5-2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ В ДЛИННЫХ ПРОМЕЖУТКАХ
При рассмотрении явлений восстановления прочности в длинных промежутках необходимо сделать допущение, что напряжение распределяется вдоль промежутка
равномерно, т. е. дуговой столб на веем своем протяжении остается однородным. В действительности в ряде случаев из-за возникновения в зоне гашения дуги вихрей и местных потоков (слоистых потоков) напряженность электрического поля вдоль дугового столба после перехода тока через пуль становится существенно неравномерной. Рассмотрение таких случаев вносит ряд неопределенностей, раскрыть которые в настоящее время еще невозможно. Поэтому ограничимся рассмотрением однородного остаточного столба дуги. Исследование процесса восстановления прочности в таком случае может быть сведено к оценке величин, относящихся к единице длины столба (1 см).
После перехода тока через нуль дуговой столб сохраняет обычно некоторую проводимость, и при восстановлении напряжения на промежутке через остаточный дуговой столб течет так называемый остаточный ток, величина которого определяется не сопротивлением внешней цепи, а сопротивлением остаточного дугового столба 
где Ев— напряженность электрического поля в процессе восстановления напряжения; Rд — сопротивление остаточного дугового канала длиной 1 см.
Мощность, которая будет выделяться в дуговом канале на 1 см его длины, составит:
(5-4)
Если остаточный дуговой столб продолжает рассеивать мощность Р, которая все время оказывается выше, чем поглощаемая мощность W, то его сопротивление будет расти и остаточный ток через канал дуги уменьшится в конечном счете до пуля. Это указывает на то, что проводящая плазма распалась и дуга угасла.
Если в какой-то момент времени подводимая к дуговому столбу мощность превзойдет отводимую мощность, то температура остаточного капала начнет повышаться, проводимость его будет возрастать, а вместе с ней будет возрастать и остаточный ток. В результате может наступить пробой промежутка (здесь речь идет о тепловом пробое) и ток в канале дуги восстановится до величины, определяемой внешним сопротивлением цели. В условиях короткого замыкания это будет в основном индуктивной сопротивление цепи.
Таким образом, под электрической прочностью остаточного дугового столба следует понимать напряжение, приложенное к промежутку, при котором наступает равновесие между мощностью, подводимой к остаточному столбу и отводимой от него, т. е. когда
Это выражение показывает, что электрическая прочность промежутка есть функция отводимой мощности и сопротивления остаточного канала. Действительно, чем интенсивнее энергия отводится от дугового канала, тем большее напряжение требуется приложить к промежутку, чтобы вызвать необходимое для его пробоя накопление тепловой энергии в объеме остаточного дугового канала. То же можно сказать и о сопротивлении остаточного канала Rд, т. е. чем выше это сопротивление, тем больше должно быть напряжение, приложенное достаточному каналу, чтобы получить необходимую мощность в единице длины канала для покрытия отводимой мощности.
Проводимость единицы длины дугового канала может быть представлена как функция количества тепла, содержащегося в этом единичном участке канала,
где Q — количество тепла, содержащегося в единице длины дуги; Р — мощность, рассеиваемая дуговым столбом; W — мощность, подводимая к дуговому столбу из сети.
Решение дифференциального уравнения динамической дуги может быть получено, если сделать допущения, позволяющие выразить Q и Р в функции времени.
Например, О. Маир (Л. 41] (положил, что в дуговом канале величина Р постоянна и не зависит ни от времени, ни от тока, т. е. вольт-амперная характеристика дуги представляет собой равнобокую гиперболу. Кроме того, на основании уравнения Саха было принято, что
напряженность электрического поля на промежутке заданы и являются только функцией времени, например ток в дуге синусоидален и величина его определяется только внешней э. д. с. и сопротивлением цепи
[см. (5-11)], или когда напряженность электрического поля в дуговом промежутке задается внешней сетью и зависит только от времени
[см. (5.12)].
