По мере уменьшения тока при подходе его к нулевому значению уменьшается и диаметр ядра дуги. При этом, как следует из уравнения (4), уменьшается и параметр Θ. В работе [44] он оценивался по переходному процессу в дуге вблизи перехода тока через нуль. Количественно он определялся по изменению проводимости с помощью уравнения:
где W0 — энергия, подводимая к дуге; G — проводимость дуги.
Этими исследованиями установлено, что при звуковой скорости потока элегаза параметр Θ в момент перехода тока через нуль оценивается величиной 1—2· 10-9 сек.
Если предположить, что дуга, обдуваемая потоком элегаза, всегда находится в квазистационарном состоянии, можно ожидать, что ее параметр Θ с уменьшением тока будет в пределе стремиться к нулю. В действительности, однако, параметр Θ при переходе тока через нуль ограничивается скоростью уменьшения электронной плотности, или, что то же самое, скоростью процесса рекомбинации зарядов в остаточном стволе дуги. Оказалось, что параметр Θ этого процесса также равен 1 — 2·10-9 сек.
Совершенно очевидно, что в элегазе процесс снижения электронной плотности в значительной степени ускоряется захватом электронов молекулами элегаза и продуктами его диссоциации.
Представление о размерах диаметра дуги и других визуально определяемых параметров было получено при скоростном фотографировании дуги. Эти исследования показали большое различие дуг в воздухе и в элегазе. В воздухе дуги нечеткие, не ясно очерчены и относительно прямолинейны. В элегазе они значительно ярче, тоньше, имеют более резко очерченные границы и, кроме того, характеризуются стремлением образовывать петли.
Тенденция к петлеобразованию особенно резко проявляется при гашении дуги, вращающейся под действием магнитного поля в неподвижном элегазе. Одна из фотограмм, полученных при этом способе гашения дуги, горящей между соосно расположенными цилиндрическими электродами, приведена на рис. 26.
Рис. 26. Фотограмма дуги при электромагнитном ее гашении в элегазе
При любом способе гашения дуги в элегазе возможно кратковременное существование параллельных дуг, хорошо заметных на рисунке. Внезапное погасание одной из них или шунтирование петли вызывает резкое изменение производной тока по времени или напряжения на дуге. Особенно ярко эти явления проявляются при подходе тока к нулю.
Существование практически (до естественного перехода тока через нуль) не разрушаемого при любом способе гашения дуги в элегазе ядра, обладающего высокой проводимостью, исключает возможность появления перенапряжений при отключении ненагруженных трансформаторов и линий электропередачи, что является чрезвычайно важным свойством элегаза как дугогасительной среды.
В воздухе же проводящий объем сильно нагретого газа, соответствующий малому значению тока, интенсивным потоком воздуха может быть легко разрушен и ток прервется до естественного перехода через нуль. Следствием преждевременного прекращения тока являются перенапряжения, для ограничения которых воздушные выключатели снабжаются шунтирующими сопротивлениями.
В работе [45] проводилось исследование влияния начальной скорости восстанавливающегося напряжения на отключающую способность элегазового выключателя с дутьем из-под поршня.
Оказалось, что отключающая способность его практически не зависит от амплитуды восстанавливающегося напряжения в довольно широких пределах ее изменения и выключатель мало чувствителен к частоте и скорости нарастания восстанавливающегося напряжения.
При изучении физических явлений дуги в элегазе Кальвино и Песси использовали уравнение энергетического баланса:
где R — мгновенное значение сопротивления дуги; ш — произведение мгновенного значения напряжения на дуге и тока; Q — энергия, содержащаяся в дуге; S — энергия, отводимая от дуги.
Результаты, полученные при неизменном отключаемом токе (20000 а), возвращающемся напряжении (62 кв) и переменной частоте восстанавливающегося напряжения, обрабатывались на электронной вычислительной машине. Выяснилось, что величина сопротивления дуги даже в момент перехода тока через нуль составляет всего лишь несколько десятков омов. Повторные зажигания дуги в элегазе являются следствием тепловых пробоев, сопровождающихся протеканием остаточных токов. Последние в элегазовых аппаратах достигают сравнительно больших величин.
Дугогасительная способность элегаза при отсутствии и наличии дутья.
Приведенное выше рассмотрение вопроса гашения дуги в элегазе не следует понимать так, что в нем можно отключать значительные токи даже при простом разведении контактов. Экспериментально установлено [47], что при свободном разведении контактов в элегазе может быть отключена мощность, примерно в 70 раз большая, чем в воздухе. Однако этот способ гашения дуги неэффективен, так как даже в элегазе не удавалось отключать при высоких напряжениях значительные токи.
Это связано с обратными термохимическими процессами на периферии ствола дуги или за ее пределами, при которых энергия, затраченная на диссоциацию молекул, высвобождается вновь. При малых токах выделившаяся в дуге энергия еще настолько мала, что она полностью успевает отводиться от дуги естественным образом. Но при больших значениях тока естественной конвекции уже недостаточно для отвода выделяющегося в дуге тепла. Обратные термохимические процессы происходят в непосредственной близости от ствола дуги, повышая ее температуру и диаметр ствола. Поэтому для гашения мощной дуги в цепи высокого напряжения необходимо интенсифицировать отвод тепла от дуги.
Наиболее распространенным способом усиления отвода тепла от дуги в аппаратах высокого напряжения является дутье. При дутье со звуковой скоростью постоянная времени дуги в элегазе более чем на два порядка ниже, чем при его отсутствии. Известны следующие способы организации дутья, которые подробно рассматриваются в гл. 3: дутье из-под
поршня; дутье, созданное тепловым расширением элегаза; дутье из резервуара высокого давления.
Автором настоящей работы предложен способ гашения дуги, вращающейся под действием магнитного поля в неподвижном элегазе. Этот способ гашения дуги рассматривается в гл. 4. Сравнение гашения дуги в воздухе и в элегазе при дутье из-под поршня при одной и той же энергии, затрачиваемой на отключение, производил Вигрек [48]. Он показал, что в элегазе ток отключения в 10 раз больше, чем в воздухе. Если же учесть, что в опытах с элегазом и возвращающееся напряжение было почти на порядок выше, то мощность отключения в элегазе при дутье из-под поршня почти в 100 раз превышает таковую в воздухе.
