка, применяемая, к примеру, в секционных изоляторах, может быть выполнена в виде двух пластин, расположенных под углом. Дуга, продвигаясь по пластинам, растягивается, охлаждается и гаснет.

Дугогасительная решётка выключателей представляет собой набор металлических (обычно стальных) штампованных прямоугольных пластин с V-образным вырезом, гальванически покрытых медью или хромом для улучшения электрической проводимости и защиты от коррозии, закреплённых параллельно или веерообразно на некотором расстоянии друг от друга между двумя держателями, изготовленными из диэлектрика (обычно электрокартона) или, в устройствах большой коммутируемой мощности, в держателе из асбоцемента, причём дугогасительные пластины электрически изолированы друг от друга. В дугогасительные камеры мощных коммутационных устройств входят постоянные магниты или электромагниты, отталкивающие шнур плазмы электрической дуги от металлических контактов в дугогасительную камеру (так называемое «магнитное дутьё»).

Принцип действия[ | код]

Принцип действия дугогасительной решётки основан на том, что вблизи электродов имеется существенное падение напряжения (суммарное падение прикатодного и прианодного напряжений на одном контакте составляет 15—30 В) в стволе дуги. Под действием собственного магнитного поля плазма дуги начинает двигаться по дугогасящим рогам коммутирующих контактов (движение дуги под собственным магнитным полем — это движение проводника с током, взаимодействующего с самопорождённым магнитным полем, так как газ в дуге сильно ионизирован и, в первом приближении, может рассматриваться как эластичный проводник с током. Движение проводника с током при взаимодействии с магнитным полем описывается законом Ампера). При этом плазма дуги втягивается в дугогасительную камеру и разбивается на ряд мелких дуг между пластинами, что эквивалентно ряду последовательных контактов, на каждом из которых происходит околоэлектродное падение напряжения[3]. Так как высокоионизированная плазма имеет очень высокую теплопроводность, обусловленную высокой концентрацией свободных электронов, то она охлаждается, отдавая часть тепла пластинам решётки, что влечёт деионизацию из-за рекомбинации ионов и последующее гашение дуги. Изготовление пластин дугогасительной решётки из ферромагнитного материала (обычно стали) обусловлено главным образом не соображениями экономии цветных металлов, а облегчением вхождения дугового шнура в решётку: магнитное поле дуги стремится замкнуться по ферромагнитной массе, в результате чего возникают силы, втягивающие плазму дуг

ru-wiki.ru

Дугогасительные камеры Википедия

Дугогаси́тельная ка́мера (дугогаси́тельная решётка) — специальное устройство, применяющееся в приспособлениях дугогашения в различных электрических коммутационных аппаратах для предотвращения горения и быстрого гашения электрической дуги.

История создания

Дугогасительная решётка была изобретена выдающимся русским пионером-электротехником М. О. Доливо-Добровольским (германские патенты №266745 и №272742 от 4 мая и 24 июля 1912 года соответственно)[1][2].

Устройство

Дугогасительная камера автоматического воздушного выключателя. На пластинках решётки видна полоса эрозии, оставленная дугой.

Простейшая дугогасительная решётка, применяемая, к примеру, в секционных изоляторах, может быть выполнена в виде двух пластин, расположенных под углом. Дуга, продвигаясь по пластинам, растягивается, охлаждается и гаснет.

Дугогасительная решётка выключателей представляет собой набор металлических (обычно стальных) штампованных прямоугольных пластин с V-образным вырезом, гальванически покрытых медью или хромом для улучшения электрической проводимости и защиты от коррозии, закреплённых параллельно или веерообразно на некотором расстоянии друг от друга между двумя держателями, изготовленными из диэлектрика (обычно электрокартона) или, в устройствах большой коммутируемой мощности, в держателе из асбоцемента, причём дугогасительные пластины электрически изолированы друг от друга. В дугогасительные камеры мощных коммутационных устройств входят постоянные магниты или электромагниты, отталкивающие шнур плазмы электрической дуги от металлических контактов в дугогасительную камеру (так называемое «магнитное дутьё»).

