1.5.6. Гашение электрической дуги в цепи переменного тока.

Рассмотрим процесс отключения электрической цепи, не имеющей индуктивности и питающейся от источника синусоидального напряжения. До момента размыкания контактов отключающего электрического аппарата по цепи протекал синусоидальный ток, совпадающий по фазе с напряжением. Предположим, что размыкание контактов произошло в момент времени, соответствующий максимальному току. Между контактами загорается электрическая дуга. При снижении напряжения источника питания до величины U_дг п происходит погасание дуги, так как напряжения источника питания недостаточно для поддержания горения дуги. Напряжение U_дг п называют напряжением погасания дуги.

После перехода напряжения источника питания через ноль и достижения величины –U_дг з происходит пробой воздушного промежутка между контактами отключающего аппарата и дуга вновь загорается. Напряжение U_{дг з} называют напряжением зажигания дуги. Это напряжение, по модулю, больше напряжения погасания дуги:

.

При достижении напряжением источника питания величины –U_дг п дуга вновь гаснет. В дальнейшем, при условии неизменности длины дуги, процесс будет повторяться (рис.1.5.12).

Для исключения повторных зажиганий дуги необходимо, чтобы напряжение зажигания дуги было больше амплитудного значения напряжения источника питания:

U_дг з > U_c max.

Напряжение повторного зажигания дуги определяется большим числом факторов, основными из которых являются степень ионизации воздуха вблизи контактов электрического аппарата и длина дуги. Поэтому мероприятия по исключению повторного зажигания дуги должны вестись в двух направлениях: увеличение длины дуги и деионизация воздуха вблизи контактов электрического аппарата.

При увеличении длины дуги происходит рост напряжений повторного зажигания и погасания дуги. Интервалы горения дуги уменьшаются и через несколько полупериодов питающего напряжения она окончательно гаснет (рис.1.5.13).

Деионизация дугового промежутка возможна следующими способами:

• воздушное или газовое дутье (подача в дуговой промежуток неионизированного воздуха или негорючего газа). Данный способ позволяет также растянуть дугу (увеличить ее длину);

• повышение давления в дуговом промежутке;

Рис.1.5.12

• использование среды со специальными физико-химическими свойствами (трансформаторное масло, элегаз, вакуум).

Элегаз – это летучее соединение серы и фтора. Имеет электрическую прочность в два раза выше, чем воздух, но при отрицательных температурах переходит в жидкое состояние.

Вакуум – это среда, давление в которой не превышает 10^-4…10^-6 Па. При расхождении контактов электрического аппарата в вакууме загорается дуга и между контактами образуется жидкометаллический мостик, который испаряется. Дуга горит в ионизированных парах металла, которые удерживаются в столбе дуги ее магнитным полем. При первом переходе тока через ноль дуга гаснет, происходит диффузия зарядов из столба дуги в окружающее пространство и электрическая прочность дугового промежутка быстро восстанавливается.

Рис.1.5.13

Погасание электрической дуги при уменьшении напряжения питания ниже U_дг п называется срезом тока и сопровождается перенапряжением, вызванным ЭДС самоиндукции. Это явление негативно отражается на отключающих аппаратах, однако в цепях с малой индуктивностью (например, цепь отопления пассажирского поезда) аппарат аварийного отключения должен выдерживать срез тока. Уменьшить негативное влияние среза тока на отключающий аппарат можно шунтированием его нелинейным резистором.

С увеличением индуктивности цепи длительность перерывов тока уменьшается за счет увеличения угла сдвига тока относительно питающего напряжения и при определенной величине индуктивности цепи ток дуги становится непрерывным. При непрерывном токе дуги ее гашение более затруднительно, чем при прерывистом.