Горіння і гасіння дуги у вакуумі

Експериментальні дослідження і досвід експлуатації комута­ційних апаратів показали, що на розвиток дугового розряду великий вплив здійснює середовище, у якому відбувається розмикання контактів. У цьому відношенні вакуум, як дугогасне середовище, має ряд істотних переваг у порівнянні з газовими середовищами (повітря, елегаз і ін.). Так, вакуум має дуже високу електричну міцність (близько 100 кВ/мм при тиску порядку 10^-4Па), має здатність дуже швидко її відновлювати після згасання дуги. Крім того, вакуум створює сприятливі умови для дифузії заряджених часток з області горіння дуги, а також запобігає ударній і термічній іонізації проміжку.

Однак і у вакуумі при розмиканні контактів з'являється дуговий розряд. Причиною його виникнення є термоелектронна або автоелектронна емісії. Через жорсткість контактуючих поверхонь їх дотик, як правило, відбувається тільки в декількох точках. У процесі розмикання контактів число контактних точок зменшується, у результаті чого густина струму на точках, що залишилися в контактній взаємодії, сильно зростає, нагрівання їх збільшується, аж до роз­плавлення.

Різке підвищення температури контактів приводить до того, що температура катода може бути достатньою для початку термо­елект­ронної емісії з його поверхні. Розігрів поверхонь контактів приводить також до газовиділення матеріалів, з яких вони виготовлені і, як наслідок, до погіршення вакууму.

Установлено, що зміна тиску у вакуумній камері в межах від 10^-2Па до
10^-4Па практично не впливає на процес вимкння. Але підвищення тиску до 10^-1Па і вище веде до швидкого зростання імовірності іонізації міжелектродного проміжку. (дивись лабораторну роботу №1 «закон Пашена»)

Для зниження газовиділення роблять попереднє вакуумування матеріалу електродів шляхом прогріву їх до високої температури при безупинному відкачуванні і періодичному чергуванні полярності електродів. Нагрівання контактів ведуть протягом декількох годин до червоного розжарювання.

Гасіння дуги здійснюється за рахунок радіальної дифузії заряд­же­них часток і охолодження дуги унаслідок випару великої кількості ма­те­ріалу електродів і переносу його до стінок камери. При вимкнні кола постійного струму перше загасання дуги спостерігається вже при невеликій відстані між електродами. Виникаючі при цьому значні пе­ре­напруги, як правило, виявляються достатніми для повторного пробою проміжка. Повторна дуга гаситься в такий же спосіб, як і перша.

У вакуумних вимикачах з метою зниження виникаючих перенапруг ефективно застосовується шунтування контактів активними опірами або конденсаторами.

Вакуумні вимикачі ма­ють малі габарити, високу швид­кодію, невели­кий хід рухливого контак­ту, допуска­ють велике число спрацьову­вань без необхідності в ревізії.