ДУГОГАСИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА КОММУТАЦИОННОГО АППАРАТА

Дугогасительная камера коммутационного аппарата
Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электроаппаратостроению, в частности к электрическим коммутационным аппаратам, и может быть использована в дугогасительных устройствах контакторов, пускателей, в автоматических выключателях и других электрических коммутационных аппаратах для предотвращения горения и быстрого гашения электрической дуги.
Устройство устанавливается в каждом полюсе коммутационного аппарата и выполняет функцию гашения электрической дуги в ограниченном объеме при протекании через коммутационный аппарат токов, вызывающих режимы возникновения горения дуги между контакт-деталями контактной системы.
Дугогасительная камера представляет собой набор металлических пластин определенной формы, покрытых медью или хромом для улучшения проводимости и предотвращения окисления, закрепленных на определенном расстоянии друг от друга, между двумя пластинами, выполненными из диэлектрика.
Дугогасительная камера сконструирована таким образом, что электрическая дуга, образующаяся при размыкании контактов коммутационных аппаратов, разгораясь, начинает следовать по пути наименьшего сопротивления, втягиваться в прорези металлических пластин дугогасительной камеры и гореть между пластинами по всей длине камеры. При горении дуги в ней одновременно протекают два противоположных процесса ионизации и деионизации. Причем если скорость образования ионов вследствие термической и ударной ионизации равна скорости исчезновения ионов вследствие рекомбинации (нейтрализация при встрече разноименных ионов или воссоединение иона и электрона в нейтральную молекулу (атом)) и диффузии, в дуге будет существовать баланс ионов, и она будет устойчивой.
Следовательно, успешность отключения тока короткого замыкания и гашение дуги в выключателе зависят от скорости протекания двух процессов: восстановления электрической прочности дугового промежутка и восстановления напряжения на контактах выключателя. При этом, чтобы дуговой промежуток не был повторно пробит восстанавливающимся напряжением, необходимо как можно быстрее устранить из него заряженные частицы, т.е. деионизировать его. Далее электрическая дуга, втянувшись в камеру удлиняется, режется пластинами камеры на несколько более маленьких по длине дуг, за счет этого быстрее деионизируется, охлаждается и гаснет.
Известна дугогасительная камера (патент РФ на полезную модель №71813), содержащая корпус из электроизоляционного материала, состоящую из поперечных изоляционных перегородок деионную решетку, деионные пластины из омедненной стали.
Недостатком известной дугогасительной камеры является невозможность за малый промежуток времени погасить электрическую дугу, возникшую между контакт-деталями контактной системы после прохождения через них предельных допустимых токов короткого замыкания.
Технической задачей является создание устройства, обеспечивающего возможность его использования после прохождения вызывающих режимы возникновения дуги коммутационных токов.
Технический результат заключается в обеспечении мгновенного гашения дуги.
Устройство поясняется иллюстрациями, где
на фиг. 1 изображен общий вид дугогасительной камеры;
на фиг. 2 - изображена дугогасительная камера (изометрия, без корпуса);
на фиг. 3 - изображена боковая пластина (с пазами);
на фиг. 4 - изображены деионные пластины, размещение в дугогасительной камере;
на фиг. 5 - изображена верхняя металлическая пластина;
на фиг. 6 - изображена деионная пластина;
на фиг. 7 - изображен защитный экран.
Устройство содержит:
1 - металлическая пластина;
2 - боковая пластина;
3 - деионная пластина;
4 - защитный экран;
5 - корпус;
6 - пазы.
Поставленная задача решается за счет того, что дугогасительная камера коммутационного аппарата, содержащая корпус, установленные в нем параллельно друг другу боковые пластины с пазами и размещенные между ними по меньшей мере три омедненные деионные пластины, снабжена защитным экраном и изогнутой металлической пластиной, расположенной в верхней части камеры между боковыми пластинами и обеспечивающей завихрение и последующий вывод образовавшихся газов возникшей электрической дуги, а конец упомянутой пластины, обращенный к деталям контактной системы коммутационного аппарата, выполнен с фигурной кромкой, при этом защитный экран установлен с тыльной стороны деионных пластин и изготовлен из материала со свойствами выделения газов при воздействии на него высоких температур, причем металлическая пластина и деионные пластины жестко закреплены между боковыми пластинами, при этом деионные пластины выполнены из ферромагнитного материала с V-образным вырезом с возможностью трехстороннего охвата подвижных коммутирующих контактов коммутационного аппарата и жестко закреплены в пазах боковых пластин с возможностью обеспечения эффективного гашения дуги и предотвращения их сваривания при разбрызгивании капель расплавленного металла электрической дугой.
