Фундаментальные работы по исследованию восстанавливающейся прочности коротких искровых промежутков между электродами из легкоплавкого металла были выполнены Слепяном [195, 196] в 1928—1930 гг.
Работами Слепяна и других исследователей были установлены следующие закономерности:
- Электрическая прочность порядка сотен вольт устанавливается в течение нескольких микросекунд после перехода тока через нулевое значение. Величина этой начальной прочности зависит только от материала электродов и природы газа. В воздухе она составляет примерно 230 в для меди и 330 в для латуни.
- После почти мгновенного достижения промежутком начальной прочности в несколько сотен вольт дальнейший ее рост происходит значительно медленнее.
- Начальная скорость восстановления прочности зависит от силы тока, от расстояния между электродами и от материала электродов. С увеличением тока скорость восстановления прочности снижается. Зависимость начальной скорости от величины зазора и материала электродов иллюстрирует рис. 1-32. При одном и том же материале электродов по мере увеличения зазора снижается начальная скорость восстановления прочности. При изменении материала электродов скорость восстановления прочности тем меньше, чем больше температура кипения металла.
Слепян описывает следующим образом механизм восстановления прочности искрового промежутка между электродами из легкоплавкого металла [195]. Почти мгновенно после нуля тока слой газа в непосредственной близости к холодному катоду становится практически полностью деионизированным. Электроны легко покидают этот слой, а на их место из катода новых электронов появиться не может (термоэлектронная эмиссия отсутствует). Положительные ионы разряжаются на катод. Таким образом, этот слой чрезвычайно быстро приобретает определенную электрическую прочность. Чтобы снова получить заметный ток, это пространство необходимо пробить, а так как оно почти полностью деионизировано, его пробой равнозначен обычному пробою неионизированного газа между металлическими электродами. Так как даже самые тонкие слои неионизированного газа требуют для своего пробоя несколько сотен вольт, околокатодное пространство восстанавливает такую прочность почти мгновенно. Оставшаяся часть дугового пространства теряет свои ионы медленнее путем рекомбинации, и но мере этого расширяется деионизированный катодный слой. Таким образом, по достижении первых нескольких сотен вольт катодный слой увеличивает свою диэлектрическую прочность сравнительно медленно.
Теория Слепяна явилась первой попыткой описать механизм восстановления прочности промежутков в начальном периоде времени погасания дуги. Однако эта теория не смогла объяснить ряд закономерностей, характерных для искровых промежутков, в частности зависимость скорости восстановления прочности от величины зазора и силы тока.
В исследованиях Слепяна ток, протекающий через искровые промежутки, ограничивался линейным сопротивлением. Так как форма кривой тока при его подходе к нулю существенно влияет на восстанавливающуюся прочность искрового промежутка, можно ожидать более высокой восстанавливающейся прочности для искровых промежутков вентильных разрядников, в которых ток ограничивается нелинейным сопротивлением. Действительно, было установлено [69], что когда ток в пределах 4,5—80 а, протекающий через искровой промежуток, ограничивается в сети переменного тока нелинейным сопротивлением, начальная прочность промежутка составляет 600—700 в.
При исследовании дугогасящей способности искровых промежутков типа РВС с неподвижной дугой (см. рис. 1-1) по схеме рис. 1-27 было установлено, что существенным фактором, влияющим на дугогасящую способность промежутка, является объем свободного пространства вокруг канала дуги.
Рис. 1-33. Восстанавливающаяся прочность ν (t) промежутка типа РВС в зависимости от сопровождающего тока и импульсного тока при различных диаметрах D (см. рис. 1-1): а — D — 20 мм, б — D — 9 мм
На рис. 1-33 для промежутков типа РВС двух исполнений с диаметром D выступа в средней части (см. рис. 1-1) соответственно 20 и 9 мм приведены зависимости восстанавливающейся прочности от импульсного и сопровождающего тока. Для промежутка с размером D = 20 мм увеличение сопровождающего тока с 7 до 100 а само по себе, даже при отсутствии мощного зажигающего импульса (5 ка), уже приводит к заметному снижению восстанавливающейся прочности. Наложение такого импульса понижает эти значения до минимальных (от 10 до 30% пробивного напряжения). Промежутку с размером D — 9 мм также свойственно снижение прочности по мере увеличения сопровождающего тока. Однако даже при амплитуде тока 100 а и при поджигающем импульсе 5 ка восстанавливающаяся прочность не опускается ниже 40—60%. Интересно отметить, что с увеличением амплитуды поджигающего импульса с 5 до 10 ка восстанавливающаяся прочность либо не меняется (промежуток с размером D — 9 мм), либо даже повышается в случае промежутка с относительно худшей дугогасящей способностью (D = 20 мм).
Выполненные исследования дали основание рекомендовать промежутки РВС по рис. 1-1 с диаметром D — 9 мм. Материал изоляционных прокладок также оказывает влияние на дугогасящую способность промежутков РВС. Как было указано, применение прокладок из слюды или миканита с неорганическим связующим (аммофосный миканит) несколько повышает дугогасящую способность.