Принцип действия

Принцип действия дугогасительной решётки основан на том, что вблизи электродов имеется существенное падение напряжения (суммарное падение прикатодного и прианодного напряжений на одном контакте составляет 15—30 В) в стволе дуги. Под действием собственного магнитного поля плазма дуги начинает двигаться по дугогасящим рогам коммутирующих контактов (движение дуги под собственным магнитным полем — это движение проводника с током, взаимодействующего с самопорождённым магнитным полем, так как газ в дуге сильно ионизирован и, в первом приближении, может рассматриваться как эластичный проводник с током. Движение проводника с током при взаимодействии с магнитным полем описывается законом Ампера). При этом плазма дуги втягивается в дугогасительную камеру и разбивается на ряд мелких дуг между пластинами, что эквивалентно ряду последовательных контактов, на каждом из которых происходит околоэлектродное падение напряжения[3]. Так как высокоионизированная плазма имеет очень высокую теплопроводность, обусловленную высокой концентрацией свободных электронов, то она охлаждается, отдавая часть тепла пластинам решётки, что влечёт деионизацию из-за рекомбинации ионов и последующее гашение дуги. Изготовление пластин дугогасительной решётки из ферромагнитного материала (обычно стали) обусловлено главным образом не соображениями экономии цветных металлов, а облегчением вхождения дугового шнура в решётку: магнитное поле дуги стремится замкнуться по ферромагнитной массе, в результате чего возникают силы, втягивающие плазму дуги в дугогасительную решётку. Дополнительное преимущество ферромагнитных дугогасительных пластин — электромагнитные силы не только втягивают дугу в решётку, но и исключают выход плазмы с другой стороны дугогасительной системы.

Дугогасительная камера сконструирована таким образом, что электрическая дуга, образующаяся при размыкании контактов коммутационных аппаратов, втягивается в дугогасительную решётку, так как такое движение плазмы энергетически выгодно. Втянувшись в промежутки пластин камеры, электрическая дуга удлиняется, разбивается пластинами камеры на несколько более маленьких по длине дуг, при этом быстро деионизируется, охлаждается и гаснет. В дугогасительных камерах с магнитным дутьём, осуществляемым с помощью дополнительного магнитного поля, создаваемого с помощью постоянных магнитов или электромагнитов, плазма дуги эффективнее втягивается в дугогасительную камеру воздействием на неё магнитного поля, порождаемого этими магнитами, так как плазма из-за высокой электропроводности стремится вытолкнуться из магнитного поля, сохраняя поток магнитного поля внутри себя неизменным. Благоприятным дополнительным фактором взаимодействия с ферромагнитной решёткой, который влияет на движение ряда малых дуг (полученных при разбиении большой дуги) — это выравнивание их скоростей: вырвавшиеся вперёд дуги будут тормозиться, а отстающие — ускоряться, исключая выход их с внешней стороны решётки и втягивая дугу при малых токах в дуге.

Особенности конструкции

Плазма электрической дуги при размыкании коммутирующих контактов разгоняется до сверхзвуковых скоростей. Поэтому дуга, входя в решётку, сильно тормозится из-за аэродинамического сопротивления. Снижение этого сопротивления производится должным конструированием дугогасительного устройства. Например, применяют решётку в виде пластин, охватывающих с трёх сторон силовые контакты, а сами пластины имеют V-образный вырез для перемещения в этом вырезе подвижных коммутирующих контактов и лучшего охвата плазменного шнура дуги (кроме того, V-образный вырез в пластинах придаёт ускоренное движение дуги при движении её вглубь решётки из-за возрастающего взаимодействия с дугой [4]). Иногда пластины в решётке располагают в шахматным порядке. Аэродинамическое сопротивление для движущейся плазмы можно снизить уменьшением количества пластин внутри решётки, но при этом, для сохранения эффективности гашения дуги, приходится увеличивать длину решётки, что увеличивает размеры коммутационного устройства в целом. Поэтому расстояние между пластинами выбирается из компромиссных соображений, обычно не более 2 мм. При меньших расстояниях между пластинами возможно сваривание пластин при рабрызгивании капель расплавленного металла электрической дугой и образование между пластинами металлических мостиков.

Применение

Применение дугогасительных решёток в устройстве защитного отключения

Дугогасительные камеры применяются в автоматических воздушных выключателях, магнитных пускателях (начиная со второй величины), контакторах, электромагнитных выключателях, секционных изоляторах контактной сети, выключателях нагрузки и рубильниках, в конструкции некоторых из них предусмотрены дугогасящие устройства.