В верхней части дугогасительной камеры между боковыми пластинами 2 расположена металлическая пластина 1, конец которой, обращенный к деталям контактной системы, выполнен с фигурной кромкой, а его длина выбирается в зависимости от коммутационного устройства для минимизирования времени, потребного на гашение дуги.
Металлическая пластина 1 выполнена изогнутой с возможностью обеспечения завихрения и последующего вывода и рассеяния образовавшихся в корпусе газов возникшей электрической дуги.
Боковые пластины 2 установлены в корпусе 5 параллельно друг другу и выполнены из материала со свойствами большого выделения газов при воздействии на него высоких температур.
По всей поверхности боковых пластин 2 выполнено три ряда пазов 6 для закрепления металлической пластины 1 и деионных пластин 3.
Деионные пластины 3 выполнены из омедненного ферромагнитного материала, размещены между боковыми пластинами 2 и жестко закреплены в их пазах 6.
Деионные пластины 3 выполнены с возможностью трехстороннего охвата силовых контактов (на рис. не показано) с V-образным вырезом для перемещения в этом вырезе подвижных коммутирующих контактов и лучшего охвата плазменного шнура дуги, а также для обеспечения ускоренного движения дуги вглубь пространства между деионными пластинами 3 из-за возрастающего взаимодействия с дугой.
Количество деионных пластин 3 и расстояние между ними выбирается в зависимости от мощности коммутационного устройств, с возможностью обеспечения эффективного гашения дуги и предотвращения сваривания деионных пластин 3 при разбрызгивании капель расплавленного металла электрической дугой.
С тыльной стороны деионных пластин 3 дугогасительная камера закрыта защитным экраном 4, изготовленным из материала со свойствами выделения газов при воздействии на него высокой температуры электрической дуги, что создает дополнительное давление и приводит к более быстрому выходу продуктов горения электрической дуги.
Принцип действия дугогасительной камеры основан на том, что вблизи электродов имеется существенное падение напряжения в стволе дуги.
Под действием собственного магнитного поля плазма дуги начинает двигаться по дугогасящим рогам коммутирующих контактов (на рис. не показано). Движение дуги под собственным магнитным полем - это движение проводника с током, взаимодействующего с самопорожденным магнитным полем, так как газ в дуге сильно ионизирован и, в первом приближении, может рассматриваться как эластичный проводник с током.
Газ плазмы электрической дуги при размыкании коммутирующих контактов разгоняется до сверхзвуковых скоростей. Поэтому, дуга, входя в пространство деионных пластин 3, сильно тормозится из-за аэродинамического сопротивления
Плазма дуги втягивается в дугогасительную камеру и разбивается на ряд мелких дуг между деионными пластинами 3, что эквивалентно ряду последовательных контактов, на каждом из которых происходит околоэлектродное падение напряжения.
Так как высокоионизированная плазма имеет очень высокую теплопроводность, обусловленную высокой концентрацией свободных электронов, то она охлаждается, отдавая часть тепла деионным пластинам 3, порождая деионизацию из-за рекомбинации ионов и последующее гашение дуги.
Втянувшись между деионными пластинами 3, электрическая дуга удлиняется, разбивается ими на несколько более маленьких по длине дуг, быстро деионизируется, охлаждается и гаснет.
Изготовление деионных пластин 3 из ферромагнитного материала, обычно стали, облегчает вхождение дугового шнура в пространство между деионными пластинами 3: магнитное поле дуги стремится замкнуться по ферромагнитной массе, в результате чего возникают силы, втягивающие газ плазмы дуги между деионными пластинами 3.
Дополнительное преимущество ферромагнитных деионных пластин 3 заключается в том, что электромагнитные силы не только втягивают дугу между ними, но и не дают выйти дуге с другой стороны, что исключает выход ионизированной плазмы за пределы дугогасительной камеры.
Благоприятным дополнительным фактором взаимодействия с ферромагнитными деионными пластинами 3 является выравнивание скоростей малых дуг, полученных при разбиении большой дуги: вырвавшиеся вперед дуги будут тормозиться, а отстающие -ускоряться, исключая выход их с внешней стороны решетки и втягивая дугу при малых токах в дуге.
Таким образом, задача создания устройства, обеспечивающего возможность его неоднократного использования после прохождения токов, вызывающих режимы возникновения дуги, при сохранении габаритов коммутационного аппарата решена.