Этот последний процесс соответствует периоду времени, когда на промежутке восстанавливается напряжение. Сопротивление промежутка в это время велико, ток, текущий через промежуток (остаточный ток), мал и напряжение на промежутке определяется главным образом восстанавливающимся напряжением цепи и ее постоянными (R, L, С).
За время восстановления напряжения длину дуги (промежутка) можно полагать величиной постоянной, а поэтому напряжение и напряженность электрического поля на дуге можно считать независимыми от физических параметров дугового промежутка и являющимися только функцией времени.
В данном случае нас интересует изменение сопротивления остаточного канала дуги в период восстановления напряжения на нем, поэтому за исходное примем уравнение (5-12). Если считать, что напряженность электрического поля в дуговом столбе есть только функция времени, то общее решение линейного уравнения (5-12) будет иметь следующий вид:
(5-13)
где до — сопротивление 1 см канала при ί=0 в момент достижения током нулевого значения;
— отношение теплосодержания к мощности, рассеиваемой 1 см длины канала. Эту величину принято называть постоянной времени дуги.
Постоянная времени дуги по Броуну (Л. 43] в активно-деионизируемых промежутках выключателей в период восстановления напряжения составляет 2—5 мкс при воздушном дутье и снижается до 0,5 мкс при дутье шестифтористой серой (SF6) [Л. 61].
Уравнение (5-13) можно проинтегрировать, когда представляет собой, например, экспоненту:
Это уравнение отображает увеличение сопротивления дугового канала после перехода тока через нуль. На рис. 5-5 показаны результаты измерений А. М. Бронштейна [Л. 44] при гашении дуги в газогенерирующих трубках. Характер этих кривых соответствует уравнению (5-14).
Если вернуться теперь к уравнению (5-5) и подставить в него значение Rд из уравнения (5-14), то для ориентировочных оценок можно получить значение пробивной напряженности поля остаточного дугового столба:
, где Епр0 — электрическая прочность остаточного дугового столба в момент t=0, когда ток достигает своего нулевого значения.
В работах, посвященных проблеме гашения электрических дуг, наряду со ссылками на решение динамического уравнения по О. Маиру делаются часто ссылки и на решение, предложенное А. М. Касси, который допускает, что температура дугового столба ио сечению и по времени остается постоянной, в связи с чем удельное сопротивление плазмы, теплосодержание q 1 см3 и мощность р, отдаваемая 1 см3, остаются постоянными. При этих условиях основное исходное уравнение динамической дуги (5-8) приобретает вид:
По исходным допущениям уравнение Касси дает лучшие результаты при горении мощных дуг (для больших токов). Уравнение Майра по характеру принятых допущений более подходит для малых токов и для областей перехода тока через нуль.
Из вышеприведенного следует, что градиент пробивного напряжения остаточного дугового столба может характеризоваться величиной сопротивления единицы длины столба. Под влиянием восстанавливающегося на дуговом промежутке напряжения через остаточный дуговой столб протекает остаточный ток, характер и величина которого при известном характере восстанавливающегося напряжения могут позволить непосредственно судить о процессах, протекающих в дуговом промежутке. Фиксация остаточного тока в выключателях при их испытании на отключающую способность при различных мощностях отключения может оказаться полезной, так как по форме кривой остаточного тока можно с хорошим приближением судить о том, имеет ли отключающее устройство выключателя еще резервы или находится вблизи своего предела отключающей способности. Таким образом, наблюдение за изменением формы волны остаточного тока при возрастании отключаемого тока может служить критерием предела работоспособности выключателя без доведения его отключающего устройства до разрушения. По форме кривой остаточного тока можно также судить об активности действия дугогасящего устройства, о том, в каком направлении следует изменять его параметры для получения лучших результатов,
На рис. 5-6 показаны примерные формы волн остаточного тока при одном и том же характере восстанавливающегося напряжения на выключателе, но различных отключаемых токах вплоть до полного отказа в гашении дуги.