Примечания

  1. ↑ Брон О.Б. М. О. Доливо-Добровольский—изобретатель искрогасительной решетки // Электричество. — 1953. — № 5. — С. 77—79.
  2. ↑ Техника в её историческом развитии (70-е годы XIX — начало XX в.) / Отв. ред. С. В. Шухардин, Н. К. Ламан, А. С. Федоров. — М.: Наука, 1982. — С. 76—77.
  3. ↑ Родштейн Л. А. «Электрические аппараты» «Энергоатомиздат» Л., 1981 г. с. 72, 77, 101.
  4. ↑ Родштейн Л. А. «Электрические аппараты», «Энергоиздат», Л., 1981 г., с. 18.

Литература

wikiredia.ru

Дугогасительная камера - Википедия

Дугогаси́тельная ка́мера (дугогаси́тельная решётка) — специальное устройство, применяющееся в приспособлениях дугогашения в различных электрических коммутационных аппаратах для предотвращения горения и быстрого гашения электрической дуги.

История создания[ | ]

Дугогасительная решётка была изобретена выдающимся русским пионером-электротехником М. О. Доливо-Добровольским (германские патенты №266745 и №272742 от 4 мая и 24 июля 1912 года соответственно)[1][2].

Устройство[ | ]

Дугогасительная камера автоматического воздушного выключателя. На пластинках решётки видна полоса эрозии, оставленная дугой.

Простейшая дугогасительная решётка, применяемая, к примеру, в секционных изоляторах, может быть выполнена в виде двух пластин, расположенных под углом. Дуга, продвигаясь по пластинам, растягивается, охлаждается и гаснет.

Дугогасительная решётка выключателей представляет собой набор металлических (обычно стальных) штампованных прямоугольных пластин с V-образным вырезом, гальванически покрытых медью или хромом для улучшения электрической проводимости и защиты от коррозии, закрепленных параллельно или веерообразно на некотором расстоянии друг от друга между двумя держателями, изготовленными из диэлектрика (обычно электрокартона) или, в устройствах большой коммутируемой мощности, в держателе из асбоцемента, причём дугогасительные пластины электрически изолированы друг от друга. В дугогасительные камеры мощных коммутационных устройств входят постоянные магниты или электромагниты, отталкивающие шнур плазмы электрической дуги от металлических контактов в дугогасительную камеру (так называемое «магнитное дутьё»).

Принцип действия[ | ]

Принцип действия дугогасительной решётки основан на том, что вблизи электродов имеется существенное падение напряжения (суммарное падение прикатодного и прианодного напряжений на одном контакте составляет 15 - 30 В) в стволе дуги. Под действием собственного магнитного поля плазма дуги начинает двигаться по дугогасящим рогам коммутирующих контактов (движение дуги под собственным магнитным полем — это движение проводника с током, взаимодействующего с самопорождённым магнитным полем, так как газ в дуге сильно ионизирован и, в первом приближении, может рассматриваться как эластичный проводник с током. Движение проводника с током при взаимодействии с магнитным полем описывается законом Ампера). При этом плазма дуги втягивается в дугогасительную камеру и разбивается на ряд мелких дуг между пластинами, что эквивалентно ряду последовательных контактов, на каждом из которых происходит околоэлектродное падение напряжения[3]. Так как высокоионизированная плазма имеет очень высокую теплопроводность, обусловленную высокой концентрацией свободных электронов, то она охлаждается, отдавая часть тепла пластинам решётки, что влечёт деионизацию из-за рекомбинации ионов и последующее гашение дуги. Изготовление пластин дугогасительной решётки из ферромагнитного материала (обычно - стали) обусловлено главным образом не соображениями экономии цветных металлов, а облегчением вхождения дугового шнура в решётку: магнитное поле дуги стремится замкнуться по ферромагнитной массе, в результате чего возникают силы, втягивающие газ плазмы дуги в дугогасительную решётку. Дополнительное преимущество ферромагнитных дугогасительных пластин — электромагнитные силы не только втягивают дугу в решётку, но и исключают выход ионизированной плазмы с другой стороны дугогасительной системы.

