Основы теории горения и гашения электрической дуги

В коммутационных электрических аппаратах, предназначенных для замыкания и размыкания цепи с током, возникает при отключении разряд в газе в виде тлеющего разряда или дуги. Образование электрической дуги обусловливается явлениями ионизации, происходящими в пространстве между контактами. Этот процесс заключается в отделении от нейтральных атомов воздуха одного или нескольких электронов и образовании свободных положительно заряженных частиц — ионов.

Для процессов, происходящих в межконтактном промежутке, характерны четыре вида ионизации: термо- и автоэлектронная эмиссии (процессы, происходящие вблизи контактов — электродов), термическая и ударная ионизации (процессы, протекающие в объеме столба дуги).

При размыкании небольших токов (до 0,1 А) напряжением 200—300 В возникает разряд, называемый тлеющим. Размыкание контактов может произойти без образования дуги. Такое отключение называется безыскровым. Безыскровый разрыв наблюдается также в аппаратах переменного тока при расхождении контактов в момент перехода тока через нуль.

Разряд тока с образованием электрической дуги называется дуговым и характеризуется большой плотностью тока, высокой температурой центральной части дуги, незначительным падением напряжения у электродов и относительно невысоким напряжением и дуговом промежутке. Минимальные напряжение и ток, необходимые для поддержания дугового разряда, зависят от материала контактов.

Одновременно с ионизацией происходит обратный процесс — деионизация, т. е. воссоединение (нейтрализация) заряженных и образование нейтральных частиц. Деионизация приводит к гашению дуги. Она происходит с участием третьего тела (например, стенки камер, расположенных вблизи, или нейтральных частиц га- . зов, находящихся в объеме дугового промежутка), а также в результате выноса заряженных частиц из пространства между электродами (диффузия заряженных частиц), отчего уменьшается число электронов и ненов, участвующих в поддержании горения дуги.

Гашение электрической дуги возможно только при условии, если процессы деионизации протекают с большей скоростью, чем процессы ионизации.

При гашении дуги постоянного тока необходимо создать условия, при которых ток упал бы до нуля. При горении дуги переменного тока ток в ней проходит каждый полупериод через нуль независимо от степени ионизации дугового промежутка, т. е. каждый полупериод дуга гаснет и зажигается вновь.