Условие погасания дуги постоянного тока

Условия стабильного горения и гашения
дуги постоянного тока

В стационарном режиме, когда дуга горит стабильно (т.е. di/dt=0), скорость роста числа ионизированных частиц равна скорости их исчезновения в результате процессов деионизации - устанавливается динамическое равновесие.

Точка 1 является точкой неустойчивого равновесия; случайные малые отклонения тока приводят или к увеличению тока до значения i₂, или уменьшают его до нуля. В точке 2 дуга горит стабильно; случайные малые отклонения тока в ту или другую сторону приводят его обратно к значению i₂. Из графика видно, что дуга при всех значениях тока не может гореть стабильно, если падение напряжения на дуге (Uд) превосходит напряжение, подаваемое на дугу от источника (U-iR)

Для погасания дуги необходимо, что бы ток всё время уменьшался т.е. Ldi/dt < 0 и тогда напряжение на дуге будет Uд > U – iR.

Для погасания дуги необходимо, чтобы вольт-амперная характеристика дуги на всём своём протяжении лежала выше резистивной характеристики источника питания. При расхождении контактов точка 2 перемещается вверх по вольт-амперной характеристике. В этом случае всегда будет обеспечиваться условие гашения дуги, так как в какой-то момент времени напряжение на дуге будет больше, чем резистивная характеристика.

Перенапряжение на контактах

Напряжение на контактах в момент прохождения тока через 0 называется напряжением гашения дуги.

U = Uд + iR + Ldi/dt

в момент i = 0: U = Ldi/dt + Uг.д. Uг.д. = U – Ldi/dt

Гашение дуги идёт с уменьшением тока: Ldi/dt < 0 (отрицательная величина) и

Увеличение напряжения на контактах относительно напряжения источника называется перенапряжением. Оно тем больше, чем больше индуктивность электрической цепи и чем больше скорость изменения тока.

Коэффициент перенапряжения:

Напряжение на контактах может в десятки раз превысить напряжение сети, что опасно для изоляции. Поэтому гашение дуги нужно проводить быстро.

28. Особенности горения и условия гашения дуги переменного тока.Условия гашения дуги переменного тока при активной нагрузке

Контакты разошлись в точке а, загорается дуга. К концу полупериода из-за уменьшения I увеличивается Rд и, соответственно, увеличивается Uд. При подходе I к нулю к дуге подводится малая мощность, температура дуги уменьшается, замедляется термическая ионизация, ускоряются процессы деионизации - дуга гаснет (точка 0). I в цепи обрывается до своего естественного прохождения через 0. Напряжение соответствующее обрыву тока (гашению дуги) – пик гашения U_г .

После гашения дуги происходит процесс восстановления электрической прочности дугового промежутка (кривая а₁ – в₁). Под электрической прочностью дугового промежутка подразумевается напряжение, при котором происходит электрический пробой дугового промежутка. Начальная электрическая прочность (точка а₁) и скорость ее возрастания зависят от свойств дугогасительного устройства. В момент t₁ кривая напряжения на дуговом промежутке пересекается с кривой восстановления электрической прочности дугового промежутка – происходит зажигание дуги. Напряжение зажигания дуги – пик зажигания U_з . Кривая напряжения на дуге имеет седлообразную форму.

В точке 0¹ дуга вновь гаснет, и происходят процессы, аналогичные описанным ранее. К моменту 0¹ вследствие расхождения контактов длина дуги возрастает, отвод тепла от дуги увеличивается. Увеличивается соответственно и начальная электрическая прочность (точка а₂) и скорость ее возрастания (кривая а₂ –в₂). Соответственно этому увеличивается и бестоковая пауза 0¹ - t₂ > 0 - t₁ .

В момент t₂ снова происходит зажигание дуги. В точке 0¹¹ дуга гаснет. Вновь увеличивается начальная электрическая прочность (точка а₃) и скорость ее возрастания (кривая а₃ –в₃). Кривая напряжения не пересекается с кривой возрастания электрической прочности. Дуга в этом полупериоде не зажигается.

29. Способы гашения дуги путем воздействия на её ствол.

• Увеличение длины дуги путём её растяжения

Чем длиннее дуга, тем большее напряжение необходимо для ее горения (кривая U¹_д). Если напряжение источника окажется меньше ВАХ дуги (кривая U¹_д), то нет условий для стабильного горения дуги, дуга гаснет. Это самый простой, но самый неэффективный способ. Например, чтобы погасить дугу с I=100 A при U= 220 B требуется растянуть дугу на 25 ÷ 30 см, что в ЭА практически невозможно (увелич-ся габариты). Используется у слаботочных электрических аппаратов (реле, магнитные пускатели, выключатели).

• Воздействие на ствол дуги путём охлаждения, при этом увеличивается продольный градиент напряжения.

• Гашение дуги в вакууме Высокоразреженный газ обладает электрической прочность в десятки раз большей, чем газ при атмосферном давлении. Используется в вакуумных контакторах и выключателях.

• Гашение дуги в газах высокого давления

Воздух при давлении 2 МПа и более обладает высокой электрической прочностью, что позволяет создать компактные гасительные устройства в воздушных выключателях. Эффективно также использование шестифтористой серы SF₆ (элегаза) для гашения дуги.

Способы гашения дуги

Если дуга горит в узкой щели, образованной дугостойким материалом, то благодаря соприкосновению с холодными поверхностями происходит интенсивное охлаждение и диффузия заряженных частиц из канала дуги в окружающую среду. Это приводит к гашению дуги. Способ используется в аппаратах на напряжение до 1000В.

Если контакты отключающего аппарата поместить в масло, то возникающая при размыкании дуга приводит к интенсивному газообразованию и испарению масла. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, состоящий в основном из водорода, обладающего высокими дугогасящими свойствами. Повышенное давление внутри газового пузыря способствует лучшему охлаждению дуги и ее гашению. Способ используется в аппаратах на напряжение выше 1000В.