Условия гашения дуги постоянного тока.

Рассмотрим процесс гашения электрической дуги при отключении цепи постоянного тока, состоящей из источника с напряжением U, сопротивления R, индуктивности L и коммутационного аппарата с напряжением на дуге U_д (рис. 18, а).

При замкнутых контактах коммутационного аппарата U_д = 0.

Уравнение отключаемой цепи имеет вид

U = iR + U_д + Ldi/dt . (14)

При устойчивом горении дуги, когда ток не изменяется, уравнение (15) будет иметь вид

U = iR + U_д . (15)

Если это равенство не будет удовлетворяться, то при условии

U >(iR + U_д) появляется положительная ЭДС самоиндукции (+Ldi/dt) и ток будет увеличиваться. Если U <(iR + U_д), то возникает отрицательная ЭДС самоиндукции (-Ldi/dt) и ток будет уменьшаться.

а б

Рис. 18. К определению условия гашения дуги постоянного тока

Графически уравнение равновесия напряжений (14) представлено на рис. 18, б. Прямая параллельная оси абсцис, соответствует напряжению источника U, а прямая, проведенная под углом к оси абсцисс, соответствует падению напряжения на сопротивлении R. Кривая 1 представляет статическую ВАХ дуги. Отрезки, заключенные между кривой U_д = f(i) и прямой (U - iR), соответствуют Ldi/dt.

ВАХ дуги и прямая (U - iR) пересекаются в точках А и В. Уравнение (8) выполняется лишь в этих двух точках. Действительно, если по каким-либо причинам произойдет увеличение тока I_B, то в цепи возникает положительная ЭДС самоиндукции (+Ldi/dt), уменьшающая ток до значения I_B. Наоборот, при уменьшении тока I_B в цепи возникает отрицательная ЭДС самоиндукции (-Ldi/dt), которая будет увеличивать ток до значения I_B. Таким образом, точка B является точкой устойчивого горения дуги. Анализируя аналогичным образом изменение тока в точке А, можно сделать вывод, что точка А является точкой неустойчивого горения дуги, так как при уменьшении тока I_A отрицательная ЭДС самоиндукции (-Ldi/dt) будет уменьшать ток до нуля и дуга погаснет.

Таким образом, электрическая дуга постоянного тока погаснет, если будет ликвидирована точка устойчивого горения (точка В), т. е., если ВАХ дуги будет лежать выше прямой (U - iR) и не будет с ней пересекаться. Отсюда следует, что выражение

U_д > (U - iR) (16)

характеризует условие гашения дуги постоянного тока.

Достигнуть этого можно либо увеличением сопротивления R, либо повышением падения напряжения на дуге. В первом случае увеличивается угол наклона прямой iR = f(i). Во втором случае ВАХ поднимается выше.

В дугогасительных устройствах применяются следующие способы, позволяющие повысить падение напряжения на дуге:

1) растягивание дуги, при этом ВАХ перемещается параллельно самой себе в сторону больших падений напряжений;

2) деление дуги на ряд коротких дуг, при этом используются околоэлектродные падения напряжения;

3) повышение давления газов в дуговом промежутке;

4) движение дуги в газовой среде, или наоборот, обдувание дуги газами;

5) соприкосновение дуги с поверхностью твердого изоляционного материала.

Последние три метода повышают падение напряжения на дуговом промежутке за счет увеличения градиента напряжения в стволе дуги.