Для рационального конструирования ДУ с узкощелевой камерой необходимо выбрать оптимальные соотношения между характеристиками дуги (скоростью движения, ее диаметром и длиной), индукцией магнитного поля, конструктивными параметрами дугогасительной камеры (шириной и формой узкощелевого канала), а также учесть влияние свойств материала изоляционной камеры и контактов на скорость и характер движения дуги.
Для успешного гашения дуги необходимо обеспечить следующий характер ее движения в ДУ: на стадии первоначального растягивания (рис. 1, г) скорость дуги должна быть по возможности наибольшей, а в узкощелевом канале она должна перемещаться с минимальной скоростью. Это необходимо для обеспечения более интенсивного охлаждения ствола дуги и повышения эффективности дугогашения.
Скорость движения дуги в поперечном магнитном поле в зоне предварительного растягивания
где I0 — ток отключения, А; В — магнитная индукция в зоне дугогашения, Тл; уг — плотность газа, кг/м3; Агсд — обобщенный коэффициент сопротивления движению (для приближенных расчетов при 0 < В < 0,1 Тл можно принять кс л = = 2,4). Максимальная скорость дуги в зоне предварительного ее растяжения необходима для повышения конвективного охлаждения ствола дуги при ее перемещении в газе (воздухе), а также для более быстрого перемещения дуги в узкощелевом канал е шириной Д2. Кроме того, следует быстрее переместить дугу из межконтактного промежутка во избежание насыщения зоны дугогашения испарившимися частицами контактного материала, снижающими эффективность дугогашения, а также для повышения коммутационного ресурса контактов. Скорость движения дуги в узкощелевом канале выбирается исходя из допустимой температуры нагрева стенок камеры при заданном значении тока и должна быть по возможности минимальной. Эта скорость зависит от конструктивных параметров ДУ (ширины и формы канала), диаметра дуги и интенсивности магнитного дутья в зоне дугогашения. Скорость движения дуги в воздушных электромагнитных выключателях достигает 100 м/с и более.
Следует отметить, что эффективность дугогашения зависит не только от скорости движения дуги, но и от условий нагрева узкощелевого канала в процессе дугогашения, поскольку почти вся выделяющаяся в дуге тепловая мощность передается путем теплопроводности стенкам камеры.
Скорость движения дуги в узкощелевом канале дугогасительного устройства с магнитным дутьем при заданном токе IOJ известных теплофизических свойствах изоляционной керамики (ее теплоемкости с,„ плотности у„, теплопроводности Аи) и допустимой температуре термического разрушения Гтерм определяется по формуле
Приведенные соотношения позволяют рассчитать основные конструктивные параметры узкощелевых ДУ. Очевидно, что для снижения температуры стенок камеры необходимо увеличить скорость движения дуги в узкощелевом канале. В то же время для повышения эффективности дугогашения, как указывалось выше, эта скорость должна быть по возможности меньшей, а скорость дуги в зоне предварительного растяжения — возможно большей.
Исходя из этих условий и необходимо выбирать оптимальные конструктивные параметры узкощелевых ДУ с магнитным дутьем. Одним из актуальных решений при разработке новых конструкций электромагнитных выключателей является использование для изготовления стенок камер новых изоляционных ду- гостойких композиционных материалов, что позволит сократить зону дугогашения, а следовательно, и габариты выключателей.
Расчет узкощелевого ДУ с магнитным дутьем производится в следующей последовательности:
Определяется ширина узкощелевого канала Д2 (с учетом технологических возможностей изготовления узкой щели).
Определяется критическая длина дуги для выбора минимальной длины узкощелевого изоляционного канала /2 при заданном номинальном напряжении Uном (действующее значение):
Расчетная длина узкощелевого канала выбирается равной
/2= 1,2/Д1ф.
Выбирается конструктивная форма узкощелевого канала по полученным значениям ширины Д2 и длины узкощелевого канала /2 в зависимости от условий работы аппарата.
Определяется скорость движения дуги в зоне предварительного растяжения и в узкощелевом канале по формулам/
Определяются магнитная индукция в зоне дугогашения и число витков дугогасительной катушки, необходимые для обеспечения заданной скорости движения дуги.
Определяется расстояние, на которое перемещается дуга в камере под действием магнитного поля.
Выбирается высота камеры в зоне предварительного растягивания дуги. При этом следует предусмотреть плавный переход от более широкой зоны к узкощелевому каналу Д2.