Искровые промежутки с растягивающейся дугой характеризуются тем, что после растягивания дуги в промежутке напряжение на ней составляет несколько сот, а иногда и несколько тысяч вольт. При срабатывании от импульсной волны напряжения искровой промежуток практически нс оказывает сопротивления протеканию импульсного тока, но заметно ограничивает сопровождающий ток через несколько миллисекунд после начала движения дуги [50]. Благодаря указанному свойству промежутки с растягивающейся дугой могут быть применены для гашения дуги в сетях переменного и постоянного тока. В первом случае обрыв тока происходит раньше, чем напряжение в сети достигнет нулевого значения. Длительность протекания тока определяется временем нарастания и величиной напряжения на дуге. Эта длительность может бить заметно меньше полупериода частоты 50 Гц. Таким образом, искровые промежутки с растягивающейся дугой ограничивают не только амплитуду тока, протекающего через разрядник, но и его длительность.
Рис. 1-13. Искровой промежуток с растягивающейся дугой: 1—электрод; 2 — дугогасительная камера; 3 — перегородка
Принцип действия промежутка с растягивающейся дугой пояснен на рис. 1-13. Два электрода 1 располагаются между стенками дугогасительной камеры 2 в магнитном поле, созданном согласно включенными катушками или разноименными полюсами постоянных магнитов. В таком иоле на дугу действует сила F. Под действием этой силы дуга перемещается и растягивается, стремясь занять конечное положение D. В промежутке можно выделить три характерные зоны: зону А предварительного растягивания дуги с относительно большим расстоянием у между стенками камеры, переходную зону В и зону «узкой щели» С с расстоянием между стенками камеры 6. Под узкой щелью имеется в виду такая щель, при которой градиент напряжения на дуге выше, чем градиент напряжения на свободно горящей дуге. При токах в несколько сот ампер ширину щели обычно принимают равной 1—2 мм. В ряде случаев, когда искровой промежуток должен гасить токи коммутационного перенапряжения достаточно большой величины, ширину щели принимают равной 4—6 мм. В этом случае размер δ может совпадать с размером у и тогда промежуточная зона исчезает. Для увеличения длины дуги в ее конечном положении часто применяют перегородки либо выполняют зону С с лабиринтом (как на рис. 1-13 и 1-15).
Градиент напряжения в вольтах на сантиметр на дуге в зоне узкой щели определяется [49, 50] уравнением E=A/√δ, где δ выражается в сантиметрах; А — постоянная, для многих материалов стенок дугогасительных камер (стекло, слюдопласт, некоторые виды керамики) А — 19 в/см.
Искровые промежутки, применяемые в разрядниках переменного тока, обычно имеют диаметр 50—100 мм; наибольшее падение напряжения на дуге в узкой щели составляет 800—1600 в. Осциллограмма напряжения на дуге искрового промежутка с узкой щелью опытных разрядников РВТ приведена на рис. 1-14.
В промежутках грозовых разрядников переменного тока магнитное поле чаще всего возбуждается последовательно включенными катушками. При этом независимо от полярности тока дуга всегда выдувается в одну и ту же сторону. Это позволяет наиболее рационально использовать площадь дугогасительной камеры. Для защиты изоляции катушек от опасных перенапряжений при протекании импульсного тока параллельно катушкам включают обходные нелинейные сопротивления или обходные искровые промежутки.
Импульсный ток протекает Через обходные нелинейные СО* противления или обходные искровые промежутки и через искровые промежутки с растягивающейся дугой в месте их пробоя; сопровождающий ток протекает в основном через катушки магнитного дутья и через искровые промежутки, в которых дуга выдувается в узкую щель и удлиняется.
При выборе катушек магнитного дутья и шунтирующих их устройств необходимо удовлетворить следующим требованиям [65]:
а. Индукция магнитного поля должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить надежное выдувание дуги из зазора между электродами и вхождение ее в узкую щель; в то же время индукция магнитного поля должна быть не слишком большой, с тем чтобы напряжение на дуге нарастало с умеренной скоростью. Последнее необходимо для того, чтобы напряжение на дуге не превышало электрическую прочность промежутка в зоне, пройденной дугой, и не приводило, таким образом, к повторным пробоям промежутка.