На рис. 5-6,а иллюстрируется случай, когда выключатель гасит дугу почти без всякого остаточного тока. Когда величина остаточного тока мала и продолжительность его протекания незначительна, это означает, что дуговой промежуток легко справляется с остаточной проводимостью дугового канала.
На рис. 5-6,б иллюстрируется случай, когда остаточный ток существенно возрос по своей амплитуде и длительность его протекания также значительно увеличилась. Это указывает на то, что деионизация дугового промежутка ухудшилась, но выключатель все же надежно справляется с процессом гашения дуги.
Рисунок 5-6,в демонстрирует состояние промежутка, когда его отключающая способность явно подходит к пределу. Остаточный ток в этом случае становится
большим по амплитуде и, судя по его форме, проявляются признаки повторного зажигания дуги.
На рис. 5-6,г изображен процесс, когда повторное зажигание дуги произошло. Остаточный ток здесь начал бурно возрастать, а восстанавливающееся напряжение на дуговом промежутке резко уменьшается до напряжения горения дуги.
Рис. 5-6. Изменение характера зависимости остаточного тока от времени с ростом отключаемого тока.
У различных типов выключателей остаточный ток по своему характеру различен. Например, у воздушных выключателей (с воздушным дутьем) он очень мал и непродолжителен. При нормальной работе выключателя этот ток даже трудно записать и измерить. Остаточный ток в воздушных выключателях может быть легко обнаружен в области отключения токов короткого замыкания, близких по величине к пределу его отключающей способности. У магнитных выключателей остаточный ток, наоборот, велик и носит затяжной характер, однако это еще не является признаком близости к пределу его работоспособности.
Таким образом, сопоставление остаточных токов для различных типов выключателей производить практически невозможно.
Задача измерения остаточных токов при испытании выключателей очень сложна, так как измерительное устройство должно пропускать через себя большие токи короткого замыкания и в то же время надежно регистрировать и измерять небольшие остаточные токи, величина которых довольно часто составляет всего лишь несколько десятков миллиампер.
Попытки использовать результаты измерения остаточных токов в качестве критерия отключающей способности выключателя пока еще не дали вполне достоверных результатов, но эта проблема все же продолжает привлекать внимание многих исследователей.
Механизм распада остаточного дугового столба и восстановления электрической прочности промежутка представляет собой сложный и многообразный процесс. Восстановление электрической прочности промежутка непосредственно после прохода тока через нуль есть уменьшение его проводимости, которая вначале велика, а затем падает до весьма небольших значений и в конечном итоге до нуля.
Нарастание электрической прочности промежутка является процессом, возникающим еще задолго до перехода тока через нуль, а не с момента достижения током его нулевого значения. Начальное сопротивление остаточного столба дуги Rд0 характеризует тот механизм воздействия среды на дуговой столб, который имел место в стадии подхода тока к нулю и даже на его максимуме. Быстрое удаление продуктов горения дуги (раскаленные газы и пары) из зоны промежутка позволяет подвести дуговой канал к моменту перехода тока через нуль с весьма малым сечением и, следовательно, с малой постоянной времени θ. Чем выше значение отключаемого тока, тем труднее удалить продукты горения дуги и более вероятно, что остаточный дуговой столб после перехода тока через нуль будет иметь меньшее сопротивление и потребуется большее время, чтобы обеспечить необходимый распад ионизированных продуктов.
На рис. 5-7 показаны примерные стилизованные характеристики процессов нарастания прочности промежутка воздушного выключателя при различных отключаемых токах. Из этих характеристик видно, что чем больше отключаемый ток, тем больше время запаздывания роста электрической прочности и тем чувствительнее становится выключатель к высоким начальным скоростям восстановления напряжения, как, например, при неудаленных коротких замыканиях.
Рис. 5-7. Зависимость пробивного напряжения промежутка воздушного выключателя при различных величинах отключаемого тока.