Дугогасительная камера сконструирована таким образом, что электрическая дуга, образующаяся при размыкании контактов коммутационных аппаратов, втягивается в дугогасительную решётку, так как такое движение плазмы энергетически выгодно. Втянувшись в промежутки пластин камеры, электрическая дуга удлиняется, разбивается пластинами камеры на несколько более маленьких по длине дуг, при этом быстро деионизируется, охлаждается и гаснет. В дугогасительных камерах с магнитным дутьём, осуществляемым с помощью дополнительного магнитного поля, создаваемого с помощью постоянных магнитов или электромагнитов, плазма дуги эффективнее втягивается в дугогасительную камеру воздействием на неё магнитного поля, порождаемого этими магнитами, так как плазма из-за высокой электропроводности стремится вытолкнуться из магнитного поля, сохраняя поток магнитного поля внутри себя неизменным. Благоприятным дополнительным фактором взаимодействия с ферромагнитной решёткой, который влияет на движение ряда малых дуг (полученных при разбиении большой дуги) - это выравнивание их скоростей: вырвавшиеся вперёд дуги будут тормозиться, а отстающие - ускоряться, исключая выход их с внешней стороны решётки и втягивая дугу при малых токах в дуге.

Особенности конструкции[ | ]

Газ плазмы электрической дуги при размыкании коммутирующих контактов разгоняется до сверхзвуковых скоростей. Поэтому дуга, входя в решётку, сильно тормозится из-за аэродинамического сопротивления. Снижение этого сопротивления производится должным конструированием дугогасительного устройства. Например, применяют решётку в виде пластин, охватывающих с трёх сторон силовые контакты, а сами пластины имеют V-образный вырез для перемещения в этом вырезе подвижных коммутирующих контактов и лучшего охвата плазменного шнура дуги (кроме того, V-образный вырез в пластинах придаёт ускоренное движение дуги при движении её вглубь решётки из-за возрастающего взаимодействия с дугой [4]). Иногда пластины в решётке располагают в шахматным порядке. Аэродинамическое сопротивление для движущейся плазмы можно снизить уменьшением количества пластин внутри решётки, но при этом, для сохранения эффективности гашения дуги, приходится увеличивать длину решётки, что увеличивает размеры коммутационного устройства в целом. Поэтому расстояние между пластинами выбирается из компромиссных соображений, обычно не более 2 мм. При меньших расстояниях между пластинами возможно сваривание пластин при рабрызгивании капель расплавленного металла электрической дугой и образование между пластинами металлических мостиков.

Применение[ | ]

Применение дугогасительных решёток в устройстве защитного отключения.

Дугогасительные камеры применяются в автоматических воздушных выключателях, магнитных пускателях (начиная со второй величины), контакторах, электромагнитных выключателях, секционных изоляторах контактной сети, выключателях нагрузки и рубильниках, в конструкции некоторых из них предусмотрены дугогасящие устройства.

Примечания[ | ]

  1. ↑ Брон О.Б. М. О. Доливо-Добровольский—изобретатель искрогасительной решетки // Электричество. — 1953. — № 5. — С. 77-79.
  2. ↑ Техника в её историческом развитии (70-е годы XIX—начало XX в.) / Отв. ред. С. В. Шухардин, Н. К. Ламан, А. С. Федоров. — М.: Наука, 1982. — С. 76-77.
  3. ↑ Родштейн Л. А. «Электрические аппараты» «Энергоатомиздат» Л., 1981 г. стр. 72, 77, 101
  4. ↑ Родштейн Л. А. «Электрические аппараты», «Энергоиздат», Л., 1981 г., стр 18

Литература[ | ]

encyclopaedia.bid

дугогасительная камера - патент РФ 2306629

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в быстродействующих автоматических выключателях, которые применяются для защиты от токов коротких замыканий и недопустимых перегрузок установок постоянного тока, например в электрооборудовании поездов постоянного тока. Технический результат - уменьшение габаритно-установочных размеров дугогасительной камеры и увеличение коммутационной способности быстродействующих выключателей путем регулирования аэродинамических факторов, возникающих в процессе гашения электрической дуги, за счет исключения движения ионизированного газа из дугогасительной камеры в сторону контактной группы выключателя. Дугогасительное устройство выполнено в виде дугогасительной камеры, содержащей наружные стенки, между которыми закреплены дугогасительные рога, под углом друг к другу установлены деионные решетки, состоящие из стальных пластин, между которыми имеются воздушные зазоры. Вдоль деионных решеток на выходе из дугогасительной камеры установлены пламегасительные решетки. В наружных стенках дугогасительной камеры выполнены отверстия в зоне расположения деионных решеток. 2 ил. дугогасительная камера, патент № 2306629

Рисунки к патенту РФ 2306629

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в быстродействующих автоматических выключателях, которые применяются для защиты от токов коротких замыканий и недопустимых перегрузок установок постоянного тока, например в электрооборудовании поездов постоянного тока.

