Электрическая дуга в цепях постоянного и переменного тока

Условия успешного гашения дуги во многом определяются особенностями горения дуги в цепях постоянного и переменного тока. Предположим, что дуга горит между контактами в цепи постоянного тока с источником напряжения Е, сопротивлением R индуктивностью Х, как показано на рис. 9, а. Для такой цепи можно записать:

E = iR + L (di/dt) + u_д (2.1)

откуда

Δu = L (di/dt) = (E - iR) - u_д (2.2)

Это выражение графически показано на рис. 2.2, б. Судя по рисунку, Δu может быть положительным, отрицательным или равным нулю. Успешное гашение дуги возможно только при уменьшении тока, то есть при di/dt меньше 0. Следовательно, условием гашения дуги будет зависимость

u_д ≥ (E – iR). (2.3)

Отсюда следует, что для успешного гашения дуги необходимо, чтобы вольтамперная характеристика дуги u_д не имела точек пересечения с линией

(E – iR). Тогда гашение дуги будет возможно при всех токах. Для этого необходимо удлинить дугу, уменьшить процесс ионизации или ускорить процесс деионизации, что и положено в основу построения дугогасительных устройств.

Рис. 2.2. Баланс напряжения в цепи постоянного тока с дугой

Следует иметь в виду, что гашение дуги постоянного тока сопровождается возникновением перенапряжений при наличии в цепи значительной индуктивности. Допустим, дуга погасла в момент времени t0 (рис. 2.3). В момент ее гашения ток равен нулю, а напряжение uд = uг. Тогда E = L (di/dt) + uг (2.4) Перенапряжение объясняется наличием Δu = uг –E = – L(di/dt). Отсюда ясно, что чем быстрее гаснет дуга, тем больше опасрость пробоя изоляции. Осциллограммы отключе- ния цепи показаны на рис. 2.3.

Для сняснятия перенапряжения применяют шунтирование индуктивностей резисторами, резисторами с диодами и конденсаторами. Условия гашения дуги переменного тока имеют ту особенность, что в ней ток 2f раз в секунду проходит через нулевое значение. Во времени изменение тока и напряжения на дуге при активной нагрузке имеет вид, показанный на рис. 2.4, а. Таким

Рис. 2.3. Процесс отключения активно-индуктивной нагрузки

образом, дважды за период происходит уменьшение тока дуги до нуля, следовательно, дважды за период дуга погаснет, однако не всегда окончательно. После исчезновения тока напряжение на дуговом промежутке увеличивается. Если оно превысит электрическую прочность дугового про-

Рис. 2.4. Процесс отключения цепи переменного тока: а) с активной

нагрузкой; б) с активно-индуктивной нагрузкой

межутка, то есть напряжение, при котором в данных условиях может произойти пробой промежутка и развиться дуговой разряд, то дуга снова зажжется. Если же этого не произойдет, то в первый же момент, когда i = 0, дуга погаснет окончательно. Электрическая прочность промежутка определяется степенью ионизации. Если деионизация происходит интенсивно, то кривая изменения электрической прочности промежутка всегда проходит выше кривой изменения напряжения на нем. Если же скорость деионизации невелика, то в какой-то момент времени сопротивление дугового промежутка окажется недостаточным и дуга вновь загорится.

Гашение дуги при индуктивной нагрузке несколько сложнее. Это связано с тем, что при i = 0 напряжение на дуговом промежутке значительно больше, чем при активной нагрузке из-за сдвига по фазе между током и напряжением (рис. 2.4, б). После погасания дуги происходит восстановление напряжения, то есть увеличение напряжения на промежутке не вызывающее пробоя. Восстановление напряжения идет в течение некоторого времени. Величину напряжения, соответствующую окончательному размыканию контактов, то есть гашению дуги, принято называть восстанавливающимся напряжением промышленной частоты. Для предотвращения зажигания дуги вновь необходимо, чтобы восстанавливающееся напряжение не вызывало пробоя межконтактного промежутка.