Электрическая дуга постоянного тока

Рис. 1.2.9. Вольтамперные характеристики дуги

Основной характеристикой дуги постоянного тока является зависимость падения напряжения на дуге от тока, т. е. вольт-амперная характеристика (рис. 1.2.9). Она имеет ниспадающий характер, так как с увеличением тока напряжение на дуге u_д уменьшается.

Напряжение u_з соответствующее началу дугового разряда, называется напряжением зажигания дуги. С ростом тока увеличивается ионизация дугового промежутка и падает его сопротивление. В установившемся режиме горения для каждого значения тока в какой-то момент времени число вновь образованных зарядов в результате ионизации будет равно числу потерянных зарядов в дуговом промежутке за счет деионизации. С этого момента времени сопротивление дугового промежутка и падение напряжения на нем станут величинами постоянными, не зависящими от времени. Такой режим носит название статического, а кривая 1, характеризующая этот режим, — статической характеристикой дуги. Статическая характеристика соответствует установившемуся квазистационарному состоянию, т. е. условию устойчивого горения дуги. Статическая характеристика дуги зависит от длины дуги, материала электродов и параметров среды, в которой горит дуга. Напряжение на дуге можно рассматривать как сумму околоэлектродных падений напряжения ыэ и падения напряжения в столбе дуги , где Е_д — градиент напряжения в столбе дуги; l _д —длина дуги. Следовательно, чем больше длина дуги, тем выше лежит ее статическая вольт-амперная характеристика.

При быстром изменении тока в дуге напряжение на ней отличается от того, которое было при установившемся значении. Ток в дуге может убывать с различными скоростями, причем, чем выше скорость его спадания, тем ниже проходит вольт-амперная характеристика. Это объясняется тем, что такие параметры, как сечение дуги, температура газа и степень ионизации, понижаются медленнее, чем ток, и не успевают достичь тех значений, которые бы соответствовали меньшему току при установившемся режиме. Зависимость напряжения на дуге от тока при быстром его изменении называется динамической вольт-амперной характеристикой.

Если изменять ток в дуге от значения I₁ бесконечно медленно, то статическая и динамические характеристики дуги будут совпадать.

При бесконечно быстром изменении тока сопротивление столба дуги останется неизменным и напряжение на дуге будет изменяться пропорционально току (прямая 1—2 при увеличении тока, прямая 1—0 при его уменьшении). Конечной скорости изменения тока будут соответствовать промежуточные положения вольт-амперной характеристики, например кривая В при увеличении тока от I₁ и кривые С и D при его уменьшении соответственно от I₂ и от I₁.

Большое расхождение между статической и динамической характеристиками наблюдается при малых токах, т, е. непосредственно перед гашением дуги, что способствует ограничению перенапряжений на элементах отключаемой цепи.