1. В начальный момент коммутации ток в индуктивной цепи остается таким же, каким он был непосредственно перед коммутацией, а затем плавно изменяется.

2. В начальный момент после коммутации напряжение емкостной цепи остается таким же, каким он был непосредственно перед коммутацией, а затем плавно изменяется.

Отключения цепей переменного тока, как правило, производится выключателями. Они являются одним из самых важных аппаратов, от которых зависит надежная работа распредустройства, а иногда и всей энергосистемы. Самая ответственная операция для выключателя – отключение больших токов короткого замыкания (“неуда ленные” к.з.). Выключатель также должен надежно отключать малые индуктивные токи, емкостные токи, а также токи х.х. протяженных электрических линий без возникновения опасных коммутационных перенапряжений.

Условия возникновения и характеристики дуги в выключателе.

При расхождении контактов выключателя высокого напряжения в процессе отключения цепи контактное нажатие между ними постепенно снижается и, следовательно, уменьшается фактическая площадь их соприкосновения. В результате увеличивается плотность тока на ней и ее температура. По мере дальнейшего движения контактов температура в точке их соприкосновения возрастает и к моменту фактического расхождения достигает температуры плавления металла контактов. Когда контакты разойдутся на расстояние, измеряемое микрометрами, между ними образуется мостик жидкого металла контактов. По мере расхождения контактов мостик вытягивается и его сечение уменьшается. В мостике есть участки с наименьшим сечением (седловины). Сечение седловины интенсивно разогревается и температура в нем достигает температуры кипения металла. По мере расхождения контактов дуга удлиняется.

Электрическая дуга (дуговой разряд) представляет собой разрядный ток через мост из раскаленных ионизированных газов между контактами, который характеризуется большой плотностью тока, высокой проводимостью, высокой температурой, относительно небольшим падением напряжения у катода. В дуге происходят одновременно как электрические, так и тепловые процессы. Это разряд протекает без внешнего ионизатора.

Электрическая дуга визуально представляет собой светящийся канал, заполненный плазмой. Плазма это газ, состоящий из электронов, положительных ионов и нейтральных молекул и атомов, равномерно перемешанных между собой, но неодинаково нагретых. Кинетическая энергия этих частиц разная. В плазме нет разницы между плотностями положительно и отрицательно заряженных частиц в условиях их непрерывного возникновения и исчезновения.

Дуга возникает при больших мощностях отключения. Требуются специальные устройства для ее гашения. При малых мощностях отключения между контактами возникает лишь искра. При малых токах отключения межконтактный промежуток мало насыщен парами металла и поэтому является слабо проводящим. В этом случае размыкание цепи завершается без осложнений после полного расхождения контактов.

Таким образом, чтобы отключить электрическую цепь, недостаточно разомкнуть контакты выключателя, необходимо еще погасить возникшую на его контактах электрическую дугу.

Дуга должна быть погашена как можно быстрее не только в целях сохранности выключателя и его контактов, но и для обеспечения надежности и бесперебойности работы всей электрической системы в случае отключения токов короткого замыкания.

Изучения условий возникновения и гашения электрической дуги в выключателях имеет большое практическое значение.

В дуге можно выделить три области, отличающиеся характером протекающих в них процессов.

На рис показано распределение напряжения вдоль дуги. Оно состоит из падений напряжений у электродов – катодного, анодного и в стволе дуги. Может быть выражено формулой:

, где а – падение напряжения на электродах, в – падение напряжения на единице длины ствола дуги, а и в – не зависят от тока дуги.

Катодное падение напряжения происходит на очень малом участке длины дуги, примыкающем к катоду (10^-4см) и имеет постоянную величину, приблизительно равную 10-20в. Около катода находится положительный объемный заряд, создаваемый положительными ионами. Между этим зарядом и катодом создается электрическое поле, увеличивающее скорость движения электронов, вышедших из катода.

Анодное падение напряжения обычно меньше катодного и при больших токах близко к нулю. Оно занимает короткий участок длиной 10^-4 – 10^-5 см. Анод служит приемником потока электронов, идущего из ствола дуги. Под действием бомбардировки электронов поверхность анода разогревается до высоких температур и с нее, вследствие термоэлектронной эмиссии, выделяются электроны. Но они под действием электрического поля возвращаются обратно к аноду. На аноде не происходит выделение положительных ионов, а образовавшиеся вблизи анода положительные ионы уходят в ствол дуги. Поэтому возле анода образуется избыток электронов, т. е. Возникает отрицательный объемный заряд создающий анодное падение напряжения 5 – 10 В. Роль анода в дуговом разряде пассивна.

Область, заключенная между анодным и катодным пространством называется стволом дуги. Падение напряжения в стволе дуги почти прямо пропорционально ее длине и для воздуха (при нормальном давлении) составляет 15 – 20 в/см.

Область катодного падения напряжения играет важную роль в процессе образования и поддержания дуги. Здесь при небольшом катодном падении напряжения в 10 – 20В создается электрическое поле с высоким градиентом потенциала – до 1Мв/см. Электрическое поле и высокая температура дуги создают в промежутке между расходящимися контактами условия для ионизации газов и паров металла.

Плотность тока в дуге, ее давление оказывают большое влияние на изменение температуры. При нормальном атмосферном давлении температура имеет значение порядка 6000^о К.. При увеличении давления газа температура повышается. В атмосфере водорода температура дуги повышается до 8000 – 10000^о, а в гасительных камерах выключателя еще выше.

Возникновение высоких температур связанно с очень большими плотностями токов в дуге, которые могут достигать порядка 50-100 тысяч ампер на 1 см². Наибольшая плотность тока и наиболее высокая температура имеют место на оси ствола дуги.