Раздел 2

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

В ПРОВОДНИКАХ И АППАРАТАХ

ЛЕКЦИЯ 3

Тема 2.1 (2 часа)

Основы теории электрической дуги и способы ее гашения

План

2.1.2. Отключение цепей постоянного тока

2.1.3. Отключение цепей переменного тока

2.1.4. Основные способы гашения дуги

2.1.2 Отключение цепей постоянного тока

Вольт-амперные характеристики дуги. Зависимость напряжения дуги от тока при очень медленном изменении последнего представляет собой статическую характеристику дуги (рис. 2.2). Для дуги постоянного тока эта характеристика имеет падающий характер, что объясняется весьма быстрым ростом проводимости дугового промежутка при увеличении тока.

В установившемся состоянии каждой точке характеристики соответствуют некоторое сечение и температура дугового столба. При изменении тока дуговой столб должен изменить свое сечение и температуру применительно к новым условиям. Эти процессы требуют времени, и поэтому новое установившееся состояние наступает не сразу, а с некоторым запаздыванием, Это явление называют гистерезисом.

Рис. 2.2. Примерный вид статической характеристики дуги

Допустим, что ток внезапно уменьшился от значения i₁ (точка 1) до значения i₂. В первый момент дуга сохранит свое сечение и температуру, а градиент уменьшится (точка 2′). Подводимая мощность будет меньше необходимой для про ведения тока i₂. После этого сечение и температура дугового столба начнут уменьшаться, а градиент напряжения увеличиваться, пока не наступит новое установившееся со стояние в точке 2, лежащей на статической характеристике.

При плавном изменении тока с некоторой скоростью напряжение не успевает следовать за изменением тока в соответствии со статической характеристикой. При увеличении тока напряжение превышает значения, определяемые статической характеристикой, а при уменьшении тока напряжение меньше этих значений. Кривые при изменении тока с некоторой скоростью представляют собой динамические характеристики дуги. Положение этих характеристик по отношению к статической характеристике зависит от скорости изменения тока: чем медленнее происходит изменение тока, тем ближе расположена динамическая характеристика к статической, В рассматриваемых условиях дугового разряда может быть только одна статическая характеристика. Число динамических характеристик неограниченно.

При неизменном токе дуга постоянного тока устойчива. Всякие температурные отклонения в стволе дуги немедленно компенсируются изменениями потребляемой мощности и температура дуги возвращается к первоначальному значению.

По другому ведет себя дуга постоянного тока при неизменном напряжении. При повышении температуры в стволе дуги увеличивается его проводимость, возрастает ток и соответственно мощность. Это приводит к дальнейшему повышению проводимости и температуры. Обратный процесс охлаждения дуги в конечном счёте ведёт к ее погасанию.

При горении дуги в выключателе в ней одновременно протекают два противоположных процесса — ионизации и деионизации. Если скорость образования ионов путем термической и ударной ионизации равна скорости исчезновения ионов путем рекомбинации и диффузии, в дуге будет существовать баланс ионов, она будет устойчивой. Для гашения дуги постоянного тока необходимо принудительно уменьшить ток в дуге до нулевого значения за счет ослабления процессов ионизации и усиления процессов деионизации. При высоких температурах в общем процессе деионизации преобладает диффузия, а при охлаждении дуги более значительную роль начинает играть рекомбинация. На процессы в дуге влияют среда, давление и др.