27. Электрическоя дуга. Условия горения и гашения дуги постоянного тока.

Электрическая дуга представляет собой электрический разряд в газовой среде между контактами, возникающий при размыкании электрического контакта или при нестабильности переходного сопротивления контактов (искрение). При наличии электрического поля воздух в промежутке между парой контактов ионизируется и газовая среда в промежутке между контактами становится электропроводящей. Электропроводность среды сохраняется до тех пор, пока к контактам будет приложено электрическое поле необходимой напряженности. На рис. 16 показана схема замещения электрической дуги в виде сопротивления Кдуги. График рис. 17 показывает минимальные рабочие токи и напряжения возникновения электрической дуги для серебряных контактов (данные справедливы и для контактных сплавов AgNi, AgCdO, AgSnO и AgCu). Из графика видно, что увеличение расстояния между контактами в три раза (от 0,1 мм до 0, 3 мм) приводит к росту минимального напряжения дуги всего на 10 вольт! Важно отметить, что при работе с напряжениями менее 15 В и при рабочих токах менее 0,3 А дуга не возникает. Внутри дуги в плазме развивается температура от 6000 до 10000 °С. Высоковольтная дуга имеет характерную голубоватую окраску, подчеркиваемую свечением ионов меди, испаряемой с поверхности пружин контактов. При работе на постоянном токе с поверхности контактов-анодов металлы испаряются и осаждаются на контактах-катодах, вследствие чего оба контакта реле постепенно теряют форму и разрушаются, что наглядно иллюстрирует рис.18. Уменьшение зазора между контактами облегчает появление дуги при дальнейших коммутациях. Побочным эффектом испарения контактов является осаждение паров металлов на изолирующие элементы реле, что снижает электрическую прочность изоляции и в итоге приводит к замыканиям между контактами. Основной причиной появления электрической дуги является размыкание цепей с большими индуктив-ностями и с большими напряжениями самоиндукции, возникающей при резком прекращении тока через катушку индуктивности. Дуга может генерироваться и при замыкании контактов, например:

• при замыкании контактов уменьшение зазора между ними повышает напряженность электрического поля в контактном промежутке, что приводит к пробоям и искрению;

• при ударе контактов друг о друга высвобождается кинетическая энергия и пружины контактов начинают колебаться («дребезг контактов»). При дребезге контакты расходятся на незначительное расстояние, при этом в воздушных зазорах появляются электрические пробои.

Дополнительные механические нагрузки изнашивают контакты, что иногда заканчивается свариванием контактов между собой.

Электрическая дуга представляет для контактов большую опасность, с которой можно и нужно бороться, а для этого необходимо проанализировать причины появления электрической дуги.

29. Перенапряжения при отключении дуги постоянного тока. Процесс восстановления напряже­ния при гашении дуги переменного тока.

Напряжение на контактах в момент достижения током нулевого значения называетсянапряжением гашения дуги. При i=0

Так как , можно написать

Таким образом, в момент гашения дуги напряжение на контактах равно сумме напряжения источника и модуля напряжения на индуктивности. Увеличение напряжения на контактах относительно напряжения источника питания называется перенапряжением. Чем больше индуктивность и скорость спада тока в момент гашения, тем больше перенапряжение. Скорость спада тока зависит от скорости роста сопротивления дугового промежутка и скорости его деионизации. Поэтому в быстродействующих аппаратах, отключающих цепь постоянного тока за сотые доли секунды, возможны большие перенапряжения. Следует отметить, что чем больше индуктивность цепи, тем меньше скорость спада тока при прочих равных условиях (см. рисунок 2.7). Для оценки перенапряжения вводится понятие коэффициента перенапряжений

Рисунок 2.5 - Статическая А и динамическая В-D вольтамперная характеристики дуги

Рисунок 2.6 -Процесс отключения при переменной длине дуги

Следует отметить, что напряжение

приложено к индуктивности отключаемой нагрузки. Это напряжение может в десятки раз превышать номинальное напряжение источника и приводить к пробою изоляции нагрузки.

Для ограничения перенапряжений при отключении больших индуктивностей (обмотки возбуждения крупных генераторов) применяются устройства с дугогасительной решеткой.