Условия и способы гашения дуги постоянного тока

Будем исходить из функциональной схемы электрической цепи, показанной на рис. 2.9а.

Ток i в цепи зависит от сопротивления R проводников и приемников электроэнергии, индуктивности L цепи и сопротивления R_K = R_Д, вносимого электрической дугой. До отключения цепи i = I₀ = U_сети / R. При отключении цепи (δ> 0) и возникновении устойчиво горящей электрической дуги, когда di/dt= 0, ток

. (2.2)

Сопротивление R_Д дуги с учетом формулы (2.1):

Подставив в эту форму значение I_Д из (2.2) и проведя необходимые преобразования, получим

, (2.3)

где r_Д - безразмерная величина, характеризующая соотношение между сопротивлением дуги и сопротивлением приемника электрической энергии (нагрузки цепи). Полагая, что длина l_Д дуги равна зазору δ коммутирующего контакта (δ≈l_Д), имеем в виде (2.3) характеристику управления контакта при горящей на нем электрической дуге. На рис. 2.9б характеристика управления r_Д=f (δ) показана для случая, когда U_сети = 220 В. При зазоре δ< 6 см сопротивление контакта R_K=R_Д меньше сопротивления нагрузки R. При δ> 7 см сопротивление контакта с горящей на нем дугой превышает сопротивление нагрузки. Например, превышение в 4 раза имеет место при зазоре примерно 13 см.

Ток I_Д дуги уменьшается при увеличении зазора δ. Зависимость I_Д от δ показана на рис. 2.9б при напряжении сети U_сети = 220 В, когда ток отключения равен 200 А.

Для того, чтобы погасить электрическую дугу постоянного тока, необходимо создать такие условия, при которых процессы деионизации воздушного промежутка с дугой превосходили бы по интенсивности процессы его ионизации. Исходя из схемы цепи, показанной на рис. 2.9а, получим условие гашение электрической дуги.

Если ток i изменяется во времени, то

Для погасания дуги необходимо, чтобы ток i уменьшался от I₀ до нулевого значения (см. ВАХ на рис.2.8). Из этого требования вытекают условия гашения электрической дуги:

. (2.4)

Неравенства (2.4) должны иметь место при всех значениях тока i в пределах от I₀=U_сети/ R до нуля. Чтобы погасить дугу, нужно увеличивать падение напряжения U_Д на ней.

На основании выражения (2.1) и условия (2.4) выделим следующие способы гашения электрической дуги:

1) увеличить длину l_Д дуги, например, раздвинув на достаточное расстояние детали контакта, между которыми загорелась дуга;

2) повысить градиент напряжения Е_Д, затруднив протекание процессов ионизации, например, охладив дугу, подняв давление в зоне дуги или создав вакуум;

3) увеличить суммарное значение околоэлектродных падений напряжения U_Э, разбив электрическую дугу на несколько дуг, например, поместив вдоль дуги дополнительные электроды, изолированные друг от друга и от отключаемой цепи;