Разрушение остаточного дугового столба может происходить термодинамически и механически. В начальной стадии нарастания электрической прочности, после перехода тока че-рез нуль, происходит спад температуры и уменьшение диаметра остаточного столба, которые являются определяющими факторами гашения дуги; в дальнейшем поток газа, направленный поперек или вдоль столба дуги, может вызвать полное механическое разрушение канала (разрыв) и обеспечить последующий рост электрической прочности за счет внедрения в межэлектродное пространство нарастающей прослойки свежего газа. Эта прослойка со временем увеличивает электрическую прочность со скоростью, близкой к постоянной, независимой от тока и определяемой условиями истечения газа в зоне дугового столба.
На рис. 5-8 показаны стадии ликвидации ионизированного остаточного столба в промежутке воздушного выключателя с продольным односторонним дутьем.
На рис. 5-8,а плазма остаточного столба еще соединяет между собой контакты отключающего устройства. Здесь еще существует остаточный ток и идет процесс уменьшения диаметра остаточного столба, особенно в области наибольшей радиальной составляющей воздушного потока (ближе к нижнему неподвижному контакту).
На рис. 5-8,, иллюстрируется механический разрыв остаточного столба и возникновение промежутка S, образованного свежим неионизированным воздухом в зоне наименьшего сечения. В этой стадии процесса гашения дуговой столб теряет свою проводимость, остаточный ток исчезает, но электрическая прочность всего промежутка еще может быть небольшой.
В дальнейшем (рис. 5-8,в) промежуток S продолжает нарастать приблизительно со скоростью истечения воздуха в сопле выключающего устройства.
Рис. 5-8. Стадии распада остаточного столба дуги в сопле воздушного выключателя с продольным дутьем.
Если скорость истечения газа ν известна, то рост прочности промежутка с момента пересечения ионизированной зоны происходит приблизительно со скоростью истечения газа, т. е.
(5-18)
где Епр — пробивная напряженность электрического поля неионизированного газа с учетом давления в зоне сопла; ν — скорость продольного потока воздуха.
При различных токах время начала вступления воздушного «клина» в остаточный дуговой столб различно (рис. 5-7).
У воздушных выключателей роль механического разрушения столба весьма велика. У выключателей с магнитным гашением термодинамические процессы распада остаточного столба играют основную роль. В масляных выключателях оба процесса имеют важное значение в восстановлении результирующей электрической прочности и окончательном гашении дуги. Однако необходимо иметь в виду, что в стадии прекращения остаточного тока окончательного разрыва цепи еще не происходит. Исчезновение остаточного тока указывает на то, что проводимость остаточного столба исчезла, но рост электрической прочности, например, за счет механического вытеснения ионизированной зоны из дугового промежутка может оказаться недостаточно быстрым или конечное значение электрической прочности недостаточно высоким (при полном очищении промежутка), чтобы противостоять нарастающему на промежутке напряжению,— он может быть пробит, и дута восстановится.
Таким образом, на всех стадиях восстановления электрической прочности промежутка выключателя она должна с определенной гарантией превалировать над восстанавливающимся напряжением.
Восстановление напряжения на промежутке выключателя есть функция многих параметров, связанных с конфигурацией сети, наличием в этой сети линий и кабелей, с местом короткого замыкания в сети по отношению к выключателю, с наличием демпфирующих сопротивлений и пр. (гл. 6). При разработке и испытании дугогасящего устройства необходимо знать требования, предъявляемые к этому устройству, с точки зрения характера нарастания напряжения на нем, создаваемого сетью. Иначе говоря, восстанавливающееся напряжение должно быть нормализовано для различных классов напряжений и мощностей отключения (гл. 6).
Существует множество принципов гашения дуг переменного тока в выключателях, которые различаются воздействующими средами и способами действия этих сред на дуговой столб.
В практике создания дугогасительных устройств с длинными дугами широко распространены различные по своей физической сущности принципы гашения дуги: 1) масляное дутье; 2) воздушное дутье; 3) дутье элегазом (SF6); 4) магнитное дутье; 5) газогенерирующие устройства; 6) мелкозернистый заполнитель (только в предохранителях) и др.
