28. Особенности горения и условия гашения дуги переменного

тока.

5-6. УСЛОВИЯ ГАШЕНИЯ ДУГИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА [21]

Кривые изменения тока и напряжения на дуговом промежутке приведены на рис. 5-8, а. Допустим, что после прохождения тока через нуль в цепи появился ток. В момент появления тока резко возрастает напряжение на стволе дуги — это напряжение зажигания дуги t/₃. За полупериод горения дуги напряжение на про­межутке и_д меняется незначительно. При подходе тока к нулю напряжение вновь растет до напряжения гашения U_T и при повторном зажигании после перехода тока через нуль снова достигает какого-то значения (у„ но противоположного знака. Соответствующая этому процессу вольт-амперная характеристика дуги за период приведена на рис. 5-8, б.

Для гашения дуги постоянного тока необходимо создать такие условия, при которых падение напряжения на стволе дуги на всем протяжении ее динамической характеристики будет больше подводимого напряжения, в пределе — напряжения сети. При переменном токе ток в дуге независимо от степени ионизации дуго­вого промежутка переходит через нуль каждый полупериод, т. е. каждый полу­период дуга гаснет и зажигается вновь. Тепловая инерция дугового ствола, однако, оказывается довольно значительной, и в момент перехода тока через нуль темпе­ратура ствола (газов) не всегда падает до прекращения термической ионизации. Переход тока через нуль не обусловливает гашение дуги, однако процессы после перехода тока через нуль в ряде случаев создают условия для ее гашения.

В открытой дуге при высоком напряжении, когда определяющим фактором является активное сопротивление сильно растянутого ствола дуги, условия гашения

дуги переменного тока приближаются к условиям гашения дуги постоянного тока и процессы после перехода тока через нуль мало влияют на гашение дуги.

В дугогасительных устройствах, где длина дуги незначительна и сопротив­ление ствола дуги практически не влияет на процесс гашения, условия гашения определяются из взаимосвязи процессов после перехода тока через нуль. Возможен также случай, когда надо считаться как с влиянием активного сопротивления, так и с условиями гашения при переходе тока через нуль.

Открытая дуга переменного тока при высоком напряжении источника тока. Осциллограмма тока и напряжения на дуге приведена на рис. 5-9. Гашение дуги здесь происходит главным образом вследствие растяжения дугового ствола и об­разования на нем высокого напряжения горения на всем протяжении полупериода. Ток в цепи начинает заметно падать за несколько периодов до полного обрыва дуги. При определенной (критической) длине дуги напряжение сети оказывается недостаточным для поддержания ее горения. Наступает нарушение баланса мощ­ностей (подводимой и отводимой), и ток в цепи быстро уменьшается и, наконец, совсем прекращается.

Дуга переменного тока в условиях активной деионизации. В дугогасительных устройствах выключателей длина ствола дуги мала и падение напряжения на стволе дуги, особенно при высоком напряжении, чрезвычайно мало по отношению к напряжению сети. При интенсивном охлаждении газовой или жидкой средой диаметр ствола дуги резко уменьшается, и его изменение следует почти синхронно с изменением тока. Во время подхода тока к нулю дуговой ствол приобретает весьма малые размеры и благодаря этому быстро разрушается после достиже­ния током нулевого значения. Дуговой промежуток снижает свою проводимость и приобретает заметную электрическую прочность. Этому также способствует процесс перехода тока через нуль (сплошная линия на рис. 5-10). Немного раньше момента естественного перехода через нуль ток дуги падает почти до нуля, а затем после перехода через нуль скачком снова достигает естественного значе­ния, образующаяся «бестоковая пауза» Г_;=0 (или время ожидания пробоя t„_p) спо­собствует интенсификации деионизационных процессов и возрастанию сопротивле­ния промежутка. Повторное зажигание дуги в следующий полупериод связано с пробоем межконтактнОго промежутка.

Следует отметить, что при малоиндуктивной нагрузке бестоковая пауза больше, при большей индуктивности эта пауза меньше или очень мала (примерно 0,1 мкс).

Таким образом, при каждом переходе тока через нуль возникает «соревно­вание» двух процессов, а именно процесса восстановления электрической проч­ности U_np промежутка и процесса восстановления напряжения (/„ на промежутке.

Если нарастание электрической прочности промежутка [У_пр1 (_рис. 5-Ц,а) будет опережать нарастание напряжения U_B на нем, то дуга погаснет при переходе тока через нуль. Если же нарастание электрической прочности промежутка U_npl пойдет медленнее (рис. 5-11, б), то в момент времени, соответствующий точке О, произой­дет повторное зажигание дуги. В цепи появится ток i_a и соответствующее вольт-амперной характеристике напряжение на дуге 11_д. Напряжение в точке О будет (У, — напряжением зажигания.

Дуга переменного тока при отключении цепей низкого напряжения. Под цепями низкого напряжения понимают установки с напряжением до 1000 В. Здесь при малой длине дуги сопротивление ее ствола соизмеримо с сопротивлением отклю­чаемой цепи, а напряжение на дуге — с напряжением источника питания. При определении условий гашения дуги в этом случае нельзя пренебрегать падением напряжения на стволе, так же как и процессами при переходе тока через нуль. Гашение дуги может осуществляться как при одних, так и при других условиях или с учетом и тех и других [29]. Схематически процесс отключения низко­вольтной цепи представлен на рис. 5-12. После размыкания контактов (МРК) в момент времени tj происходит первый переход тока дуги через нуль. Восста­навливающаяся прочность дугового промежутка U_np может быть еще недостаточно высокой, и наступает повторное зажигание дуги при напряжении 1}_ъ.

Во втором полупериоде горения дуги ее сопротивление значительно возрастает. В результате ток г_д ограничивается этим сопротивлением и угол сдвига между током и напряжением сети U_c к моменту времени t₂ уменьшается. Уменьшение тока дуги за счет роста ее сопротивления ведет к повышению восстанавливаю­щейся прочности, а уменьшение условного угла сдвига фаз — к снижению мгно­венного значения восстанавливающегося напряжения U_B и скорости его роста. После второго перехода через нуль ствол дуги разрушается, кривая U_np лежит выше кривой [/„, дуга гаснет. После этого перехода межконтактный промежуток может сохранить так называемую остаточную проводимость, присущую той или иной стадии газового разряда. В этом случае по нему протекает остаточный ток 1_ост.

Рациональным условием гашения дуги переменного тока следует считать такое, когда гашение осуществляется в первый после размыкания контактов пере­ход тока через нуль.