§ 8.23. Переходные процессы, сопровождающиеся электрической искрой (дугой).

Если переходный процесс вызывается размыканием ключа в электрической цепи, содержа­щей индуктивности, то между его рас­ходящимися контактами при определен­ных условиях может возникнуть электри­ческая искра (дуга). При возникновении электрической искры (дуги) расчет пере­ходного процесса усложняется и, строго говоря, не может проводиться метода­ми, изучаемыми в данной главе. Объяс­няется это тем. что сопротивление элек­трической искры (дуги) является нелинейной функцией протекающего через нее тока. В этом случае, если известна вольт-амперная характе­ристика дуги, для расчета переходных процессов могут применяться методы, излагаемые в гл. 16

Рис. 8.16

.

Пример 79. Выясьить, можно ли ожидать возникновгния электрической искры (дуги) при размыкании ключа в схеме рис 8.16

Решение До размыкания ключа в цепи был остановившийся режим:

Допустим, что при размыкании ключа искра не возникает. При этом ток почти мгновенно спадает до нуля, адолжен будет равняться. Но каждый из токов () по первому закону коммутации не может измениться скачком.

Следовательно, между достаточно медленно расходящимися контактами ключа в схеме рис 8 16 при определенных условиях можно ожидать возникновения электрической искры (дуги). Расчет переходного процесса в схеме рис. 8.16 см. в § 8.28.

§ 8.24. Опасные перенапряжения, вызываемые размыканием вет­вей в цепях, содержащих индуктивность.

При размыкании ключей в электрических цепях, содержащих значительные индуктивности, на отдельных участках электрических цепей могут возникать напряжения, во много раз превышающие установившиеся. Напряжения, превыша­ющие установившиеся, называют перенапряжениями. Они могут ока­заться настолько значительными, что при определенных условиях вы­зовут пробой изоляции и выход из строя измерительной аппаратуры.

Пример 80. К зажимам индуктивной катушки R=100 Ом, L=10 Гн под­ключен вольтметр (рис. 8.17). Сопротивление вольтметра R_V=3000 Ом, E==100 В. Приближенно найти напряжение на зажимах вольтметра при t=0, если допу­стить, что размыкание ключа произойдет мгновенно и искры не возникнет.

Решение. До размыкания ключа через L проходит ток . В индуктивности была запасена магнитная энергияЕсли допустить, что размыкание ключа произошло мгновенно и искры не возникло, и учесть, что ток через индуктивность должен оставаться равным 1 А, то по замкнутому контуру, составленному вольтметром и катушкой, за счет запаса энергии магнитного поля индуктивности в первое мгновение будет проходить ток в 1 А. При этом на вольтметре возникнет пик напряжения порядка 3000 В. Прохождение большого импульса тока через вольтметр может вызвать перегорание катушки прибора и выход его из строя.

При размыкании ключа с конечной скоростью между его расходящимися контактами (рис. 8.17) возникнет электрическая искра (дуга). Это приведет к тому, что увеличение напряжения на вольтметре бу­дет меньше, чем в только что рассмотренном идеализированном случае, когда ключ размы­кался мгновенно без искры (дуги) ⁵.

Чтобы не «сжечь» вольтметр в цепи рис. 8.17, сначала надо отключить вольтметр, а за­тем разомкнуть ключ.

Рис. 8.17

Перенапряжения проявляются тем сильнее, чем больше индуктивности в цепях. Особенно опасны они в цепях постоянного тока, содер­жащих индуктивности порядка единиц и десят­ков генри. В таких цепях при отключениях

соблюдают специальные меры предосторожности (отключение ключа после введе­ния дополнительных активных сопротивлении в цепь).