Восстановление прочности коротких промежутков.

Короткими наз. промежутки, у которых эл.прочность определяется явлениями у электродов.

Эти явления зависят от состояния и свойств электродов и газовой среды, находящейся между ними. Рассмотрим явления у электродов при переходе тока через нуль. При этом сделаем допущение, что катод «холодный» и что температура газа в околокатодном слое недостаточна для возникновения термической ионизации, т. е. термоэлектронная эмиссия и термическая ионизация отсутствуют. Допустим, что последуговая плазма имеет равномерную плотность во всем пространстве и что плотности положительных и отрицательных частиц равны между собой. Тогда при появлении между электродами (рис. 5-13) разности потенциалов (начало процесса восстановления напряжения) отрицательные частицы начнут двигаться к аноду, а положительные — к катоду. Учитывая, что подвижность электронов во много раз выше (до 1000 раз) подвижности ионов, то в очень короткое время от начала восстановления прочности промежутка электроны уйдут из околокатодного пространства, а ионы останутся на месте. При этом у катода возникнет зона пространственного положительного заряда, и эту зону можно считать диэлектриком. Разность потенциалов оказывается приложенной к этой зоне пространственного заряда, однако распределение напряженности электрического поля и восстанавливающегося напряжения вдоль этой зоны будет неравномерным, как это показано на рис. 5-13, 6 и в. Максимальной напряженности электрическое поле достигает у поверхности катода и зависит (как и толщина слоя пространственного заряда) от плотности заряженных частиц и приложенного к промежутку напряжения.

Когда электроды (контакты) остаются «холодными», то основной причиной пробоя промежутка может быть автоэлектронная эмиссия (если максимальная напряженность электрического поля у катода достигает 10⁵ — 10⁷ В/см). При отсутствии автоэлектронной эмиссии восстанавливающаяся прочность промежутка может быть весьма высокой и процесс может протекать, как это показано на рис. 5-14. При нарастании прочности промежутка по кривой 1 повторного зажигания дуги не произойдет, а при нарастании прочности по кривой 3 повторное зажигание произойдет в точке О — точке пересечения кривой 3 с кривой 2 — кривой восстанавливающегося напряжения. Кривая 4 представляет собой U_д,. Восстанавливающаяся прочность в момент перехода тока через нуль скачком достигает некоторого значения U_np0, а затем постепенно возрастает во времени. При этом начальная восстанавливающаяся прочность U_np0 (t < 1 мкс) может быть до 200 В.

Если в газе содержатся пары металла, а электроды «горячие», т. е. имеется термоэлектронная эмиссия, то значение начальной прочности U_np0 может колебаться в широких пределах и уменьшаться до нескольких десятков вольт.

Восстановление прочности длинных дуговых промежутков в выключателях с активной деионизацией дугового ствола. Восстановление прочности в этом случае определяется быстрым распадом дуговой плазмы (дугового ствола) после перехода тока через нуль (см. рис. 5-11).

Существует два типа пробоя промежутка: тепловой и электрический. При тепловом пробое дуговая плазма (остаточный дуговой ствол) сохраняет некоторую проводимость, и по промежутку протекает остаточный ток i_ост=. U_вост/R_ост. В результате происходит разогрев плазмы и термическая ионизация усиливается. Если рассеиваемая остаточным стволом мощность будет превосходить подводимую, температура снизится, сопротивление возрастет, то восстановление прочности промежутка будет опережать восстановление напряжения и дуга окончательно погаснет (см. рис. 5-11, а). Если же подводимая к остаточному стволу мощность будет превосходить рассеиваемую, то начнется рост остаточного тока, разогрев плазмы и в какой-то момент наступит тепловой пробой. Ток дуги восстановится (см. рис. 5-11, 6).

При электрическом пробое после перехода тока через 0 количество зарядов в промежутке низкое и промежуток имеет большое остаточное сопротивление. Восстанавливающееся напряжение стремится пробить этот промежуток. Пробой возникает в результате лавинообразного процесса ударной ионизации.

Тот или иной тип пробоя определяется начальными параметрами остаточного столба дуги и параметрами воздушного потока.

Процесс восстановления зависит от диаметра дуги и сопротивления дуги, которое в свою очередь зависит от давления газа. Чем давление больше, тем выше сопротивление.

Существенное влияние оказывает скорость спада тока при подходе к нулевому значению. Эта скорость зависит от амплитуды тока, шунтирующего конденсатора или резистора и воздействия на дугу охлаждающего потока. Опыт показал, что чем выше перепад давления, тем больше скорость спада тока.

Очень важным параметром является тепловая постоянная времени дугового столба. Чем она меньше, тем быстрее дуговой столб охлаждается, снижается его температура, восстанавливается электрическая прочность.