Дугогасительная камера с криволинейными пластинами дугогасительной решётки

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании электрических аппаратов для гашения как постоянного, так и переменного тока.
Известно такое техническое решение как дугогасительная камера из публикаций JP 5084982 B1, JP 6214477 B2, JP 6336847 B2, JP 2017076461 А, KR 20180048151 A, RU 159229 U1, RU 164425 U1, RU 208385 U1, US 8809720 B2, US 9082571 B2, US 20200027677 A1, CN 1209777 C, CN 101681735 A, CN 101763998 B, CN 106463292 B, CN 108022813 B, CN 109314002 B, CN 203300584 U, CN 211238140 U. Данные технические решения содержат пакеты ферромагнитных пластин, расположенных параллельно друг другу на определенном расстоянии, или пакет ферромагнитных пластин, которые расположены равномерно по сектору окружности с определенным шагом угла.
Все вышеуказанные технические решения имеют множество модификаций. Основным типом таких модификаций является решение с добавлением второго ряда пластин, по центру между двумя соседними пластинами, на некотором удалении от начала входа дуги на первые пластины, что создает разные расстояния между пластинами дугогасительной решетки, обеспечивая более эффективные условия входа электрической дуги. Существующие решения находят широкое применение при коммутации как переменного, так и постоянного тока.
Недостатком существующих технических решений является меньшая эффективность использования дугогасительных решеток при отключении постоянного тока, причем гашение электрической дуги достигается за счет увеличения общего количества пластин в дугогасительной камере.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство, раскрытое в патенте «Arc extinguishing device of circuit breaker for manual motorstarter» (Пат. ES №2375768T3, МПК H01H 9/36, опубл. 06.03.2012), содержащее дугогасительную решетку с параллельно расположенными ферромагнитными пластинами с постоянным расстоянием между ними, имеющими во входной стороне пластин вырез различной конфигурации для свободного перемещения подвижного контакта автоматического выключателя. При коммутации цепей постоянного тока рекомендуется последовательное соединение нескольких дугогасительных камер.
Недостатком данного технического решения является низкая эффективность гашения электрической дуги постоянного тока.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является эффективное гашение электрической дуги равно как для постоянного, так и для переменного тока.
Технический результат заключается в повышении эффективности процесса охлаждения дуги в дугогасительной решетке с уменьшающимся расстоянием для дуги между ее пластинами для повышения отвода тепла от электрической дуги при постоянно равном геометрическом расстоянии между пластинами дугогасительной решетки дугогасительной камеры.
Технический результат достигается тем, что в дугогасительной камере, включающей в себя две боковые стенки и дугогасительную решетку, образованную пластинами с вырезом по центру торцевой стороны, согласно полезной модели, пластины выполнены криволинейными и размещенными с заданным интервалом и на одной четверти окружности, радиус которой соответствует линейной длине пластин дугогасительной решетки и равен ширине дугогасительной камеры, при этом заданный интервал между пластинами определяется величиной силы тока отключения.
Вырез по центру торцевой стороны в каждой пластине выполнен для обеспечения свободного перемещения ножа подвижного контакта.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображена криволинейная пластина дугогасительной решетки;
на фиг.2 и фиг.3 приведена дугогасительная камера с криволинейными пластинами дугогасительной решетки с боковой стенкой и без нее соответственно.
Дугогасительная камера содержит криволинейные пластины 1, расположенные параллельно, с интервалом и размещением на одной четверти окружности, радиус которой соответствует линейной длине пластин дугогасительной решетки 1 и равен ширине дугогасительной камеры. Дугогасительная камера содержит боковые стенки 2. В криволинейных пластинах 1 выполнен вырез 3 и выступы 4.
В соответствии с фигурой 2, пластины, их боковые поверхности, дугогасительной решетки расположены параллельно, с интервалом и размещением на одной четверти окружности, радиус которой соответствует линейной длине пластин дугогасительной решетки и равен ширине дугогасительной камеры. Соответствие радиуса окружности линейной длине пластин позволяет применять полезную модель в электрических аппаратах без конструктивного изменения их геометрии. Соответствие этого радиуса размерам дугогасительной камеры необходимо также для сравнительной оценки прототипа и предлагаемого решения.
Дугогасительная камера с криволинейными пластинами дугогасительной решетки работает следующим образом.
Попадая в дугогасительную решетку с криволинейными пластинами 1, в которых выполнен вырез 3, электрическая дуга располагается перпендикулярно эквипотенциальным плоскостям пластин 1, что приводит к прогрессивно уменьшающейся длине электрической дуги и повышению отбора тепла от столба дуги.
Теоретическая оценка эффективности предлагаемого технического решения представлена ниже.
Мощность, отводимая через опорные точки к пластинам дугогасительной решетки 1, определяющая эффективность охлаждения дуги, может быть определена в соответствии с формулой (1).
,
где  - напряжение электрической дуги;
- коммутируемый электрический ток;
- коэффициент эффективности отвода тепла в пластины.
,
где  - падение напряжения между анодом и катодом (12,5 В, минимальное значение);
- падение напряжение на столбе дуги, В;
- напряженность электрического поля столба дуги, В/см;
- длина столба дуги, см.
Аппроксимация напряженности электрического поля столба дуги имеет вид:
где  - ток электрической дуги, 3200 А, его амплитудное значение.
эф
Коэффициент эффективности отвода тепла в пластины дугогасительной решетки К при этом равен 0,35, и 0,75 при расстоянии для дуги между пластинами равному 1,0 и 0,2 см, соответственно.
эф
При К = 0,35 - напряжение на столбе дуги имеет следующее значение:
.
При  - напряжение на столбе дуги имеет следующее значение:
.
При этом полное напряжение столба электрической дуги при расстоянии для дуги между пластинами 1,0 см составляет:
.
При расстоянии в 0,2 см:
.
На основании расчета полного напряжения электрической дуги, отводимая от нее тепловая мощность рассчитывается посредством выражения ниже.
.
В случае, когда расстояние для дуги между пластинами дугогасительной решетки равно 1 см, отводимая тепловая мощность электрической дуги равна:
.
При расстоянии для дуги между пластинами дугогасительной решетки в 0,2 см, отводимая тепловая мощность электрической дуги равна:
.
075
035
Отношение мощностей при этом показывает, что Р превосходит Р в 2,14 раза.
Полученный теоретический расчет подтвердил ожидаемую эффективность предложенного решения.
Заданный интервал между пластинами определяется величиной силы тока отключения. Экспериментально обнаружено, что технический результат достигается для любых интервалов между пластинами.
Использование полезной модели позволяет сократить время гашения электрической дуги и уменьшить количество пластин дугогасительной решетки, тем самым уменьшив габаритные параметры электрического аппарата.