Известно дугогасительное устройство для быстродействующих автоматических выключателей постоянного тока (а.с. СССР №1638740, МПК Н01Н 33/08), которое представляет собой дугогасительную камеру, содержащую наружные стенки, между которыми установлены перегородки, образующие дугогасительные щели, включенные между собой последовательно посредством основных и дополнительных дугогасительных рогов, пламегасительные решетки.

Выключатели с указанными дугогасительными камерами не применяются для электрооборудования поездов постоянного тока.

Известно дугогасительное устройство (Цукало П.В., Просвирин Б.К. Эксплуатация электропоезда. Справочник. М: Транспорт, 1994, с.34), используемое в быстродействующих автоматических выключателях типа БВП-105А для электрооборудования поездов постоянного тока, которое представляет собой дугогасительную камеру с узкой щелью.

В дугогасительной камере с узкой щелью гашение дуги происходит за счет ее растягивания и охлаждения на стенках камеры. Предельная коммутационная способность выключателей, в которых применяются дугогасительные камеры с узкой щелью, не превышает 16 кА при индуктивности 5 мГн.

В соответствии с ГОСТ 9219-88 и техническими требованиями к защитным аппаратам необходимо обеспечить надежную защиту электрооборудования поездов постоянного тока от токов короткого замыкания величиной 20 кА и более при индуктивностях 5, 10 и 15 мГн, при общем времени отключения не более 40 мс и при обеспечении величины перенапряжения не более 9 кВ, то есть обеспечить более высокую коммутационную способность выключателя. Быстродействующие автоматические выключатели с дугогасительной камерой с узкой щелью не могут обеспечить указанные требования по повышению коммутационной способности в полной мере.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является дугогасительное устройство, изготавливаемое ОАО «Уралэлектротяжмаш» и открыто применяемое (Рекламное предложение УралТехЭнергоСервис и рекламное предложение iElectro выключателей автоматических быстродействующих типа ВАБ-49), выполненное в виде дугогасительной камеры, содержащей наружные стенки, между которыми закреплены дугогасительные рога, под углом друг к другу установлены деионные решетки, состоящие из стальных пластин, между которыми имеются воздушные зазоры, и вдоль деионных решеток на выходе из камеры размещены пламегасительные решетки.

Указанная дугогасительная камера с деионными решетками обладает достаточно высокой коммутационной способностью, но имеет большие габаритно-установочные размеры, что не позволяет использовать их в электрооборудовании поездов постоянного тока, кроме того, движение ионизированного газа, образующегося при гашении дуги внутри камеры, направлено не только в сторону пламегасительных решеток, но и вниз, в сторону контактной группы выключателя. Направление движения ионизированного газа в сторону контактной группы при определенных условиях может приводить к пробою электрической изоляции на корпус выключателя, что неприемлемо при использовании дугогасительных камер в выключателях, используемых для электропоездов постоянного тока.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в уменьшении габаритно-установочных размеров дугогасительной камеры и увеличении коммутационной способности быстродействующих выключателей, применяемых в электрооборудовании поездов постоянного тока, путем регулирования аэродинамических факторов, возникающих в процессе гашения электрической дуги, за счет введения конструктивных изменений, которые одновременно позволяют исключить движение ионизированного газа из дугогасительной камеры в сторону контактной группы выключателя.

Для достижения указанного технического результата предложено дугогасительное устройство, выполненное в виде дугогасительной камеры, содержащей наружные стенки, между которыми закреплены дугогасительные рога, под углом друг к другу установлены деионные решетки, состоящие из стальных пластин, между которыми имеются воздушные зазоры. Вдоль деионных решеток на выходе из дугогасительной камеры установлены пламегасительные решетки. В наружных стенках дугогасительной камеры выполнены отверстия в зоне расположения деионных решеток.

При коммутации скорость движения электрической дуги внутри дугогасительной камеры может регулироваться путем изменения давления разогретого ионизированного газа.

В прототипе в момент коммутации разогретый ионизированный газ распределяется внутри большого объема дугогасительной камеры, а его вывод за пределы камеры обеспечивается через воздушные зазоры между стальными пластинами деионных решеток и наружными стенками камеры, которые представляют собой каналы для вывода разогретого ионизированного газа. Разогретый ионизированный газ выводится по этим каналам в направлении движения дуги, затем газ поступает в зазоры между пластинами пламегасительных решеток, через которые газ выводится за пределы камеры. Одновременно разогретый ионизированный газ выводится из камеры в сторону контактной группы выключателя.

