1.5. Гашение электрической дуги в цепи постоянного тока.

1.5.1. Отключение активной нагрузки.

Примером такого случая является отключение цепи электрического отопления (рис 1.5.1).

У равнение равновесия напряжений

U_c = U_дг + Ir.

Uдг = Uc – Ir.

(1.5.1)

Отсюда

Для описания вольтамперной характеристики воспользуемся формулой Айртона

.

(1.5.2)

В системе двух уравнений (1.5.1) и (1.5.2), одно – нелинейное. Эта система решается графически. Уравнение (1.5.1) на рис.1.5,2 изображено прямой линией, пересекающей горизонтальную ось в точке с абсциссой I₀ = U_c/r и вертикальную ось – в точке с ординатой U_c.

У равнение (1.5.2) для различной длины дуги на графике изображается падающими кривыми. Для длины дуги l_дг1 система уравнений имеет два решения, соответствующих точкам 1 и 1'. Точка 1 соответствует устойчивому горению дуги, а точка 1' – неустойчивому. При длине дуги l_дг2 точки пересечения кривой 2 и прямой 1 сближаются, и занимают положения точек 2 и 2'. При дальнейшем увеличении длины дуги до величины l_дг3 вольтамперная характеристика дуги (1.5.2) будет касаться прямой (1.5.1) в точке 3. Эта длина дуги называется критической l_дг3 = l_кр. Ток и напряжение на дуге, соответствующие этой точке, также называются критическими (I_кр и U_дг кр). При длине дуги l_дг > l_кр горение дуги невозможно.

Экспериментальные исследования гашения дуги при активной нагрузке, проведенные В.П.Федорченко и В.Н.Кабановым в 1957…60 гг. позволили установить следующее:

1. Когда длина дуги достигает критической, мощность, выделяющаяся в дуге P_дг = IU_дг, достигает максимума, равного

.

2. Время достижения дугой критической длины определяется конструкцией системы дугогашения:

,

где H – напряженность магнитного поля в зоне горения дуги;

t_дг – время горения дуги;

  ширина щели между контактами;

 – угол расхождения дугогасительных рогов.

Осциллограмма отключения цепи с активной нагрузкой приведена на рис.1.5.3.

Выводы:

1. Процесс гашения электрической дуги можно разделить на два этапа: развития и погасания дуги.

2. При развитии дуги ее длина постоянно увеличивается за счет магнитного или воздушного дутья. При этом в каждый момент времени дуга горит устойчиво, а величина тока определяется длиной дуги. Время развития дуги определяется конструкцией и параметрами системы дугогашения.

3. Переход от развития дуги к ее погасанию происходит, когда длина дуги достигает критической. При этом ток равен примерно половине от начального значения, а напряжение дуги – примерно половине напряжения сети.

4. Критическая длина дуги пропорциональна напряжению сети и отключаемому току.

5. При погасании длина дуги больше критической. Дуга при этом горит неустойчиво. Гашение дуги определяется условиями деионизации воздуха в дугогасительной камере.

6. С увеличением отключаемого тока возрастают интенсивность магнитного растягивания, скорость движения дуги в камере, а также производная dI/dt в момент разрыва дуги. Время гашения дуги при этом уменьш ается.

7. С увеличением питающего напряжения возрастает критическая длина дуги и скорость движения дуги в камере. Время гашения дуги от напряжения практически не зависит.