Движение дуги в промежутке с узкой щелью. В искровом промежутке с узкой щелью следует различать три этапа движения дуги. Первый этап — это выход дуги из зазора между электродами; второй этап — вход дуги в узкую щель, третий — движение дуги в узкой щели.
Скорость движения дуги на первом этапе определяется зависимостью, приведенной на рис. 1-34. Расстоянию около 1 мм между электродами соответствует область Б указанного рисунка. Как уже указывалось, в этой области при полированных и обезжиренных электродах скорость движения дуги тем больше, чем меньше зазор. Поэтому по мере выхода дуги из зазора и увеличения ее длины скорость движения дуги снижается.
На скорость выдувания дуги из зазора оказывает влияние амплитуда импульсного тока, а также радиус закругления электродов. С ростом амплитуды импульсного тока усиливается взрывная воздушная волна, которая облегчает выдувание дуги сопровождающего тока. При малых импульсных токах надежное выдувание дуги имеет место при пробивном напряжении промежутка около 4 кВ (зазор примерно 0,8 мм.). Случаи невыдувания дуги при создании магнитного поля катушками магнитного дутья наблюдались при пробивном напряжении 3,3 кВ и ниже, что соответствует зазору менее 0,6 мм [65]. Электроды рекомендуется закруглять радиусом не менее 6—8 мм. Характер выдувания дуги одинаков для меди, латуни, нержавеющей стали.
Скорость движения дуги при ее вхождении в узкую щель в значительной мере зависит от угла наклона переходной зоны и от материала стенок камеры. Чем круче вход в узкую щель, тем большим препятствием он является для дуги. Если же стенки камеры содержат влагу или газогенерирующие компоненты, то пары или газы будут тормозить вход дуги в узкую щель. Выход дуги из зазора между электродами и ее вход в узкую щель обычно совершается за 1—2 мсек.
Скорость движения дуги в узкой щели при заданной величине тока и индукции магнитного поля зависит от ширины щели. Она имеет максимальное значение при ширине щели δ0 = 1—2 мм [64]. С ростом тока и индукции магнитного поля скорость движения дуги возрастает.
Существуют определенные критические значения тока и индукции магнитного поля, при которых дуга перестает перемещаться по зазору. Движение дуги в узкой щели возможно при условии [64]:
где В — индукция магнитного поля, тл; I — ток, α; δ — ширина щели, мм.
При δ = 1 мм и I — 300 а критическое значение индукции магнитного поля составляет 0,01 тл. При такой же ширине щели и В — 0,1 тл критическая величина тока равна 1600 а.
В [50, 65] были опробованы различные материалы дугогасительных камер: асбоцемент, борнонатробариевый микалекс и разные типы дугостойких керамик. Наименьший износ имел место при применении некоторых видов дугостойкой керамики.
При растягивании дуги как в широкой, так и в узкой щели могут возникнуть повторные пробои дуги [94, 193]. Набегая на холодные стенки камеры, передняя часть дуги отдает больше энергии, чем задняя, в результате чего через зону, уже пройденную дугой, может протекать значительная часть тока. По мере удлинения дуги и нарастания напряжения на ней может наступить нарушение равновесного состояния с резким увеличением тока в зоне, уже пройденной дугой; другими словами, дуга скачком возвращается несколько назад. Поскольку при этом уменьшается длина дуги, напряжение на ней резко падает — происходит повторный пробой. После этого дуга движется значительно быстрее, чем до пробоя, и достигает того места, откуда она вернулась. Число повторных пробоев снижается с уменьшением ширины щели и увеличением шероховатости стенок камеры [193]. В том и другом случае ускоряется процесс деионизации пространства позади дуги, что затрудняет ее возврат в ранее существовавший канал дуги. Однако при ширине щели 0,5 мм затрудняется вхождение дуги в узкую щель: на этом этапе резко увеличивается количество повторных пробоев. Поэтому ширину щели рекомендуется иметь не менее 1 мм.
Число повторных пробоев дуги зависит также от степени сообщения узкой щели с окружающей средой [175]. Минимальное число повторных пробоев будет при закрытой камере и варианте исполнения, когда камера открыта в направлении движения дуги и закрыта с противоположной стороны.
Рис. 1-41. Восстанавливающаяся прочность v (f) промежутка с узкой щелью при сопровождающем токе 200 а. Пробивное напряжение промежутка 5 кВ
Восстанавливающаяся прочность искровых промежутков исследовалась в процессе разработки разрядников постоянного и переменного тока [50,65,94].
Восстанавливающаяся прочность искрового промежутка с растягивающейся дугой (с узкой щелью) приведена на рис. 1-41. Для промежутков с узкой щелью характерно сравнительно быстрое нарастание прочности.
Уже через 1 мсек, после прекращения тока восстанавливающаяся прочность достигает высокого уровня, который сохраняется без изменений в течение последующих нескольких миллисекунд.
При сопровождающем токе 300 а восстанавливающаяся прочность практически не зависит от амплитуды импульсного тока (при его изменениях от 0,4 до 10 ка). При том же сопровождающем токе средняя восстанавливающаяся прочность для промежутков с медными электродами на 2—4% выше, чем для промежутков с латунными электродами. Примерно на столько же повышается прочность при увеличении толщины электродов с 2 до 3 мм.
Восстанавливающаяся прочность зависит от степени сообщения внутренней полости камеры с наружной средой. Когда камера полностью открыта, восстанавливающаяся прочность принимает максимальное значение. При закрытой камере имеет место самая низкая восстанавливающаяся прочность. В камерах разного исполнения различна зависимость восстанавливающейся прочности от амплитуды сопровождающего тока.
Следует подчеркнуть противоположность влияния степени сообщения полости камеры с окружающей средой на восстанавливающуюся прочность и пропускную способность промежутков е узкой щелью. В то время как восстанавливающаяся прочность повышается по мере увеличения степени сообщения полости камеры с окружающей средой, пропускная способность промежутка при этом снижается.
Снижение пропускной способности промежутка связано с тем, что по мере увеличения степени сообщения полости камеры с наружной средой возрастает вероятность вырывания дуги за пределы дугогасительной камеры. В последнем случае ухудшается электрическая прочность окружающего воздуха и возможны перекрытия между соседними искровыми промежутками по их боковой поверхности.
