Більшість комутацій в ланцюгах високої напруги супроводжуються виникненням електричної дуги, яка представляє собою вид електричного розряду, що характеризується великою щільністю струму і термічної іонізацією молекул газу. Швидкість зниження струму при гасінні дуги визначає виникають перенапруги в мережі.
Умови існування дуги і її характеристики залежать від швидкості її охолодження. При токах більше 200-300 А і нерухомою дузі в повітрі середній градієнт потенціалу на дузі становить 8..10 В / см. Якщо напруга на розмикаються менше 15..20 В, то дуга виникнути не може і ток переривається за дуже короткий час (менше 1 мс), що при великих токах і значних індуктивностях в ланцюзі приводить до великих перенапряжениям. При невеликих токах, менш 0,4..1 А, не забезпечується баланс тепла в дузі і розмикання ланцюга супроводжується численними нестійкими розрядами зі значними перенапруженнями.
При досить великих токах і напружених на розмикаються виникає стійка дуга, властивості якої визначаються вольтамперної характеристикою (статичної для сталої дуги постійного струму і динамічної при відключенні або при змінній напрузі). Для ілюстрації впливу швидкості гасіння дуги на виникаючі перенапруги досить розглянути процеси в найпростішої ланцюга постійного струму з резистором і котушкою по рис. 6.9.
Малюнок 6.9 - Схема ланцюга постійного струму
Згідно з другим законом Кірхгофа. При розташуванні вольтамперної характеристики дуги по ріс.6.10а і струмі виходить, так що струм в ланцюзі зростає аж до значення, і при струмі виходить, зміни струму не буде і дуга буде горіти довго. Точка є точкою нестійкої рівноваги.
Малюнок 6.10 -. Вольтамперная характеристика стійкої (а) і нестійкою (б) електричної дуги
Щоб дуга могла згаснути, необхідно збільшувати, наприклад шляхом розтягування дуги. Якщо її вольтамперная характеристика буде всюди вище прямої, як на рис. 6.10б, то всюди, джерело живлення не зможе підтримувати дугу, струм буде зменшуватися і дуга згасне. Швидкість зниження струму при цьому буде визначатися параметрами ланцюга і швидкістю подовження дуги. Подовження дуги може бути природним, як в рогових розрядниках, або примусовим під дією магнітного поля; зміна вольтамперної характеристики дуги може бути і під дією примусового її охолодження.
При змінній напрузі струм дуги періодично знижується до нуля і дуга повністю припиняється. Якщо відновлюється напруга на проміжку менше пробивної напруги проміжку, то дуга виникнути не може і ток природним чином припиняється; з цієї причини гасіння дуги змінного струму відбувається значно легше гасіння дуги постійного струму.
Потенціали точок схеми рис. 6.9 змінюються в часі, що показано на рис. 6.11. Потенціал точки b визначається рівністю, а потенціал точки c, тобто напруга на дузі, дорівнює
Малюнок 6.11 - Перенапруги при гасінні дуги
На рис. 6.11 показано крива зміни в часі напруги в точці b. з якої добре видно, що виникає перенапруження визначається швидкістю зниження струму в ланцюзі.