В) енергетичний баланс дуги

Процес іонізації і процес деіонізації в значній мірі визначаються температурою дугового проміжку. Остання залежить від кількості тепла, що виділяється в дузі, і кількості тепла, що відводиться від дуги. Охолодження дуги відбувається за рахунок випромінення, теплопровідності і конвекції. Для відкритої дуги, що горить у повітрі, за рахунок променевипромінення віддається 15-30% енергії, виділюваної в дузі.

Відведення тепла за рахунок теплопровідності газу значною мірою залежить від температури газа. Так, при температурі 4000 К молекули водню дисоціюють на атоми. При цьому від дуги відводиться більша кількість тепла. Зовнішньо цей процес розглядається як різке збільшення теплопровідності. Теплопровідність газу дуже залежить від його природи. Так, середня теплопровідність водню в 17 разів більша, ніж повітря. Завдяки своїй високій теплопровідності, при інших рівних умовах, водень сприяє більш швидкому охолодженню стовпа дуги. Струм, що відключається, в атмосфері водню в 7,5 разів більший, ніж у повітрі при тому ж тиску.

При горінні дуги в трансформаторному маслі останнє розпадається, виділяючи гази, основну частину яких складає водень. В атмосфері цього газу відбувається ефективне гасіння. У деяких апаратах під дією магнітного поля дуга переміщується з великою швидкістю відносно повітря. це призводить до охолодження дуги за рахунок конвекції. Цей вид тепловіддачі поряд з теплопровідністю є для дуги вирішальним.

Г) навколоанодна область

Потік електронів із стовпа дуги направляється до позитивного електрода – анода. Анод при дуговому розряді не випромінює позитивних іонів, які б могли нейтралізувати електрони. Тому поблизу анода утворюється негативний об’ємний розряд, що і викликає появу навколоанодного падіння напруги і підвищення напруженості електричного поля. Величина анодної напруги залежить від температури анода, роду металу, струму і складає від 5 до 10 В. Електрони розганяються в полі, що утворене негативним об’ємним зарядом і анодом. Енергія, набута електронами, віддається аноду. Завдяки великій енергії електронів анод нагрівається до високої температури, що, як правило, вища за температуру катода. Потужний потік електронів вибиває з анода електрони, які також беруть участь у створенні негативного об’ємного заряду.

Дослідження показали, що висока температура анода і навколоанодна область суттєво не впливають на виникнення і умови існування дугового розряду. Задача анода зводиться до прийому електронного потоку з дугового стовпа. Для дуги високого струму анодна напруга настільки мала, що нею можна знехтувати. Розподіл напруги, напруженість електричного поля (градієнта) E=dU/dx і d²U/dx², пропорційні об’ємному заряду  в дузі, подані на рис.1.

Падіння напруги біля катода становить 10-20 В. Ця величина залежить від матеріалу катода і властивостей газу, в якому горить дуга.

Навколокатодне падіння напруги дещо менше потенціалу іонізації газу за рахунок наявності в навколокатодному просторі парів металу катода, в яких потенціал іонізації значно менший.

В області дугового стовпа позитивні й негативні об’ємні заряди зрівноважують один одного і результуючий заряд дорівнює нулю. Градієнт напруги на дузі залишається постійним. Для дуги, що вільно горить в повітрі, цей градієнт становить (2-3)10³ В/м. анодне падіння напруги становить 5-10 В. При високих струмах анодна напруга зменшується, тоді , як навколокатодна напруга залишається постійною.

У деяких апаратах НВА довжина дуги невелика. Падіння напруги на дузі мале порівняно з сумою падіння біля катода і анода. Такі дуги називають короткими. У короткій дузі умови гасіння значною мірою визначаються процесами, що відбуваються біля електродів. Тут велику роль відіграє відведення тепла від дуги електродами.

В апаратах високої напруги падіння напруги на стовпі дуги значно більше, ніж одноелектродне падіння напруги. Такі дуги називають довгими. При розгляді довгих дуг падінням напруги біля електродів можна знехтувати.