Области распространения перечисленных принципов гашения дуги дугогасительных выключающих устройств различны как в отношении рабочих напряжений, так и условий работы, однако у всех у них одна цель — как можно быстрее прервать дуговой процесс при его возникновении на контактах. Во всех устройствах, использующих указанные принципы гашения дуги, осуществляется одна и та же основная идея — привести дуговой канал в активное соприкосновение с гасящей средой и обеспечить энергичный отвод тепла от дугового столба в окружающее пространство.
Рис. 5-9. Гашение дуги в камерах масляных выключателей с автодутьем.
а — продольное дутье; б — поперечное дутье.
На рис. 5-9-5-14 изображены наиболее типичные принципы действия дугогасящих устройств с длинными дугами.
Рисунок 5-9 иллюстрирует два метода гашения дуг переменного тока в масле. На рис. 5-9,а показано продольное, а на рис. 5-9,б — поперечное дутье газов и паров, образующихся от разложения дугой жидкого масла. При разложении дугой масла в образующейся газовой среде содержится до 70% водорода, который обладает способностью активно отнимать тепло от дугового столба. Активности водорода как охлаждающей среды способствует процесс диссоциации водородных молекул (гл. 2). В зоне образования дуги возникает высокое давление газов, которое повышает восстанавливающуюся электрическую прочность остаточного столба.
Системы, изображенные на рис. 5-9, работают по принципу «автодутья», т. е. газовое и масляное дутье создается за счет теплового действия гасимой дуги. Такие устройства обычно имеют область так называемых «критических токов», т. е. токов, которые гасятся наихудшим образом. Для различных дугогасящих устройств эта область приблизительно лежит в пределах 500—1 500 А. С повышением и понижением токов процесс гашения дуги убыстряется, т. е. время гашения дуги в зависимости от тока образует максимум (рис. 5-10).
На рис. 5-11 показаны типичные методы гашения дуги в продольном потоке сжатого воздуха с односторонним (а) и двусторонним (б) дутьем. Двустороннее дутье по своей идее является более активным. При двустороннем дутье из межконтактного промежутка более надежно удаляются пары металла, выделяемые опорными точками дуги, так как пары металла электродов (контактов), попадая в область остаточного дугового столба, снижают его электрическую прочность вследствие того, что работа ионизации, например, молекул паров меди почти вдвое ниже, чем работа ионизации молекул кислорода и азота.
Рис. 5-10. Зависимость времени гашения дуги от отключаемого тока в масляном выключателе с автодутьем.
Рис. 5-11. Гашение дуга в камерах воздушных выключателей с продольным дутьем.
а — одностороннее дутье; б — двустороннее дутье.
При восстановлении электрической прочности в воздушных выключателях достигается значительная пробивная напряженность электрического поля. В момент максимума восстанавливающегося напряжения она достигает 25 кВ/см и выше. Однако воздушные выключатели при больших мощностях отключения в начале процесса восстановления электрической прочности склонны давать запаздывание в росте прочности (рис. 5-7). Ослабление этого эффекта обычно достигается увеличением расхода воздуха за счет увеличения диаметра сопл, применения двустороннего дутья и за счет увеличения давления воздуха. На один разрыв выключателя обычно приходится около 60—150 кВ рабочего напряжения. Для получения дугогасящих камер на напряжения 110 кВ и выше (220, 330, 500, 750 кВ) число разрывов принимается от 1—2 при 110 кВ до 2—4 при 220 кВ и т. д.
Высокая интенсивность дутья в воздушных выключателях для получения высокой скорости восстановления электрической прочности при больших отключаемых токах, оставаясь столь же высокой и при отключении малых индуктивных токов, является причиной появления «срезов» тока и перенапряжений (см. гл. 7).
