2.4. Перенапряжения при отключении дуги постоянного тока.

В момент погасания дуги, когда ток равен нулю, напряжение на дуговом промежутке равно напряжению гашения U_г. В этом случае уравнение (3) принимает вид

U = Ldi/dt + U_г (5)

отсюда

U_г = U - Ldi/dt (6)

Но так как Ldi/dt < 0, то (6) можно записать

U_г = U + (Ldi/dt) (7)

Таким образом, в момент гашения дуги напряжение на контактах равно напряжению источника плюс модуль напряжения на индуктивности. Увеличение напряжения на контактах относительно напряжения источника питания называется перенапряжением. Чем больше индуктивность коммутируемой цепи, чем больше скорость спада тока в момент гашения, тем больше перенапряжение на контактах коммутирующего аппарата. Скорость спада тока (di/dt) зависит от скорости роста сопротивления дугового промекжутка, от скорости его деионизации. Поэтому быстродействующие аппараты при отключении цепи постоянного тока могут давать большие перенапряжения. Эти перенапряжения могут в десятки раз превышать напряжение источника.

2.5. Особенности гашения дуги переменного тока.

Электрическая дуга переменного тока, как и дуга постоянного тока, окончательно погаснет тогда, когда скорость деионизации дугового промежутка будет больше скорости его ионизации.

В период бестоковой паузы в результате интенсивной деионизации уменьшается проводимость дугового промежутка, и он превращается в диэлектрик. Одновременно с этим на нем растет напряжение так, что ток в дуге, равный U_д/i_д, будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от того, что растет быстрее: U_д или R_д. Если R_д растет быстрее, то ток уменьшается до нуля и дуга погаснет. Если с некоторого момента времени напряжение U_д будет расти быстрее чем R_д, то ток в дуговом промежутке будет увеличиваться, сопротивление R_д уменьшаться и произойдет новое зажигание дуги.

Таким образом, условие гашения дуги переменного тока можно сформулировать так: если после прохождения тока через ноль электрическая прочность дугового промежутка в каждый заданный момент времени будет больше напряжения на нем, то дуга погаснет. Если же в какой-либо момент времени напряжение, приложенное к дуговому промежутку, станет выше электрической прочности промежутка, то процесс гашения дуги прекратится и дуга загорится вновь.

При погасании дуги напряжение на дуговом промежутке нарастает от величины напряжения гашения U_г до мгновенного значения напряжения сети или эдс источника питания (Рис.15).

Процесс изменения напряжения на дуговом промежутке после прохождения тока через нульназывается восстанов-

Рис.15 лением напряжения. Процесс восстановления напряжения происходит за промежуткивремени порядка десятка или сотен

микросекунд. Эдс источни капитания, меняющаяся с частотой 50 Гц, можно считать постоянной за такой промежуток времени.

Мгновенное значение напряжения на дуговом промежутке, возникающее в процессе восстановления напряжения, называется восстанавливающимся напряжением U_в. После того как дуга погасла, восстанавливающееся напряжение стремится пробить дуговой промежуток, электрическая прочность которого восстанавливается. Дуга окончательно погаснет в том случае, если в любой момент времени электрическая прочность дугового промежутка будет больше восстанавливающегося напряжения.

Восстановление напряжения на дуговом промежутке при индуктивной нагрузке может происходить апериодически или носить колебательный характер.

а) Апериодический процесс восстановления

б) Колебательный процесс восстановления

Рис.16

В первом случае напряжение на промежутке U_в не может быть больше амплитуды эдс источника питания E_m. Во втором случае напряжение практически не превышает двойной амплитуды эдс, т.е. U_вмакс  2E_m. Частота и амплитуда колебаний переходного процесса зависит от параметров цепи и источника питания.

При отключении цепи, обладающей только активным сопротивлением, ток и эдс проходят через ноль одновременно, поэтому восстанавливающееся напряжение будет равно нулю. Поэтому отключение активной нагрузки происходит легче, чем индуктивной.

Гашение дуги переменного тока повышенной частоты имеет некоторые особенности.

При больших частотах частота к ебательного процесса при восстановлении напряжения может иметь тот же порядок, что и частота тока. При этом уже нельзя считать эдс источника неизменной за время переходного процесса. Совпадение частот собственных колебаний и источника тока оказывает значительное влияние на изменение характера переходного процесса.