Принципы гашения дуги

Общие положения

Для погасания дуги необходимо, чтобы напряжение, необходимое для горения дуги всегда было выше подводимого. Или через энергетические зависимости энергия ионизации д. б. меньше отводимой энергии. При отключении дуги переменного тока в ней выделится в момент гашения энергия

Энергия, запасенная в магнитном поле, будет минимальной, если дуга погаснет при первом прохождении тока через ноль. Если дуга начнет гаснуть раньше естественного перехода тока через нуль, то часть энергии магнитного поля не успеет вернуться в генератор и д.б. рассеиваться в дуге. Гашение дуги переменного тока в момент естественного прохождения тока через 0 облегчается.

Кривые изменения тока и напряжения на дуговом промежутке приведены на рис. 5-8, а. Допустим, что после прохождения тока через нуль в цепи появился ток. В момент появления тока резко возрастает напряжение на стволе дуги — это напряжение зажигания дуги U3. За полупериод горения дуги напряжение на промежутке ил меняется незначительно. При подходе тока к нулю напряжение вновь растет до напряжения гашения UT и при повторном зажигании после перехода тока через нуль снова достигает какого-то значения (7„ но противоположного знака. Соответствующая этому процессу вольт-амперная характеристика дуги за период приведена на рис. 5-8, б.

Для гашения дуги постоянного тока необходимо создать такие условия, при. которых падение напряжения на стволе дуги на всем протяжении ее динамической характеристики будет больше подводимого напряжения, в пределе — напряжения сети. При переменном токе ток в дуге независимо от степени ионизации дугового промежутка переходит через нуль каждый полупериод, т. е. каждый полупериод дуга гаснет и зажигается вновь. Тепловая инерция дугового ствола, однако, оказывается довольно значительной, и в момент перехода тока через нуль температура ствола (газов) не всегда падает до прекращения термической ионизации. Переход тока через нуль не обусловливает гашение дуги, однако процессы после перехода тока через нуль в ряде случаев создают условия для ее гашения.

В открытой дуге при высоком напряжении, когда определяющим фактором является активное сопротивление сильно растянутого ствола дуги, условия гашения дуги переменного тока приближаются к условиям гашения дуги постоянного тока, и процессы после перехода тока через нуль мало влияют на гашение дуги.

Рис 5-8 Характеристики дуги переменного тока

В дугогаситетьных устройствах, где длина дуги незначительна и сопротивление ствола дуги практически не влияет на процесс гашения, условия гашения определяются из взаимосвязи процессов после перехода тока через нуль Возможен также случай, когда надо считаться как с влиянием активного сопротивления, так и с условиями гашения при переходе тока через нуль

Открытая дуга переменного тока при высоком напряжении источника тока. Осциллограмма тока и напряжения на дуге приведена на рис 5-9 Гашение дуги здесь происходит главным образом вследствие растяжения дугового ствола и образования на нем высокого напряжения горения на всем протяжении полупериода Ток в цепи начинает заметно падать за несколько периодов до полного обрыва дуги При определенной (критической) длине дуги напряжение сети оказывается недостаточным для поддержания ее горения Наступает нарушение баланса мощностей (подводимой и отводимой), и ток в цепи быстро уменьшается и, наконец, совсем прекращается

Дуга переменного тока в условиях активной деионизации. В дугогасительных устройствах выключателей длина ствола дуги мала и падение напряжения на стволе дуги, особенно при высоком напряжении, чрезвычайно мало по отношению к напряжению сети При интенсивном охлаждении газовой или жидкой средой диаметр ствола дуги резко уменьшается, и его изменение следует почти синхронно с изменением тока Во время подхода тока к нулю дуговой ствол приобретает весьма малые размеры и благодаря этому быстро разрушается после достижения током нулевого значения Дуговой промежуток снижает свою проводимость и приобретает заметную электрическую прочность Этому также способствует процесс перехода тока через нуль (сплошная линия на рис 5-10) Немного раньше момента естественного перехода через нуль ток дуги падает почти до нуля, а затем) после перехода через нудь скачком снова достигает естественного значения, Образующаяся «бестоковая пауза» t-0 (или время ожидания пробоя tnp) способствует интенсификации деионизационных процессов и возрастанию сопротивления промежутка Повторное зажигание дуги в следующий полупериод связано с пробоем межконтактного промежутка

Следует отметить, что при малоиндуктивной нагрузке бестоковая пауза больше, при большей индуктивности эта пауза меньше или очень мала (примерно 0, 1 мкс)

Таким образом, при каждом переходе тока через нуль возникает «соревнование» двух процессов, а именно процесса восстанов1ения электрической прочности Um промежутка и процесса восстановления напряжения Uv на промежутке. Если нарастание элю прочности будет опережать нарастание напряжения U_в на нем, то дуга погаснет при переходе тока через 0. Если же нарастание эл.прочности промежутка пройдет медленне, то в момент времени, соответствующий т. О произойдет повторное зажигание дуги. В цепи появится ток i_д и напряжение на дуге. U_з – напряжение зажигания. Рационально, если гашение осуществляется в первый после размыкания контактов переход тока через 0.

Рис 5-10 Переход тока через нуль

Рис.5.11. Процессы после перехода тока через нуль; а – при гашении дуги, б – при повторном зажигании.

Рис. 5-14. восстановление электрической прочности коротких промежутков

Рис. 5-13. К анализу процессов в коротком дуговом промежутке: а — картина распределения заряженных частиц, б — изменение градиента напряжения по длине промежутка; в — распределение восстанавливающегося напряжения по промежутку