Рис. 1-14. Осциллограмма тока iсопр и напряжения и на дуге опытного искрового промежутка с узкой щелью 1 мм
б. Активное сопротивление катушек должно быть достаточно малым, чтобы обеспечить погасание дуги сопровождающего тока в обходных промежутках. Погасание дуги облегчается, если обходные промежутки также выполнить с магнитным дутьем.
в. Обходные нелинейные сопротивления должны быть достаточно электропроводными, чтобы падение напряжения на них при прохождении импульсного тока было минимальным; с другой стороны, их сопротивление при прохождении сопровождающего тока должно быть значительно больше сопротивления катушек, чтобы большая часть сопровождающего тока шла через катушки, обеспечивая достаточную индукцию магнитного ноля.
г. Катушки магнитного дутья должны обладать достаточной термической и динамической устойчивостью и иметь достаточную изоляцию.
При использовании обходных нелинейных сопротивлений остающееся напряжение на разряднике оказывается на несколько процентов выше, чем в случае использования обходных искровых промежутков.
В случае коммутационных разрядников переменного тока затрудняется выполнение катушек магнитного дутья, удовлетворяющих перечисленным выше требованиям. Для таких разрядников, так же как и для разрядников постоянного тока, более эффективным оказывается применение постоянных магнитов.
Рис. 1-15. Искровой промежуток с растягивающейся дугой в поле постоянных магнитов: 1 — постоянный магнит; 2 — электрод; 3 — перегородки; 4 — подсвечивающий электрод
На рис. 1-15 показан искровой промежуток с растягивающейся дугой, разработанный в 1957 г. для разрядников переменного и постоянного тока. В этом промежутке магнитное поле создается постоянными магнитами 1. Дуга, возникающая между электродами 2 в зависимости от полярности тока, выдувается в ту или другую сторону. Изолирующие перегородки разной длины способствуют удлинению дуги.
Характерная конструкция промежутка с узкой щелью, выпускаемая фирмой «Охайо Брасс» (США), показана на рис. 1-16. Комплект искровых промежутков состоит из 12 единичных промежутков. Дугогасительная камера в каждом промежутке образуется двумя фигурными пластинами из микалекса. На обеих сторонах каждой пластины закреплено по электроду, которые соединены между собой перемычкой. Электроды и фигурные выступы на пластинах расположены таким образом, что после сборки всех микалексовых пластин в колонку зазор между каждой парой электродов и ширина узкой щели в промежутках равны заданным величинам. По обеим сторонам комплекта находятся две катушки, шунтированные нелинейными обходными сопротивлениями.
Рис. 1-16. Искровой промежуток фирмы «Охай о Брасс» (США).
Рис. 1-17. Блок искровых промежутков разрядника «Алюгард» фирмы «Дженерал электрик» (США). 1 — электрод; 2 — изолирующая пластина
Диаметр многократного искрового промежутка около 50 мм, высота примерно 70 мм. Наибольшая длина дуги в каждом промежутке составляет 70 мм. Напряжение гашения комплекта искровых промежутков 13,8 кВ.
В искровых промежутках разрядников типа «Алюгард» фирмы «Дженерал электрик» (США), показанных на рис. 1-17 [215], пластины дугогасительных камер выполнены из специальной пористой керамики; магнитное поле возбуждается катушкой, параллельно которой подключен обходной искровой промежуток с магнитным дутьем, Ширина щели в силовых промежутках около 1 мм, наибольшая длина дуги 180 мм, напряжение на дуге единичного промежутка 1200—1600 в. Четыре силовых промежутка, одна катушка магнитного дутья и обходной искровой промежуток образуют комплект, рассчитанный на напряжение гашения 6 кВ. Диаметр комплекта 80 мм, высота 58 мм.
