Отключение цепей переменного тока. Общие сведения о дуговом разряде. Дуга переменного тока. Электрическая прочность промежутка

ОТКЛЮЧЕНИЕ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Общие сведения о дуговом разряде

Отключение нагруженной электрической цепи сопровождается появлением электрической дуги между контактами отключающего аппарата. Дуга должна быть возможно быстрее погашена, что особенно важно при отключении токов короткого замыкания.

При отключении цепи постоянного тока отключающий аппарат должен принудительно уменьшить ток в цепи до нуля. Последнее в цепи с индуктивностью приводит к появлению перенапряжения, величина которого тем больше, чем быстрее ток спадает до нуля и чем больше индуктивность отключаемой цепи. Выключатель постоянного тока должен быть рассчитан на поглощение значительной энергии, которая выделяется в нем в период гашения дуги. Все это сильно осложняет отключение цепей постоянного тока.

Отключение цепи переменного тока облегчается тем, что ток периодически проходит через нуль и дуга в этот момент гаснет. По- этому отключающий аппарат переменного тока должен лишь предотвратить повторное зажигание дуги после ее естественного погасания при прохождении тока через нуль.

Из курсов физики и электротехники известны разновидности электрических разрядов в газах. На рис. 12-10 приведена вольт - амперная характеристика газового разряда, т. е. зависимость напряжения на дуге ид от протекающего через нее тока ~ на разных стадиях разряда в газах. Участок 0a характеристики относится к области несамостоятельного раз- ряда, когда промежуток между электродами ионизируется за счет энергии внешнего источника. При больших напряжениях несамостоятельный разряд переходит в самостоятельный, который может продолжаться и при устранении внешнего ионизатора. Течение самостоятельного газового .разряда зависит от свойств газовой спелы. Формы и материала электродов, характера электрического поля между электродами.  Самостоятельный разряд переходит в дуговой (участок вг) через коронный (участок абв) или через слоистый тлеющий разряд (участок адв). Возможен и непосредственный переход несамостоятельного разряда в дуговой.

В дуге одновременно происходят два процесса: образование заряженных частиц газа или ионов — процесс ионизации и исчезновение заряженных частиц — процесс деионизации.

Характерной особенностью электрической дуги является очень высокая температура га- за в центральной, осевой части дугового стол- ба, составляющая от 4000 — 5000 до 10000— 15 000'С. При столь высоких температурах газа основное значение приобретает термическая ионизация газовой среды дугового промежутка (термоионизация).

Деионизируется дуговой промежуток главным образом путем воссоединения или рекомбинации частиц, обладающих зарядами противоположных знаков, с образованием нейтральных частиц, а также путем диффузии ионов в окружающую среду.

С увеличением тока растет температура дугового столба и повышается степень ионизации дугового промежутка. Увеличение числа ионов в свою очередь усиливает процесс деионизации, Если ток изменяется очень мед- ленно, то каждому его значению соответствует определенное состояние статического равновесия, когда число вновь образующихся ионизированных частиц в единицу времени равно числу исчезающих ионизированных частиц, т. е. когда скорости процессов ионизации и деионизации одинаковы. Вольт - амперную характеристику этого режима дуги называют статической характеристикой  (рис. 12-11, где область несамостоятельного разряда не показана).

При медленном уменьшении тока напряжение на дуге изменяется по той же статической характеристике, но в обратном направлении. Если же ток уменьшается достаточно быстро, то вследствие более медленного протекания процесса деионизации по сравнению с процессом ионизации концентрация ионов в дуговом промежутке оказывается несколько выше, чем при том же значении тока, но при статическом течении процесса. В результате этого сопротивление дуги, а следовательно, и напряжение на дуге оказываются несколько меньшими. Соответствующую вольт - амперную характеристику, которая при уменьшении тока лежит ниже статической, а при увеличении — выше, называют динамической характеристикой дуги. Чем выше скорость изменении тока, тем больше отличается динамическая характеристика от статической. Таким образом, определенным условиям горения дуги (имеются в виду свойства газовой среды, форма, размеры и расположение электродов) oтвeчает одна статическая характеристика и бесконечное множество динамических характеристик, соответствующих. различным скоростям изменения тока.