Jak płytki dejonizacyjne gaszą łuk elektryczny w wyłączniku nadprądowym?

Dlaczego liczba płytek dejonizacyjnych ma znaczenie?

Gdy łuk elektryczny zostanie wprowadzony do komory gaszeniowej, jest dzielony na wiele krótszych odcinków pomiędzy kolejnymi płytkami. Im więcej płytek znajduje się w komorze, tym większa liczba podziałów łuku jest możliwa.

Dlatego producenci często stosują kilkanaście, a nawet więcej płytek dejonizacyjnych. Nie jest to przypadek ani element marketingu, lecz wynik analiz fizycznych związanych z warunkami niezbędnymi do podtrzymania łuku elektrycznego.

W praktyce większa liczba płytek oznacza większe możliwości skutecznego gaszenia łuku oraz bezpiecznego wyłączenia zwarcia.

Dlaczego płytki dejonizacyjne mają charakterystyczne nacięcia?

Na pierwszy rzut oka może wydawać się, że kształt nacięć w płytkach nie ma większego znaczenia. W rzeczywistości jest odwrotnie.

Dlaczego stosuje się kąt około 60°?

Badania oraz analizy prowadzone przez konstruktorów aparatów elektrycznych pokazują, że nacięcie o kącie około 60° pozwala bardzo skutecznie kierować łuk elektryczny do wnętrza komory gaszeniowej. Dodatkowo odpowiednio ukształtowane pole magnetyczne powoduje, że łuk nie przemieszcza się przypadkowo, lecz zostaje skierowany dokładnie tam, gdzie konstruktor przewidział jego drogę.

W efekcie łuk szybciej trafia pomiędzy płytki dejonizacyjne, gdzie rozpoczyna się proces jego podziału i chłodzenia.

Jak porusza się łuk elektryczny wewnątrz komory?

Po wejściu do komory łuk nie zatrzymuje się pomiędzy pierwszymi płytkami. Oddziaływania elektromagnetyczne powodują jego dalsze przemieszczanie się w kierunku krawędzi płytek wykonanych z materiału ferromagnetycznego.

Badania laboratoryjne oraz oględziny płytek po próbach zwarciowych pokazują charakterystyczne ślady wypalenia. Pozwalają one prześledzić rzeczywistą drogę, jaką przebywał łuk podczas pracy aparatu.

Dlaczego płytki dejonizacyjne muszą być wykonane z metalu?

Łuk elektryczny osiąga temperatury liczone w tysiącach stopni Celsjusza, a temperatura łuku może wynosić od około 5 000 °C do nawet 20 000 °C. Z tego powodu płytki muszą być wykonane z materiału ferromagnetycznego, który nie tylko wytrzyma trudne warunki pracy, ale również uczestniczy w tworzeniu tzw. pułapki magnetycznej wspomagającej przemieszczanie łuku.

Jak szybko łuk trafia do komory gaszeniowej?

Proces ten przebiega niezwykle szybko i może przekraczać 300 m/s, a cały proces wyłączania zwarcia przez dobrej jakości aparaturę trwa zaledwie kilka milisekund.

Dla użytkownika jest to praktycznie niezauważalne. Jednak to właśnie w tym bardzo krótkim czasie rozstrzyga się, czy wyłącznik nadprądowy skutecznie odłączy zwarcie i ograniczy skutki awarii.

Dlaczego jakość tworzywa obudowy wyłącznika jest tak ważna?

Wysoka temperatura łuku elektrycznego sprawia, że równie istotna jak sama komora gaszeniowa jest odporność ogniowa obudowy wyłącznika.

Na czym polega test rozżarzonego drutu?

Jednym z najważniejszych badań bezpieczeństwa pożarowego związanego z obudową jest test rozżarzonego drutu. Polega on na przyłożeniu do badanego tworzywa specjalnego rozgrzanego elementu o ściśle określonych parametrach oraz temperaturze.

Badanie sprawdza między innymi:

• czy materiał ulegnie zapłonowi,
• czy płomień samoczynnie zgaśnie,
• czy z tworzywa nie będą odpadały płonące krople mogące spowodować dalszy rozwój pożaru.

Dlaczego nie można samodzielnie odtworzyć takiego badania?

Test rozżarzonego drutu jest procedurą laboratoryjną realizowaną zgodnie z określonymi normami. Wykorzystuje specjalnie przygotowany element grzejny o znanym składzie oraz powtarzalnych parametrach pracy.

Z tego powodu nie da się wiarygodnie przeprowadzić takiego badania samodzielnie przy użyciu przypadkowego drutu czy palnika.

Obejrzyj cały odcinek

Na kanale publikujemy materiały poświęcone fizyce aparatów elektrycznych, ochronie przeciwporażeniowej, zwarciom, normom oraz zagadnieniom, które w codziennej pracy elektryka mają ogromne znaczenie, ale rzadko są omawiane w tak szczegółowy sposób. Nie chcesz przegapić kolejnych odcinków? Subskrybuj kanał YouTube i włącz powiadomienia o nowych materiałach. 🔔 Subskrybuj kanał YouTube

Wnioski

Większość elektryków podczas zakupu wyłącznika nadprądowego zwraca uwagę przede wszystkim na charakterystykę, prąd znamionowy czy cenę. Tymczasem o bezpieczeństwie aparatu podczas zwarcia często decydują elementy całkowicie niewidoczne z zewnątrz.

Liczba płytek dejonizacyjnych, ich geometria, właściwości magnetyczne oraz jakość wykonania komory gaszeniowej mają bezpośredni wpływ na skuteczność gaszenia łuku elektrycznego.

To właśnie dlatego dwa wyłączniki o identycznych oznaczeniach mogą znacząco różnić się zachowaniem podczas rzeczywistego zwarcia. Konstrukcja wnętrza aparatu nadal pozostaje jednym z najważniejszych elementów decydujących o jego jakości i bezpieczeństwie pracy.

Co to jest „Elektrotechnika bez cenzury”?

Elektrotechnika bez cenzury to projekt, w którym biorą udział uznani specjaliści ze świata nauki i praktyki inżynierskiej:

• dr hab. inż. Łukasz Kolimas, prof. uczelni,
• dr inż. Michał Szulborski,
• dr inż. Sebastian Łapczyński,
• mgr inż. Łukasz Kozarek,
• Piotr Bibik.

W ramach projektu omawiane są zagadnienia związane z fizyką aparatów elektrycznych, ochroną przeciwporażeniową, zwarciami, normami oraz praktycznymi problemami spotykanymi przez elektryków na budowach i w zakładach przemysłowych.