5.3 Дуга постоянного тока

Дуга представляет собой нелинейное сопротивление. Зависимость напряжения дуги от тока при очень медленном изменении последнего представляет собой статическую характеристику дуги. Для дуги постоянного тока эта характеристика имеет спадающий характер (рис. 5.3), что объясняется весьма быстрым ростом проводимости дугового промежутка при увеличении тока и температуры канала дуги.

Рисунок 5.3 – Характеристики дуги Рисунок 5.4 – Схема замещения электрической цепи с горящей дугой постоянного тока

Уравнение баланса напряжений при включении цепи:

Условие устойчивого горения дуги

; i = const.

.

Рисунок 5.5 – Графическое определение точки устойчивого горения дуги

При i_B > i > 0 ΔU_L < 0 ;

i_А > i ≥ i_B ΔU_L > 0 ;

i > i_А ΔU_L < 0 ;

при i = i_А или i = i_В ΔU_L = 0.

А – точка устойчивого горения дуги,

В – точка неустойчивого горения дуги.

При - дуга горит, при - дуга гаснет.

Д ля того, чтобы дуга погасла, падение напряжения на индуктивности должно быть отрицательным. Такое условие будет выполнено, если вся характеристика дуги будет лежать выше прямой U=Ri. Этого можно достичь:

1. увеличением длины дуги l;

2. увеличением R цепи.

Рисунок 5.6 – Создание условий для гашения дуги

Для гашения дуги постоянного тока нельзя применять сильные деионизирующие средства, например, трансформаторное масло, так как при этом будет очень быстрое уменьшение тока до нуля и резкое возрастание ЭДС самоиндукции , что приведет к возникновению перенапряжений в сети.

Для облегчения условий гашения дуги применяют шунтирование дугового промежутка активным сопротивлением, которое рассеивает энергию, запасенную в контуре. Небольшой ток, который протекает в сопротивлении после гашения дуги, легко отключается вспомогательными контактами.

В выключателях постоянного тока основным средством гашения дуги является ее растягивание до критической длины, при которой она существовать не может.

В аппаратах низкого напряжения нашли практическое применение три типа дугогасительных устройств: открытый разрыв, щелевые дугогасительные камеры и деионные решетки.

Щелевые камеры широко применяются в аппаратах низкого напряжения. Изготовлены из дугостойкого материала (асбоцемент, керамика), хорошо поглощающего тепло. По обе стороны камеры расположены полюсные наконечники электромагнита, создающего магнитное дутье, при помощи которого дуга загоняется в узкую щель. Дуга гаснет вследствие растяжения и интенсивного охлаждения.

В лабиринтных камерах щель выполнена в виде лабиринта для более сильного растяжения дуги.

Рисунок 5.7 – Применение щелевой дугогасительной камеры и магнитного дутья для гашения дуги

Д еионные решетки – набор металлических пластин, расположенных в виде гребенки, разбивающих дугу на ряд коротких дуг и охлаждающих ее подобно радиаторам. Этот дугогаситель наиболее эффективен и обеспечивает гашение дуги при токах до 200 кА на напряжениях 500 В. Каждая короткая дуга будет иметь свой анод и катод, падение напряжения на которых составляет 20 - 25 В. Дуга гаснет, если .

Рисунок 5.8 – Деионная решетка