4.16 Электрическая дуга переменного тока и ее характеристики

Процессы ионизации и деионизации в электрической дуге переменного тока аналогичны этим процессам в дуге постоянного тока, условия же гашения имеют существенные отличия.

Дуга переменного тока отличается от постоянного тем, что ее ток и напряжение переходят через нуль каждые полпериода. Это обстоятельство благоприятно влияет на гашение дуги, если цепь тока размыкается или в самый момент перехода тока через нуль, или в непосредственной близости от него.

Так как переменный ток в дуге меняется достаточно быстро, то происходящие в ней процессы необходимо рассматривать с помощью динамической вольт – амперной характеристики, которая имеет вид показанный на рисунке 4.13.

При синусоидальном токе напряжение на электрической дуге сначала поднимается до точки 1, затем в связи с ростом тока падает до точки 2. После прохождения через максимум динамическая вольт – амперная характеристика поднимается и проходит через точку 3 в связи с уменьшением тока. В отрицательный полупериод процесс повторяется [2].

Если развернуть вольт – амперную характеристику во времени, то получается седлообразная кривая изменения напряжения на дуговом промежутке, рис. 4.13, б.

Из рисунка 4.13,б видно, что напряжение на электрической дуге до середины полупериода уменьшается, а к концу полупериода увеличивается до напряжения гашения электрической дуги .

После перехода через нуль напряжение на электрической дуге увеличивается до напряжения зажигания электрической дуги .

Из сказанного следует, что точки 1 и 4 динамической вольт – амперной характеристики соответствуют напряжению зажигания электрической дуги , а точки 3 и 6 соответствуют напряжению гашения электрической дуги .

Интервалы 3 – 4 и 6 – 1 соответствуют неустойчивому состоянию электрической дуги. На данных интервалах, продолжительность которых составляет несколько микросекунд, происходит интенсивное взаимодействие дуги с постоянными параметрами отключаемой цепи R, L и С.

Эти короткие интервалы времени, используются для интенсивной деионизации промежутка между контактами выключателя, чтобы воспрепятствовать новому зажиганию дуги [3].

Таким образом, задача гашения электрической дуги переменного тока сводится к предотвращению ее повторного зажигания.

4.17 Отключение электрических цепей переменного тока

4.17.1 Отключение активной цепи переменного тока

Активная цепь переменного тока представлена на рисунке 4.14.

Для активной цепи переменного тока уравнение баланса напряжений имеет вид:

, (4.9)

где – ЭДС контура; - падение напряжения на единицу длины дуги; - скорость расхождения контактов выключателя; - время отключения выключателя.

Определим из выражения (4.7) ток, который будет протекать при отключении электрической цепи

. (4.10)

Выражение (4.8) представлено графически на рисунке 4.10,б.

При заданных параметрах контура, как видно из рисунка 4.10,б, при его размыкании происходят многократные повторные зажигания дуги. Дуга гаснет окончательно только после того, как ее длина сделается настолько большой, что напряжение на дуге станет равным ЭДС контура E.

Из рисунка 4.10 так же видно, что между каждым погасанием дуги и ее повторным зажиганием существует зона, в которой дуга не может существовать, т.е. так называемые бестоковые паузы.

Данные бестоковые паузы необходимо использовать для интенсивной деионизации дугового промежутка, с целью предотвращения повторного зажигания дуги.