ПЛАМЯ ДУГИ И БОРЬБА С НИМ

Открытая электрическая дуга сопровождается выделением большого количества светящихся газов, представляющих собой пламя дуги. Эти газы занимают большой объем. В их существовании можно убедиться, рассматривая кадры ускоренной киносъемки (рис. 6-16) отключения тока контактором. К моменту времени, соответствующему кадру 12, ток в цепи прекратился, дуга погасла, оставшееся пламя дуги продолжает существовать (светиться) еще значительное время — кадры 12 — 18. Причина возникновения пламени заключается в высокой температуре газов, окружающих дугу или проходящих через нее. Эта температура вызывает тепловую ионизацию и свечение всего объема, занятого ионизированным газом. В нем имеет место одинаковая концентрация положительных и отрицательных частиц, и поэтому пространственный заряд пламени практически равен нулю. Большая концентрация заряженных частиц приводит к большой проводимости пламени, приближающей его по свойствам к проводнику. Присутствие паров меди в пламени сильно способствует его поддержанию в течение сотых и даже десятых долей секунды после погасания дуги. Борьба с пламенем именно этого рода представляет собой важную задачу при построении дугогасительных устройств.

.

Рис.6-16. Последовательные стадии горения дуги при отключении тока контактором на 150А. 1-4-дуга находиться в камере; 5-11-дуга-за пределами камеры; 12-18- пламя оставшееся после погасания дуги.

Высокая проводимость пламени дуги приводит к тому, что это пламя может вызвать при напряжении в несколько десятков вольт перекрытие таких промежутков, которые в нормальных условиях не пробиваются при десятках тысяч вольт. В этом главная опасность пламени. Вторая опасность связана с высокой температурой. Хотя температура здесь и ниже, чем в самой дуге, однако она все же достаточна для воспламенения легкогорючих материалов или газов, имеющихся в пожароопасных производствах.

В пламени дуги происходят опасные для аппаратов химические процессы. Пары меди контактов, попадая в пламя дуги, окисляются там при высокой температуре и поглощают кислород воздуха. Оставшийся после этого азот соединяется с парами воды и кислородом, образуя азотную кислоту. Капли этой кислоты могут образовать проводящие контактные перешейки и привести к опасным перекрытиям между токоведущими частями в таких местах, куда ни дуга, ни ее пламя не могут попасть.

В дугогасительных устройствах с широкими продольными щелями дуга и ее пламя занимают чрезвычайно большие размеры за пределами камер (рис. 6-17,а, б, в). В объеме, занятом пламенем, не могут находиться другие аппараты или токоведущие части. Это вызывает увеличение размеров комплектных устройств (главным образом, закрытых) в 2 – 2,5 раза по отношению к тому, что требуют геометрические размеры аппаратов и монтажные схемы их соединений.

Весьма эффективным способом гашения электрической дуги являются узкие продольные щели. В этих щелях достигается и некоторое ограничение размеров пламени дуги, как это подтверждается фотографиями дуги на рис. 6-17,г. Размеры пламени дуги существенно меньше в камере с узкой зигзагообразной щелью. Однако погасить пламя в объеме камеры узкие щели не способны. Высота пламени практически не зависит от пути, проходимого дугой по щели, а зависит главным образом от ширины щели. Очень узкие щели делать невозможно, так как для того чтобы предотвратить остановку дуги со всеми

Рис.6-17. Дуга на контакторах с различными дугогасительными устройствами при отключении тока I=1500A U=480B L=4,2мГн

а)камера с воздушным мешком и маленькой щелью; б)камера с широкой щелью; в)камера с широкой щелью с поперечными перегородками; г)камера с узкой зигообразной щелью; д) камера с узкой зигообразной щелью и паламегасительной решёткой.

вытекающими пагубными последствиями, необходимо создать большие напряженности магнитного поля, что требует весьма громоздких устройств.

Эффективным способом борьбы с пламенем электрической дуги является установка решетки из теплопроводящих металлических пластин над узкой щелью меры (рис. 6-17, д). Получаемая при этом комбинированная система дугогашения, состоящая из камеры с узкой щелью и пламегасительной решетки небольших размеров (h = 5 ÷ 20мм), позволяет достигнуть полной деионизации дуги и ее пламени в объеме дугогасительных устройств при отключении весьма больших токов как в контакторах (рис. 6-17, д), так и в автоматических включателях.

Рекомбинация ионов пламени дуги здесь происходит во время их соприкосновения с металлическими пластинами решетки. Высокая теплоемкость теплопроводность этих пластин, весьма сильно развитая поверхность их прикосновения с пламенем, наконец, довольно значительный путь, который ,пламени приходится проходить вдоль пластин, способствуют полной деионизации пламени. Рекомбинация ионов у поверхности холодных металлических детин происходит гораздо интенсивнее, чем у поверхности диэлектрика. Помимо рекомбинации у поверхностей, здесь усиливается рекомбинация ионов в объеме в результате сильного понижения температуры пламени во время его движения вдоль пластин решетки. Важно отметить, что более существенной является длина пластин (пути газов вдоль пластин), нежели их ширина.

В рассмотренной системе гашение дуги осуществляется в узкой щели, а деионизация пламени дуги – в металлической решетке. Ни дуга, ни ее пламя не выступают за пределы камеры. Размер камер аппаратов практически не увеличивается. Размеры же закрытых комплектных устройств существенно сокращаются.

Следует отметить, что камера с узкими щелями и закрытые дугогасительные устройства требуют более дугостойких материалов (асбоцемент, керамика). Износ камер здесь выше, чем в камерах с широкими щелями. Более эффективное гашение сопровождается большими перенапряжениями в момент погасания дуги.