Автоматический выключатель должен обеспечивать гашение дуги при всех возможных режимах сети.

В автоматических выключателях нашли применение два исполнения дугогасительных устройств — полузакрытое и открытое.

В полузакрытом исполнении автоматический выключатель закрыт кожухом, имеющим отверстия для выхода горячих газов. Объем кожуха делается достаточно большим, чтобы избежать появления внутри кожуха больших избыточных давлений. При полузакрытом исполнении зона выброса горячих и ионизированных газов составляет обычно несколько сантиметров от выхлопных щелей. Такое конструктивное решение применяется в автоматических выключателях, монтируемых рядом с другими аппаратами, в распределительных устройствах, в автоматах с ручным управлением. Предельный ток автоматического выключателя не превышает 50 кА.

При токах 100 кА и выше в автоматических выключателях применяются камеры открытого исполнения с большой зоной выброса. Полузакрытое исполнение применяется, как правило, в установочных и универсальных автоматах, открытое — в быстродействующих и автоматах на большие предельные токи (100 кА и выше) или большие напряжения (выше 1000В).

Способы гашения электрической дуги в установочных и универсальных автоматических выключателях

В автоматических выключателях массового применения (установочных и универсальных) широкое применение получила деионная дугогасительная решетка из стальных пластин. Поскольку автоматические выключатели должны работать как на переменном, так и на постоянном токе, число пластин выбирается из условия отключения цепи постоянного тока. На каждую пару пластин должно приходиться напряжение менее 25 В.

В цепях переменного тока с напряжением 660 В такие дугогасительные устройства обеспечивают гашение дуги с током до 50 кА. На постоянном токе эти устройства работают при напряжении до 440 В и отключают токи до 55 кА. В дугогасительных устройствах со стальными пластинами гашение происходит спокойно, с минимальным выбросом ионизированных и нагретых газов из дугогасительного устройства.

Виды дугогасительных камер автоматических выключателей

При больших токах применяются лабиринтно-щелевые камеры и камеры с прямой продольной щелью. Втягивание дуги в щель осуществляется магнитным дутьем с катушкой тока.

Продольно-щелевая камера может иметь несколько параллельных щелей неизменного сечения. Это уменьшает аэродинамическое сопротивление камеры и облегчает вхождение дуги с большим током в щели. Вначале дуга разбивается на ряд параллельных волокон. Но затем из всех параллельных ветвей остается лишь одна, в которой окончательно происходит гашение. Стенки камеры и перегородки изготавливаются из асбоцемента.

В лабиринтно-щелевой камере постепенное вхождение дуги в зигзагообразную щель не создает высокого аэродинамического сопротивления при больших токах. Узкая щель повышает градиент напряжения в дуге, что сокращает необходимую длину дуги при гашении. Зигзагообразная форма щели уменьшает габариты автомата.

В лабиринтно-щелевой камере осуществляется интенсивное охлаждение дуги стенка-ми камеры. Ввиду того что дуга отдает большое количество тепла стенкам щели, материал камеры должен обладать высокой теплопроводностью и температурой плавления.

Для того чтобы не происходило разрушение камеры от высокой температуры, необходимо, чтобы дуга двигалась непрерывно с большой скоростью. Это требует создания мощного магнитного поля на всем пути движения дуги в щели. При недостаточной скорости движения происходит разрушение дугогасительного устройства.

В качестве материала для камеры применяется кордиерит. Газообразующие материалы типа фибры, органического стекла не применяются из-за повышения аэродинамического сопротивления.

В настоящее время с целью упрощения конструкции (отказ от мощных и сложных систем магнитного дутья) вновь возвращаются к идее деионной стальной решетки. Стальные пластины, имеющие паз для дугогасительных контактов создают усилие, перемещающее дугу. В отличие от обычной решетки дуга соприкасается с изолированными стальными пластинами: гашение происходит так же, как в камере с поперечными изоляционными перегородками, но при отсутствии специальной магнитной системы, двигающей дугу.

Влияние электрической дуги на контакты автоматических выключателей

Наиболее ответственной частью токоведущей цепи автоматических выключателей являются контакты. При номинальных токах до 200 А в автоматических выключателях применяется одна пара контактов, которые для увеличения дугостойкости могут быть облицованы металлокерамикой.

Большие номинальные токи требуют применения в автоматических выключателях двухступенчатого контакта типа перекатывающегося моста или пары основных и дугогасительных контактов. Основные контакты автоматических выключателей облицовываются либо серебром, либо металлокерамикой (серебро, никель, графит). Дугогасительный неподвижный контакт покрывается металлокерамикой СВ-50 (серебро, вольфрам), подвижный СН-29ГЗ. В автоматичекских выключателях применяется металлокерамика и других марок.

В автоматических выключатлелях на большие номинальные токи применяется включение нескольких параллельных пар основных контактов.

В быстродействующих автоматических выключателях с целью уменьшения собственного времени применяются исключительно торцевые контакты, имеющие малый провал. Контакты изготавливаются из меди и поверхности касания подвергаются серебрению. В связи с ростом номинального тока и относительно высоким сопротивлением контактов автоматических выключателей, в настоящее время, проводятся работы по искусственному охлаждению контактов с помощью жидкости. Такое решение задачи позволяет сохранить малую массу и быстродействие автоматического выключателя и увеличить длительный ток с 2500 до 10 000 А.

Устойчивость контактов автоматических выключателей при включении на короткое замыкание

Устойчивость контактов автоматических выключателей при включении на короткое замыкание зависит от скорости нарастания давления в контактах. При амплитуде включаемого тока более 30 — 40 кА применяют автоматы моментного действия, у которых скорость движения контактов и нажатие в них не зависят от скорости перемещения включающей рукоятки.

В универсальных автоматических выключателях, работающих селективно, создается намеренная выдержка времени при протекании тока короткого замыкания.

Во избежание сваривания контактов автоматического выключателя обязательно применяется электродинамическая компенсация. При протекании тока в дугогасительном контуре на проводник, несущий неподвижный дугогасительный контакт автоматического выключатлеля, действует электродинамическая сила, увеличивающая нажатие контактов.