Jak działa gaszenie łuku w wyłącznikach
Rodzaje urządzeń gaszących łuk w wyłącznikach
Wyłącznik musi zapewniać gaszenie łuku we wszystkich możliwych warunkach sieciowych.
W wyłącznikach znalazły zastosowanie dwie wersje urządzeń do gaszenia łuku – półzamknięte i otwarte.
W wersji półzamkniętej wyłącznik jest osłonięty obudową z otworami do odprowadzania gorących gazów. Objętość obudowy jest wystarczająco duża, aby uniknąć dużych nadciśnień wewnątrz obudowy. W wersji półzamkniętej strefa emisji gorących i zjonizowanych gazów znajduje się zwykle kilka centymetrów od otworów wylotowych. Takie rozwiązanie konstrukcyjne stosowane jest w wyłącznikach automatycznych instalowanych przy innych urządzeniach, w rozdzielnicach, w maszynach obsługiwanych ręcznie. Wyłącznik ograniczający prąd nie przekracza 50 kA.
Przy prądach 100 kA i wyższych w wyłącznikach stosuje się otwarte komory o dużej powierzchni wyładowczej.Konstrukcja półzamknięta jest z reguły stosowana w automatach montażowych i uniwersalnych, otwarta — w automatach szybkich i automatach do wysokich prądów granicznych (100 kA i więcej) lub wysokich napięć (powyżej 1000 V).
Metody gaszenia łuku elektrycznego w wyłącznikach instalacyjnych i uniwersalnych
W wyłącznikach do zastosowań masowych (instalacyjnych i uniwersalnych) szeroko stosuje się dejonową siatkę łukową wykonaną z blach stalowych. O ile wyłączniki automatyczne muszą działać zarówno przy prądzie przemiennym, jak i stałym, liczba płytek jest wybierana na podstawie warunków wyzwolenia obwód prądu stałego... Każda para płytek musi mieć napięcie mniejsze niż 25 V.
W obwodach prądu przemiennego o napięciu 660 V takie urządzenia łukowe zapewniają gaszenie łuku prądem do 50 kA. Przy prądzie stałym urządzenia te pracują przy napięciach do 440 V i przecinają prądy do 55 kA. W przypadku gaszenia łuku z blachy stalowej gaszenie jest ciche, przy minimalnym uwalnianiu zjonizowanych i ogrzanych gazów z gaszenia łuku.
Rodzaje komór łukowych wyłączników
Dla dużych prądów stosuje się komory ze szczelinami labiryntowymi oraz komory ze szczelinami podłużnymi prostymi. Łuk jest wciągany do szczeliny przez nadmuch magnetyczny cewką prądową.
Wzdłużna komora szczelinowa może mieć kilka równoległych szczelin o stałym przekroju. Zmniejsza to opór aerodynamiczny komory i ułatwia wejście łuku o wysokim natężeniu prądu do szczelin. Najpierw łuk jest dzielony na szereg równoległych włókien. Ale potem ze wszystkich równoległych gałęzi pozostaje tylko jedna, w której ostatecznie następuje wyginięcie. Ściany komory i przegrody wykonane są z azbestocementu.
W komorze ze szczeliną labiryntową stopniowe wchodzenie łuku w szczelinę zygzakowatą nie powoduje dużego oporu przy dużych prądach. Wąska szczelina zwiększa gradient napięcia w łuku, co zmniejsza wymaganą długość łuku do gaszenia. Zygzakowaty kształt szczeliny zmniejsza rozmiar maszyny.
W komorze ze szczeliną labiryntową łuk jest intensywnie chłodzony przez ścianki komory.Z uwagi na to, że łuk oddaje dużą ilość ciepła na ścianki szczeliny, materiał komory musi mieć wysoką przewodność i temperatura topnienia.
Aby zapobiec zniszczeniu komory przez wysoką temperaturę, konieczne jest utrzymywanie łuku w ciągłym ruchu z dużą prędkością. Wymaga to wytworzenia silnego pola magnetycznego wzdłuż całej ścieżki łuku w szczelinie. Jeśli prędkość jest niewystarczająca, urządzenie do gaszenia łuku ulega zniszczeniu.
Jako materiał komory zastosowano kordieryt. Materiały gazotwórcze, takie jak włókna, szkło organiczne, nie są stosowane ze względu na zwiększony opór aerodynamiczny.
Obecnie, aby uprościć projekt (odrzucając potężne i złożone systemy detonacji magnetycznej), wracają do idei stalowej siatki dejonowej. Stalowe płytki z rowkiem na styki łukowe wytwarzają siłę poruszającą łuk. W przeciwieństwie do konwencjonalnej siatki, łuk styka się z izolowanymi płytami stalowymi: gaszenie następuje w taki sam sposób jak w komorze z poprzecznymi przegrodami izolacyjnymi, ale bez specjalnego układu magnetycznego poruszającego łuk.
Wpływ łuku elektrycznego na automatyczne łączniki stykowe
Najbardziej krytyczną częścią automatycznego wyłącznika są styki.Przy prądach znamionowych do 200 A w trybie automatycznym wyłączniki wykorzystują jedną parę styków, które mogą być wyłożone metalową ceramiką w celu zwiększenia odporności na łuk.
Duże prądy znamionowe wymagają automatycznego zastosowania wyłączników stykowych dwustopniowych typu mostek ruchomy lub pary styków głównych i łukowych. Główne styki wyłączników wyłożone są srebrem lub metaloceramiką (srebro, nikiel, grafit). Stały styk łukowy pokryty metalową ceramiką SV-50 (srebro, wolfram), wyjmowaną SN-29GZ. Cermet i inne marki są używane w przełącznikach automatycznych.
W wyłącznikach na wysokie prądy znamionowe stosuje się włączenie kilku równoległych par styków głównych.
W wyłącznikach szybkich, w celu skrócenia ich własnego czasu, stosuje się tylko styki końcowe o niskim zanurzeniu. Styki są wykonane z miedzi, a powierzchnie styków są srebrne. Ze względu na wzrost prądu znamionowego i stosunkowo dużą rezystancję styków wyłączników automatycznych trwają obecnie prace nad sztucznym chłodzeniem styków cieczą. Takie rozwiązanie problemu pozwala zachować niską wagę i wydajność. wyłącznik automatyczny i zwiększ prąd ciągły z 2500 do 10000 A.
Stabilność styków wyłączników automatycznych w przypadku zwarcia
Stabilność styków wyłącznika po załączeniu zwarcie zależy od szybkości narastania ciśnienia w stykach. Gdy amplituda prądu zawartego jest większa niż 30-40 kA, stosuje się maszyny o działaniu momentowym, w których prędkość ruchu styków i nacisk w nich nie zależą od prędkości ruchu dźwigni przełącznika.
W selektywnych wyłącznikach uniwersalnych podczas przepływu prądu zwarciowego powstaje celowe opóźnienie czasowe.
Aby uniknąć zgrzewania styków wyłącznika, należy zastosować kompensację elektrodynamiczną. Gdy prąd przepływa w obwodzie łukowym do przewodnika, na którym znajduje się stały przerywacz styków łukowych, działa siła elektrodynamiczna, zwiększając nacisk na styki.