На устойчивость процесса горения дуги оказывают влияние род тока, физические свойства среды, в которой горит дуга (давление, теплоемкость, теплопроводность и т. п.), условия охлаждения дуги, длина дуги и скорость ее перемещения, число участков дуги, полученных ее делением проводящими перегородками, и другие факторы. Дуга постоянного тока более устойчива, чем дуга переменного тока. Переменный ток дважды за период принимает нулевое значение. Каждый раз при этом дуга погасает, чтобы зажечься вновь при нарастании напряжения в следующих полупериодах.
Высокое давление, большие теплоемкость и теплопроводность среды, в которой образуется дуга, приводят к усиленному теплоотводу от нее и способствуют нарушению устойчивости разряда. Так же влияют на него различные внешние охлаждающие факторы (например, близость холодных и теплоемких тел). При неизменной длине дуги ее устойчивость обеспечивается при определенном минимальном напряжении. При уменьшении этого напряжения или увеличении длины дуги заряд прекращается. Чем быстрее увеличивается длина дуги, тем эффективней процесс ее гашения. Продолжительное существование дугового разряда в отключающих устройствах недопустимо из-за разрушающего действия дуги.
Дугогасительные устройства предназначены для предельного сокращения времени действия дуги. В особенности важной становится их функция при гашении мощных дуг, возникающих при коротких замыканиях в электроустановках. Токи короткого замыкания бывают так велики, что повреждают части установок, по которым они протекают в аварийном режиме. Опасность токов короткого замыкания обусловлена их термическими и динамическими действиями. Для ускорения гашения дуги необходимо использовать теплоемкую и теплопроводную среду, повышать давление в дуге, интенсивно ее охлаждать, перемещать дугу с возможно высокой скоростью или делить на несколько коротких дуг. На этих принципах построены дугогасительные устройства электроаппаратов.
Устройства с внешним газовым дутьем (импульсные) применяют в воздушных выключателях. Принцип их работы состоит в механическом удалении дуги из межконтактного промежутка направленной струей сжатого воздуха.
Газогенерирующие устройства, или устройства с автогазовым дутьем, применяют в масляных выключателях, выключателях нагрузки с камерой из оргстекла, предохранителях с фибровым патроном. Под действием дуги масло, оргстекло или фибра бурно разлагаются, образуя газы с хорошими охладительными свойствами. Давление в ограниченных объемах газовых пузырей резко растет, повышая давление в дуге. Далее в гасительных камерах масляных выключателей возникают газомасляные струи продольного и поперечного дутья, перемещающие, удлиняющие и охлаждающие дугу. В выключателях нагрузки и предохранителях газовые струи устремляются в неплотности гасительных камер и патронов, растягивая и охлаждая дугу.
Щелевые устройства применяют как в аппаратах напряжением до 1 кВ, так и в масляных и электромагнитных выключателях напряжением выше 1 кВ. Примером такого устройства являются многощелевые камеры, которые изготовляют из дугостойкой изоляционной керамики. Их устанавливают на пути движения дуги. Под воздействием магнитного дутья дуга с силой отбрасывается в щели, ширина которых меньше диаметра столба дуги. В щелях дуга изгибается, удлиняется, сжимается и охлаждается (рис. 104, а, б).
Деионные решетки применяют преимущественно в аппаратах напряжением до 1 кВ. Решетка представляет собой пакет стальных или медных пластин, собранных с зазорами между ними на изоляционных основаниях. Дуга перемещается магнитным дутьем на решетку, где она делится пластинами на ряд коротких дуг. В этих дугогасительных устройствах применяют в зависимости от тока пластины из различных материалов.
Рис. 104. Дугогасительные устройства:
а — щелевое с плоской щелью, б—щелевое лабиринтное, в—деионная решетка; 1 — решетка, 2 —узкая щель, 3 — электрическая дуга, 4 — контакт, 5 — стальная пластина
Рис. 105. Принцип действия катушки магнитного дутья:
1 — катушка, 2 — сердечник, 3 — полюсный наконечник, 4 — поперечное сечение канала дуги, I—ток, F — сила, Ф — магнитный поток
При малых токах применяют П-образные стальные пластины, искажающие магнитное поле вокруг дуги так, что возникают силы F, втягивающие дугу в решетку (рис. 104, в). При этом не требуется создавать магнитное дутье. Для токов средней величины (десятки ампер) применяют омедненные пластины. При больших токах (сотни ампер) используют медные пластины, но совместно со специальной системой магнитного дутья. Дутьевая катушка (рис. 105) включена в цепь главного тока. Сердечник катушки имеет развитые полюсные наконечники. Они охватывают дугогасительную камеру так, что по отношению к току дуги I их магнитный поток Ф создает выталкивающую силу F, направленную на решетку.
Вакуумные устройства применяют в аппаратах при напряжении до 20 кВ. В вакууме дуга образуется лишь за счет испарения металла контактов и существует всего 106 с, так как происходит интенсивная диффузия заряженных частиц из дуги в окружающий вакуум.
