2. Дуга постоянного тока.

Зависимость напряжения на дуге от величины тока называется вольт - амперной характеристикой.

С ростом тока U_д = I_д·r_g уменьшается. Это объясняется тем, что с ростом тока увеличивается ионизация и растет температуры дуги, растет число электронов и ионов, и нелинейно уменьшается r_д – сопротивление дуги, причем более резко чем растет ток.

Рис. 13,а

Чем больше длина дуги l₂> l₁, тем длинее путь электронов, тем больше напряжение должно быть приложено к электродам, чтобы пропустить один и тот же ток, тем выше кривая 2. Чем выше давление газа (p₂>p₁), в котором горит дуга, тем хуже условия ионизации, тем выше кривая 2. Чем дучше охлаждение дуги, тем большую мощность она должна выделить, тем большее напряжение должно быть приложено, тем выше кривая 2. А чем выше кривая U_д, тем лучше условия гашения дуги.

Рис. 14.

В контуре, содержащем активное R и индуктивность L, баланс напряжений записывается по II закону Кирхгофа:

[38]

В аппаратах при замкнутых контактах . При разомкнутых контактах, когда нет дуги, ток в цепи отсутствует i= 0, при этом . При размыкании контактов по мере увеличения расстояния, ток в цепи уменьшается, U_д растет. При какой-то Критической величине тока дуга погасает. Чем выше , тем, значит, скорее погастнет дуга, тем меньше времени она будет гореть, тем лучше условия гашения. Дуга с вольт-амперной характеристикой 2 гаснет раньше, чем с кривой 1 ( ).

Как влияют параметры цепи на гашения дуги? Чем больше активное сопротивление цепи R, тем меньше начальный ток, тем меньше время горения дуги.

Рис. 15, а

Рис.16

Другими словами, чем больше отключаемый ток, тем хуже условия отключения.

Влияние индуктивности сказывается только при изменении тока, причем если ток в цепи увеличивается, то . При уменьшении тока в цепи , и тогда:

[39]

При спадании тока в цепи падение напряжения на индуктивности добавляется к напряжению источника и увеличивает U_д, что вызывает перенапряжение на контактах. Чем больше индуктивность L или чем больше скорость спада тока (уменьшение тока за меньшее время), тем больше перенапряжение. В аппаратах с сек напряжение на контактах может в десятки раз превышать U источника. Кроме того, электромагнитная энергия, запасенная в индуктивности при уменьшении тока, стремится его поддержать, т.е. индуктивность ухудшает условия гашения дуги и способствует перенапряжениям.

Энергия, выделяемая в дуге за время горения:

[40]

где – энергия, поступающая от источника в дугу.

– энергия, запасенная в магнитном поле контура.

– ток в цепи до отключения.

Опытами установлено, что при гашении дуги в аппаратах энергия, поступающая от индуктивности, составляет 97 – 95%, а от источника только 3÷5%. Энергия дуги нагревает газ и отдается окружающему пространству путем лучеиспускания (15 – 20%), теплопроводности и конвекции. Для гашения дуги нужно, чтобы количество отдаваемой энергии было больше подводимой к дуге. Отвод тепла тем больше, чем лучше теплопроводность газа. Наилучшее охлаждение дает водород, теплопроводность которого в 17 раз выше, чем воздуха. Поэтому так хорошо гасится дуга в трансформаторном масле, которое разлагается от дуги и выделяет водород.

В некоторых аппаратах дуга под действием магнитного поля перемещается с большой скоростью относительно воздуха. При этом происходит интенсивное охлаждение дуги за счет конвекции.