Процеси горіння і гасіння дуги змінного струму при відключенні активного кола

Розглянемо коло, в якого cos j»1(рис.8). нехай контакти апарату розійшлися в якій-небудь точці а. Між ними загоряється дуга. До кінця напівперіоду внаслідок зменшення струму і впливу дугогасильного пристрою спостерігають збільшення опору дугового проміжку і підйом напруги на дузі. При підході струму до нуля до дуги підводиться мала потужність, температура її зменшується, що, з одного боку, призводить до уповільнення термічної іонізації, а з другого – сприяє деіонізації. Все це призводить до гасіння дуги. Напруга, при якій дуга гасне, називається напругою або піком гасіння U_г. Різкий підйом напруги до кінця напівперіода призводить до того, що струм у колі обривається до свого природного проходження через нуль. Після погасання дуги дуговий проміжок не перетворюється миттєво на ізоляційний, оскільки температура не знижується до нуля. У процесі гасіння дуги чисельність заряджених частинок в області дугового проміжку зменшується, після гасіння дуги опір проміжка різко зростає. При цьому зростає й електрична міцність проміжку, тобто така напруга, при якій відбувається його електричний пробій. Після проходження напруги через нуль напруга джерела змінює знак і починає зростати за законом синусоїди. Електрична міцність проміжку починає зростати не з нуля, а із значення, відповідного точці а₁ (початкова міцність проміжку). Початкова міцність проміжку і подальше зростання міцності залежать від властивостей дугогасильного пристрою: чим ефективніше він діє, тим більше початкова міцність, тим крутіше йде зростання цієї міцності. Розглянемо випадок, коли електрична міцність поновлюється за кривою а₁в₁. в момент t₁, напруга на поміжку пересікає криву міцності. У цій точці дуга загоряється знову. Напруга U_з називається напругою запалення. У зв’язку з тим, що струм у першій половині напівхвилі синусоїди зростає, напруга на дузі зменшується. Після проходження струмом максимального значення напруга на дузі починає зростати, оскільки струм зменшується. Таким чином, крива напруги на дузі має сідловидну форму. При великих струмах через сильну термічну іонізацію майже потягом всього напівперіоду горіння дуги напруга не змінюється. Тільки на початку і в кінці напівперіоду з’являються піки запалення і гасіння. У точці О¢ дуга знову гасне і відбуваються процеси, аналогічні описаним раніше. У момент підходу струму до нуля в точці О¢ дуга має більш високу температуру порівняно з температурою в кінці безструмової паузи t₁. Тому пік гасіння дуги завжди менше піка запалення.

У момент О¢ внаслідок розходження контактів довжина дуги зростає, при цьому збільшується інтенсивність впливу дугогасильного пристрою (більш ефективне відведення тепла). У результаті початкова міцність поміжку і крутизна її зростання в цьому нулі більша, ніж в попередньому.

Рис. 8 – процес вимикання активного кола змінного струму.

Рис. 9 – Характеристики дуги при змінному струмі.

Тому пауза струму t₁¢ збільшується порівняно з t₁. однак і в цьому нулі гасіння не відбулося. Дуга загорілася знову. Внаслідок збільшення довжини дуги при розходженні контактів напруга на дузі в цьому напівперіоді більше, ніж в попередньому. Остаточне гасіння відбулося в точці О¢¢. Для випадку, коли електрична міцність проміжка зростає за кривою а₂б₂, гасіння дуги відбувається при першому ж проходженні струму через нуль. Оскільки навіть при частоті 50 Гц струм у дузі змінюється досить швидко, то ми тут маємо справу з динамічною вольт-амперною характеристикою (рис.9). ділянки 1 і 2 відносяться до першої половини напівперіоду, 3 і 4 – до другої.