9.2.2 Опір і потужність дуги. Енергія, що виділяється в дузі
Опір
дуги
,
незалежно від роду струму, можна вважати
активним.
Він є
змінною величиною, падає із ростом
струму і може бути визначений із ВАХ
дуги.
.
Потужність
дуги
(9.3).
Енергія, що виділяється в дузі за час її горіння:
(9.4).
Для вимикаючих апаратів суттєво знати цю енергію за одне вимикання.
Із формули (8.2) відомо, що
(9.5).
Тому:
,
де
,
– початкове
значення струму.
Підставимо
в формулу (9.4) і отримаємо:
,
де
– енергія магнітного поля кола;
– енергія,
що поступає від генератора в дугу за
час її горіння.
Таким
чином, незалежно від способу гасіння
дуги постійного струму в ній виділяється
енергія, що запасена в магнітному полі
кола, яке вимикаємо, плюс ще енергія,
яка поступить від генератора під час
горіння дуги (в стійко горящій дузі,
(коли
)
вся енергія, що виділяється в дузі,
поступає від генератора).
Зміну струму в дузі при вимиканні можна характеризувати емпіричною формулою:
де
– час гасіння;
n – деяка стала для даних умов, може бути >1 і <1, в залежності від типу дугогасящих засобів
Енергія, що виділяється в дузі при вимиканні постійного струму:
де
=0
÷ 5;
– стала
часу кола, яке вимикається.
Для дуги, коли в колі тече змінний струм, якщо гасіння відбувається в момент переходу струму через нуль, виділяється тільки енергія
де
– число періодів гасіння дуги;
f – частота.
9.3. Особливості горіння і гасіння дуги змінного струму при вимиканні активного навантаження
Якщо для гасіння постійного струму необхідно, щоб струм впав до нуля, то при змінному струмі струм в дузі, незалежно від ступеня іонізації дугового проміжку, переходить через нуль кожен напівперіод. Тобто кожен напівперіод дуга гаситься і запалюється знову. При цьому задача гасіння дуги дещо полегшується. Тут треба створити умови, щоб струм не поновився після проходження через 0.
Криві
зміни струму і напруги на дуговому
проміжку при змінному струмі показано
на рис 9.4.
В момент
появи струму різко зростає напруга на
дузі і досягає
.
Із ростом струму спад напруги на дузі
падає і досягає мінімуму при
.
При цьому
зростає і досягає
,
коли
.
Вольт-амперна характеристика дуги змінного струму за період приведена на рис. 9.5. Напруга запалювання залежить від сили струму і при більших струмах вона є меншою. При змінному струмі температура дуги – змінна величина. При переході через нуль струму відбувається зниження температури дуги; відбувається деіонізація, гасіння полегшується.
При
переході через нуль струм в дузі
змінюється за законом, відмінному від
sin:
.
Трохи
раніше моменту природного переходу
через нуль струм в дузі падає майже до
нуля, а після переходу через нуль скачком
знову досягає свого значення (рис. 9.6.).
Суцільною
лінією показано дійсний хід струму за
час так званої „безструмової паузи”
(
),
коли відбувається деіонізіція дугового
проміжку.
При
більшій індуктивності пауза менша і
навпаки (
~
).
Інтенсивна деіонізація приводить до зменшення провідності дугового проміжку. Чим більше проміжок деіонізується, тим більше треба напругу для його пробоя і повторного запалювання дуги.
Умова гасіння дуги змінного струму може бути сформульована так:
Якщо
наростання опору проміжку, що виражено
його пробивною напругою (крива 1 рис
9.7.), буде випереджувати наростання
напруги на цьому проміжку (крива 2), то
дуга погасне при переході струму через
нуль.
Якщо ж наростання опору проміжку піде повільніше (крива 3), то в момент часу, що відповідає точці 0 відбудеться повторне запалювання дуги, в колі з’явиться струм і відповідний йому спад напруги на дузі (крива 4).
При
гасінні дуги напруга на дуговому проміжку
зростає від напруги гасіння дуги до
відповідного значення миттєвої напруги
сітки або е.р.с.
джерела струму. Цей процес носить назву
відновлення напруги на дуговому проміжку.