На рис. 5-12 показана схема отключающего устройства с поперечным дутьем. В этом случае воздушный поток стремится «разрезать» дуговой столб на части, прижимая его к изоляционным пластинам (обычно фибровым), что обеспечивает довольно высокую скорость восстановления электрической прочности остаточного дугового канала, так как дуговой столб «режется» на изоляционных пластинах одновременно в нескольких местах, т. е. может возникать не один промежуток, как при продольном дутье, а несколько. Однако поперечное дутье оказывается неприемлемым для высоких напряжений (35 кВ и выше) из-за сложности осуществления изоляции в разрыве, а также из-за того, что дугогасительные устройства с поперечным дутьем значительно быстрее изнашиваются под действием дуги, чем устройства с продольным дутьем.
Рис. 5-12. Гашение дуги в камере воздушного выключателя с поперечным дутьем.
Все большее применение находят дугогасящие устройства с шестифтористой серой SF6 (элегаз), обладающие двумя важными качествами: элегаз по сравнению с воздухом имеет более высокую электрическую прочность (в 2,5 раза), а также является активной охлаждающей средой для дуги из-за своей низкой энергии диссоциации. Наиболее низкие значения постоянной времени дуги в момент перехода тока через нуль были получены именно для элегаза [Л. 61].
Высокая электрическая прочность элегаза объясняется тем, что он довольно сильно проявляет так называемые электроотрицательные свойства, т. е. обладает способностью захватывать свободные электроны и образовывать отрицательные ионы. В силу указанных свойств элегаз позволяет при дутье более слабом, чем при сжатом воздухе, создавать мощные дугогасительные устройства на очень высокие напряжения.
Элегаз обладает еще одним замечательным свойством — он практически полностью восстанавливается после его разложения в зоне высокой температуры дуги. Элегаз относительно дорог, поэтому при гашении дуги он не выбрасывается, как воздух, в атмосферу. Дугогасительные устройства выключателей с элегазом обычно располагаются внутри баков, где гашение дуги обеспечивается за счет перетекания газа из объема высокого давления в объем более низкого давления.
Разность давлений между этими объемами обеспечивается или за счет компрессора или за счет автокомпрессии. В последнем случае элегаз сжимается непосредственно в процессе отключения при движении контактов. Такой метод использования элегаза дает более простое решение и является, по-видимому, наиболее перспективным.
Рис. 5-13. Схема дугогасительного устройства выключателя с шестифтористой серой (элегазом).
На рис. 5-13 представлена лугогасительная камера с автодутьем элегазового выключателя, исследованная в ВЭИ (Л. 60]. Камера показана без оболочки (бачка), в котором она находится на выключателе. На рисунке: 1 — дуга между контактами; 2 — неподвижный контакт; 3 — подвижный контакт, перемещающийся вместе с соплом; 4 — дугогасящее сопло; 5 — перегородка; 6 — цилиндр, составляющий единое целое с соплом. Поршень 7 остается неподвижным, вследствие чего элегаз сжимается в полости А и выбрасывается в бак через сопло 4, где возникает дуговой разряд при отключении.
На рис. 5-14 показано устройство для гашения дуги переменного тока, основанное на принципе магнитного дутья. Рисунок 5-14,а дает схему аппарата в замкнутом состоянии. На рис. 5-14,б показан процесс размыкания контактов. Возникающая дуга поднимается вверх и вводит в цепь тока катушку магнитного дутья Κ1, которая создает поперечное Магнитное поле в зоне горения дуги. Это поле начинает активно содействовать растягиванию дуги, благодаря чему в цепь вводится вторая катушка К2, и, наконец, при дальнейшем перемещении дуги в цепь тока вводится катушка магнитного дутья К3, обеспечивающая достаточную магнитную индукцию в зоне дугогасительной камеры. В положении дуги, показанном на рис. 5-14,в, происходит ее гашение.
Рис. 5-14. Процесс гашения в камере выключателя с магнитным дутьем.
