2.3. Условия гашения дуги постоянного тока.
Рассмотрим процесс гашения электрической дуги при отключении цепи постоянного тока, состоящей из источника с напряжением U, сопротивления R, индуктивности L и коммутационного аппарата с напряжением на дуге Uд (рис. 18, а).
При замкнутых контактах коммутационного аппарата Uд = 0.
Уравнение отключаемой цепи имеет вид
U = iR + Uд + Ldi/dt . (14)
При устойчивом горении дуги, когда ток не изменяется, уравнение (15) будет иметь вид
U = iR + Uд . (15)
Если это равенство не будет удовлетворяться, то при условии
U
>(iR + Uд)
появляется положительная ЭДС самоиндукции
(+Ldi/dt)
и ток будет увеличиваться. Если U
<(iR + Uд),
то возникает отрицательная ЭДС
самоиндукции (-Ldi/dt)
и ток будет уменьшаться.
а б
Рис. 18. К определению условия гашения дуги постоянного тока
Графически уравнение равновесия напряжений (14) представлено на рис. 18, б. Прямая параллельная оси абсцис, соответствует напряжению источника U, а прямая, проведенная под углом к оси абсцисс, соответствует падению напряжения на сопротивлении R. Кривая 1 представляет статическую ВАХ дуги. Отрезки, заключенные между кривой Uд = f(i) и прямой (U - iR), соответствуют Ldi/dt.
ВАХ дуги и прямая (U - iR) пересекаются в точках А и В. Уравнение (8) выполняется лишь в этих двух точках. Действительно, если по каким-либо причинам произойдет увеличение тока IB, то в цепи возникает положительная ЭДС самоиндукции (+Ldi/dt), уменьшающая ток до значения IB. Наоборот, при уменьшении тока IB в цепи возникает отрицательная ЭДС самоиндукции (-Ldi/dt), которая будет увеличивать ток до значения IB. Таким образом, точка B является точкой устойчивого горения дуги. Анализируя аналогичным образом изменение тока в точке А, можно сделать вывод, что точка А является точкой неустойчивого горения дуги, так как при уменьшении тока IA отрицательная ЭДС самоиндукции (-Ldi/dt) будет уменьшать ток до нуля и дуга погаснет.
Таким образом, электрическая дуга постоянного тока погаснет, если будет ликвидирована точка устойчивого горения (точка В), т. е., если ВАХ дуги будет лежать выше прямой (U - iR) и не будет с ней пересекаться. Отсюда следует, что выражение
Uд > (U - iR) (16)
характеризует условие гашения дуги постоянного тока.
Достигнуть этого можно либо увеличением сопротивления R, либо повышением падения напряжения на дуге. В первом случае увеличивается угол наклона прямой iR = f(i). Во втором случае ВАХ поднимается выше.
В дугогасительных устройствах применяются следующие способы, позволяющие повысить падение напряжения на дуге:
1) растягивание дуги, при этом ВАХ перемещается параллельно самой себе в сторону больших падений напряжений;
2) деление дуги на ряд коротких дуг, при этом используются околоэлектродные падения напряжения;
3) повышение давления газов в дуговом промежутке;
4) движение дуги в газовой среде, или наоборот, обдувание дуги газами;
5) соприкосновение дуги с поверхностью твердого изоляционного материала.
Последние три метода повышают падение напряжения на дуговом промежутке за счет увеличения градиента напряжения в стволе дуги.