2.7 Отключение короткой дуги
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
К моменту прохождения тока через нуль промежуток между электродами заполнен сильно ионизированным газом. Под действием восстанавливающегося напряжения образуется электрическое поле, которое действует на ионы и электроны. Из-за малой массы скорость электронов в электрическом поле примерно в 2000 раз больше скорости положительных ионов.
Электроны, обладающие большой скоростью, быстро уходят из зоны катода, и около катода появляется положительный объемный заряд. Благодаря высокой проводимости остальной части промежутка, в которой положительные и отрицательные ионы взаимно уравновешиваются, почти все напряжение, подведенное к электродам, прикладывается к области положительного объемного заряда у катода. В этой области возникает очень высокая напряженность поля En достигающая 30000 кВ/м.
Примерная картина
распределения зарядов в объеме,
напряженности электрического поля
и напряжения на промежутке
представлена
на рисунке 2.18, где
− толщина
с положительного объемного заряда,
расположенного у катода;
Un
−
напряжение, приложенное к электродам.
Для того чтобы дуга загорелась вновь, необходимо, чтобы из катода было получено соответствующее количество основных носителей тока в дуге − электронов. Если катод не нагрет до температуры, при которой начинается термоэмиссия, то необходимое количество электронов может быть получено только за счет автоэлектронной эмиссии. Последняя возможна при напряженности поля примерно 30000 кВ/м (при медных электродах). Расчеты показывают, что такая напряженность поля получается при напряжении на промежутке 250 В. Если напряжение меньше, то дуга гаснет.
При сильно нагретых электродах часть электронов с катода получаются за счет термоэмисси и напряжение, необходимое для начала разряда, снижается до 160 − 170 В. Прочность промежутка после прохождения тока через нуль сильно зависит от материала электродов и при латунных электродах достигает 320 В.
а − распределение зарядов в дуговом промежутке; б и в − зависимости электрической напряженности и разности потенциалов от положения точки в дуговом разряде
Рисунок 2.18 − К анализу процессов в короткой дуге переменного тока
Исследования показали, что электрическая прочность, возникающая около катода, в значительной степени зависит от нагрева опорной точки дуги. При холодных электродах эта прочность приближается к указанному выше значению (250 В) и имеет место при небольших токах и быстром перемещении дуги по электродам.
При токах, примерно в сотни ампер, даже при быстром перемещении дуги по электродам из-за термоэлектронной эмиссии прочность падает до 140 В при медных электродах. При токах более 100 А и неподвижных опорных точках дуги прочность снижается до 40 − 60 В. При токах КЗ она снижается до околоэлектродного падения напряжения (20 − 30 В).
Явление образования околокатодной прочности используется для гашения дуги в дугогасящих решетках аппаратов низкого напряжения. Дуга разбивается на ряд коротких дуг с помощью металлических электродов.
После прохождения тока через нуль результирующая электрическая прочность равна сумме всех околокатодных прочностей. Если результирующая прочность больше пика восстанавливающегося напряжения то дуга гаснет при первом же прохождения тока через нуль.