В выключателях с магнитным дутьем дуга растягивается так сильно, что это приводит к сильному снижению величины отключаемого тока в конце процесса отключения. Эти выключатели имеют малую восстанавливающуюся напряженность электрического поля на остаточном дуговом столбе (примерно 300—500 В/см) и поэтому нс могут применяться для напряжения выше 10 кВ.
Рис. 5-15. Гашение дуги в дугогасительных устройствах с дутьем газа при разложении твердых дугогасителей.
а — камера с поперечным дутьем; б — камера с продольным дутьем.
На рис. 5-15 показаны примеры использования твердых дугогасителей (газогенерирующих) устройств. Применительно к выключателям твердые дугогасители находят широкое применение главным образом для отключения малых токов (выключатели нагрузки, разъединители мощности), а также в трубчатых разрядниках и предохранителях для разрыва довольно больших токов при высоких напряжениях (110 и 220 кВ).
Рис. 5-16. Предохранитель со ступенчатой плавкой вставкой, находящейся в мелкозернистом наполнителе (кварцевый песок).
В качестве твердых дугогасителей применяют фибру, винипласт, оргстекло и др. Материалы, используемые для этих целей, должны разлагаться под действием дуги и выделять газы, но не терять при этом своих изоляционных свойств. Газы, образующиеся от разложения твердых стенок камеры, используются для обдувания дугового столба и восстановления электрической прочности промежутка между контактами выключателя и поэтому должны обладать высокими дугогасящими свойствами.
В силовых выключателях с мощностью отключения 100—300 МВ-А дугогасительные устройства с применением твердых газогенерирующих материалов нашли применение, но для относительно небольших рабочих напряжений (6—10 кВ).
Рис. 5-17. Ограничение тока дуги, образующейся в мелкозернистом наполнителе.
На рис. 5-16 изображено устройство для гашения дуги с мелкозернистым наполнителем. В данном случае дуга после перегорания плавкой вставки возникает в среде мелкозернистого наполнителя. В качестве наполнителя получил широкое распространение технически чистый кварцевый песок, обладающий высокой температурой плавления и хорошими изоляционными свойствами. Возникающий в песке дуговой столб благодаря тесному соприкосновению с частицами кварцевого песка приобретает столь высокое активное сопротивление, что создается сильное токоограничение (рис. 5-17) и дуга обрывается раньше (кривая 1), чем ток перейдет через нуль при синусоидальной его форме (кривая 2). В этом отношении дугогасящее устройство с кварцевым песком отличается от других, где гашение дуги переменного тока происходит обычно при переходе тока через его нулевое значение.
Физика процесса гашения дуги при применении мелкозернистых наполнителей скорее отвечает условиям гашения дуг постоянного тока, в которых уменьшение тока в цепи происходит за счет высокого падения напряжения в дуговом столбе.
В первый момент расплавления проволок при переходе металлического проводника в газообразное состояние (эффект взрыва) ток обрывается. Если он велик, то в цепи образуется значительный пик перенапряжения, который вызывает пробой промежутков и появление дуговых разрядов в относительно ослабленных местах, где ранее были проволоки. Таким образом, перенапряжения на предохранителе определяются электрической прочностью промежутка предохранителя после испарения его металлических плавких элементов. Для уменьшения возникающих перенапряжений плавкие проволоки делают ступенчатыми (две или три ступени) по сечению, благодаря чему пробой промежутка происходит каскадно, т. е. ступенчато [Л. 45], с меньшими пиками напряжения на каждой ступени.
На рис. 5-16 можно видеть в середине плавкой вставки оловянный спай двух половин плавкого элемента, одна из которых тоньше другой и, следовательно, плавится и испаряется раньше, чем разрушится вторая половина. Оловянный спай, кроме того, играет роль ограничителя температуры нагрева плавкой вставки и всего патрона при токах перегрузки (большой длительности) за счет эффекта растворения металла вставки в жидком олове. Фактически при медленном нагревании, т. е. при малых кратностях перегрузок, плавление медных или серебряных элементов происходит при температуре плавления олова.