В предлагаемом изобретении уменьшение габаритных размеров и объема дугогасительной камеры приводит к повышению давления разогретого ионизированного газа внутри камеры. Снижение давления до величины, обеспечивающей вхождение дуги в деионные решетки и погасание ее в пределах деионных решеток, за необходимое время можно обеспечить, если ускорить вывод разогретого ионизированного газа за пределы дугогасительной камеры. Для ускорения вывода разогретого ионизированного газа из каналов для вывода газа за пределы камеры предлагается разделить поток газа и направить часть газа в отверстия, выполненные в наружных стенках камеры в зоне расположения деионных решеток. Другая часть разогретого ионизированного газа выводится по каналам в направлении движения дуги и затем в зазоры между пластинами пламегасительных решеток. В результате разделения потока газа происходит более эффективный вывод разогретого ионизированного газа за пределы дугогасительной камеры, что позволяет, с одной стороны, исключить выход дуги за пределы дугогасительной камеры, а с другой стороны, исключить движение разогретого ионизированного газа из дугогасительной камеры в направлении контактной группы выключателя.

Новым в заявляемом техническом решении является обеспечение ускоренного вывода разогретого ионизированного газа за пределы дугогасительной камеры за счет разделения потока разогретого ионизированного газа в каналах и направление части потока в отверстия, выполненные в наружных стенках камеры в зоне расположения деионных решеток.

Указанная совокупность признаков не выявлена в уровне техники, из чего можно сделать вывод, что предлагаемое в качестве изобретения техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена дугогасительная камера, на фиг.2 - деионная решетка.

Дугогасительная камера с габаритными размерами 680 мм на 750 мм содержит наружные стенки 1, выполненные из изоляционного материала. Между наружными стенками 1 закреплены дугогасительные рога 2, 3 и 4, под углом друг к другу установлены деионные решетки 5 и вдоль деионных решеток 5 на выходе из камеры установлены пламегасительные решетки 6. Деионные решетки 5 состоят из стальных пластин 7, между которыми имеются воздушные зазоры 8. Воздушные зазоры 8, ограниченные с одной стороны стальными пластинами 7 деионных решеток 5, а с другой стороны наружными стенками 1 дугогасительной камеры, представляют собой каналы для вывода разогретого ионизированного газа за пределы камеры. В наружных стенках 1 дугогасительной камеры в зоне расположения деионных решеток 5 выполняют отверстия 9 с размерами А и Б. В предлагаемом варианте отверстия 9 выполняют с размерами, соответствующими размерам деионных решеток 5 со стороны наружных стенок 1.

При заданном напряжении и заданных габаритных размерах дугогасительной камеры для обеспечения погасания электрической дуги, возникающей в процессе коммутации в пределах деионных решеток 5, за необходимое время подбирают оптимальное количество стальных пластин 7 деионных решеток 5, их длину, ширину, а также расстояния между стальными пластинами 7, которое определяет величину воздушного зазора 8, в соответствии с рекомендациями, изложенными в технической литературе (например, Брон О.Б. Электрическая дуга в аппаратах управления, М. - Л., 1954, Гл. X).

Работа дугогасительной камеры начинается в тот момент, когда на контактах выключателя, в котором устанавливается предлагаемая дугогасительная камера, при размыкании этих контактов появляется электрическая дуга. Дуга под действием сил электромагнитного поля, создаваемого катушками электромагнитного дутья выключателя, и возникающих электродинамических сил контура тока из межконтактного промежутка выключателя перебрасывается на дугогасительные рога 4. Дуга растягивается на дугогасительных рогах 2, 3 и 4 вдоль деионных решеток 5, входит в деионные решетки 5 и, разделившись на множество коротких дуг, погасает в них.

Возникающий в процессе гашения дуги разогретый ионизированный газ выводится за пределы дугогасительной камеры по каналам для вывода разогретого ионизированного газа, образованным стальными пластинами 7 деионных решеток 5 и наружными стенками 1 дугогасительной камеры. Часть разогретого ионизированного газа выводится за пределы камеры по этим каналам в направлении движения дуги, а потом выходит за пределы камеры через зазоры между пластинами пламегасительных решеток 6. Другая часть газа выводится из каналов за пределы камеры через отверстия 9, выполненные в наружных стенках 1.

Заявляемая конструкция устройства достаточно проста в производстве и может быть изготовлена с помощью известных средств и методов, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «промышленная применимость».

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Дугогасительное устройство, выполненное в виде дугогасительной камеры, содержащей наружные стенки, между которыми установлены дугогасительные рога, под углом друг к другу деионные решетки, состоящие из стальных пластин, между которыми имеются воздушные зазоры, и вдоль деионных решеток на выходе из камеры пламегасительные решетки, отличающееся тем, что в наружных стенках выполнены отверстия в зоне расположения деионных решеток.

www.freepatent.ru

Дугогасительные камеры Википедия

Дугогаси́тельная ка́мера (дугогаси́тельная решётка) — специальное устройство, применяющееся в приспособлениях дугогашения в различных электрических коммутационных аппаратах для предотвращения горения и быстрого гашения электрической дуги.

История создания[ | код]

Дугогасительная решётка была изобретена выдающимся русским пионером-электротехником М. О. Доливо-Добровольским (германские патенты №266745 и №272742 от 4 мая и 24 июля 1912 года соответственно)[1][2].

Устройство[ | код]

Дугогасительная камера автоматического воздушного выключателя. На пластинках решётки видна полоса эрозии, оставленная дугой.

Простейшая дугогасительная решётка, применяемая, к примеру, в секционных изоляторах, может быть выполнена в виде двух пластин, расположенных под углом. Дуга, продвигаясь по пластинам, растягивается, охлаждается и гаснет.

Дугогасительная решётка выключателей представляет собой набор металлических (обычно стальных) штампованных прямоугольных пластин с V-образным вырезом, гальванически покрытых медью или хромом для улучшения электрической проводимости и защиты от коррозии, закреплённых параллельно или веерообразно на некотором расстоянии друг от друга между двумя держателями, изготовленными из диэлектрика (обычно электрокартона) или, в устройствах большой коммутируемой мощности, в держателе из асбоцемента, причём дугогасительные пластины электрически изолированы друг от друга. В дугогасительные камеры мощных коммутационных устройств входят постоянные магниты или электромагниты, отталкивающие шнур плазмы электрической дуги от металлических контактов в дугогасительную камеру (так называемое «магнитное дутьё»).

Принцип действия[ | код]

Принцип действия дугогасительной решётки основан на том, что вблизи электродов имеется существенное падение напряжения (суммарное падение прикатодного и прианодного напряжений на одном контакте составляет 15—30 В) в стволе дуги. Под действием собственного магнитного поля плазма дуги начинает двигаться по дугогасящим рогам коммутирующих контактов (движение дуги под собственным магнитным полем — это движение проводника с током, взаимодействующего с самопорождённым магнитным полем, так как газ в дуге сильно ионизирован и, в первом приближении, может рассматриваться как эластичный проводник с током. Движение проводника с током при взаимодействии с магнитным полем описывается законом Ампера). При этом плазма дуги втягивается в дугогасительную камеру и разбивается на ряд мелких дуг между пластинами, что эквивалентно ряду последовательных контактов, на каждом из которых происходит околоэлектродное падение напряжения[3]. Так как высокоионизированная плазма имеет очень высокую теплопроводность, обусловленную высокой концентрацией свободных электронов, то она охлаждается, отдавая часть тепла пластинам решётки, что влечёт деионизацию из-за рекомбинации ионов и последующее гашение дуги. Изготовление пластин дугогасительной решётки из ферромагнитного материала (обычно стали) обусловлено главным образом не соображениями экономии цветных металлов, а облегчением вхождения дугового шнура в решётку: магнитное поле дуги стремится замкнуться по ферромагнитной массе, в результате чего возникают силы, втягивающие плазму дуги в дугогасительную решётку. Дополнительное преимущество ферромагнитных дугогасительных пластин — электромагнитные силы не только втягивают дугу в решётку, но и исключают выход плазмы с другой стороны дугогасительной системы.

Дугогасительная камера сконструирована таким образом, что электрическая дуга, образующаяся при размыкании контактов коммутационных аппаратов, втягивается в дугогасительную решётку, так как такое движение плазмы энергетически выгодно. Втянувшись в промежутки пластин камеры, электрическая дуга удлиняется, разбивается пластинами камеры на несколько более маленьких по длине дуг, при этом быстро деионизируется, охлаждается и гаснет. В дугогасит

ru-wiki.ru