напрежение на дъгата. Какво е електрическа дъга и как възниква

На 22 август 2012 г. от 10:00 ч

При отваряне на електрическа верига възниква електрически разряд под формата на електрическа дъга. За появата на електрическа дъга е достатъчно напрежението на контактите да е над 10 V при ток във веригата от порядъка на 0,1A или повече. При значителни напрежения и токове температурата вътре в дъгата може да достигне 10 ... 15 хиляди ° C, в резултат на което контактите и токопроводящите части се топят.

При напрежение от 110 kV и повече дължината на дъгата може да достигне няколко метра. Следователно електрическата дъга, особено в силовите вериги с висока мощност, при напрежение над 1 kV е голяма опасност, въпреки че сериозни последици могат да бъдат при инсталации при напрежение под 1 kV. В резултат на това електрическата дъга трябва да бъде максимално ограничена и бързо гасена във вериги за напрежения както над, така и под 1 kV.

Причини за електрическа дъга

Процесът на образуване на електрическа дъга може да бъде опростен по следния начин. Когато контактите се разминават, контактното налягане и съответно контактната повърхност първо намаляват, контактното съпротивление се увеличава (плътността на тока и температурата - започват локални (в определени части на контактната площ) прегряване, което допълнително допринася за термоелектронна емисия, когато, под въздействието на висока температура скоростта на електроните се увеличава и те изригват от повърхността на електрода.

В момента на разминаване на контактите, тоест прекъсване на веригата, напрежението бързо се възстановява в контактната междина. Тъй като разстоянието между контактите е малко, възниква електрическо поле с висока якост, под въздействието на което електроните излизат от повърхността на електрода. Те се ускоряват в електрическо поле и когато ударят неутрален атом, му придават своята кинетична енергия. Ако тази енергия е достатъчна, за да откъсне поне един електрон от обвивката на неутрален атом, тогава настъпва процесът на йонизация.

Получените свободни електрони и йони съставляват плазмата на дъгата, тоест йонизирания канал, в който гори дъгата и се осигурява непрекъснатото движение на частиците. В този случай отрицателно заредените частици, предимно електроните, се движат в една посока (към анода), а атомите и газовите молекули, лишени от един или повече електрони - положително заредени частици - в обратна посока (към катода). Проводимостта на плазмата е близка до тази на металите.

В дъговия вал протича голям ток и се генерира висока температура. Такава температура на дъгата води до термична йонизация - процесът на образуване на йони поради сблъсък на молекули и атоми с висока кинетична енергия при високи скорости на тяхното движение (молекулите и атомите на средата, където гори дъгата, се разпадат на електрони и положително заредени йони). Интензивната термична йонизация поддържа висока плазмена проводимост. Следователно спадът на напрежението по дължината на дъгата е малък.

В електрическа дъга непрекъснато протичат два процеса: освен йонизация, има и дейонизация на атоми и молекули. Последното се осъществява главно чрез дифузия, тоест прехвърляне на заредени частици в околната среда и рекомбинация на електрони и положително заредени йони, които се рекомбинират в неутрални частици с връщането на енергията, изразходвана за тяхното разпадане. В този случай топлината се отвежда в околната среда.

По този начин могат да се разграничат три етапа на разглеждания процес: запалване на дъга, когато поради ударна йонизация и електронна емисия от катода започва дъгов разряд и интензитетът на йонизация е по-висок от дейонизацията, стабилно горене на дъгата, поддържано от термична йонизация в дъгата, когато интензитетът на йонизация и дейонизация е еднакъв, угасване на дъгата, когато интензивността на дейонизацията е по-висока от йонизацията.

Методи за гасене на дъгата в електрически комутационни устройства

За да изключите елементите на електрическата верига и по този начин да изключите повреда на превключващото устройство, е необходимо не само да отворите контактите му, но и да изгасите дъгата, която се появява между тях. Процесите на гасене на дъгата, както и горене, са различни за променлив и постоянен ток. Това се определя от факта, че в първия случай токът в дъгата преминава през нула на всеки полупериод. В тези моменти освобождаването на енергия в дъгата спира и дъгата спонтанно изгасва всеки път, а след това отново светва.

На практика токът в дъгата става близо до нула малко по-рано от пресичането на нулата, тъй като когато токът намалява, енергията, подадена към дъгата, намалява, температурата на дъгата съответно намалява и термичната йонизация спира. В този случай процесът на дейонизация протича интензивно в междината на дъгата. Ако в момента се отворят и бързо отделят контактите, тогава последващата електрическа повреда може да не настъпи и веригата ще бъде изключена без дъга. Това обаче е изключително трудно да се направи на практика и затова се предприемат специални мерки за ускоряване на угасването на дъгата, които осигуряват охлаждане на пространството на дъгата и намаляване на броя на заредените частици.

В резултат на дейонизацията диелектричната якост на процепа постепенно се увеличава и в същото време се увеличава възстановящото се напрежение в него. От съотношението на тези стойности зависи дали дъгата ще светне през следващата половина на периода или не. Ако диелектричната якост на процепа се увеличава по-бързо и е по-голяма от напрежението на възстановяване, дъгата вече няма да се запали, в противен случай дъгата ще бъде стабилна. Първото условие определя проблема за гасене на дъгата.

В превключващите устройства се използват различни методи за гасене на дъгата.

Удължаване на дъгата

Когато контактите се разминават в процеса на изключване на електрическата верига, възникналата дъга се разтяга. В този случай условията за охлаждане на дъгата се подобряват, тъй като повърхността й се увеличава и е необходимо повече напрежение за горене.

Разделяне на дълга дъга на поредица от къси дъги

Ако дъгата, образувана при отваряне на контактите, се раздели на K къси дъги, например чрез затягане в метална решетка, тогава тя ще изгасне. Дъгата обикновено се изтегля в метална решетка под въздействието на електромагнитно поле, индуцирано в решетъчните плочи от вихрови токове. Този метод за гасене на дъгата се използва широко в комутационни устройства за напрежение под 1 kV, по-специално в автоматични въздушни прекъсвачи.

Дъгово охлаждане в тесни слотове

Улеснява се гасенето на дъгата в малък обем. Следователно дъгови улеи с надлъжни процепи се използват широко в превключващите устройства (оста на такъв слот съвпада по посока с оста на дъговия вал). Такава междина обикновено се образува в камери, изработени от изолационни устойчиви на дъга материали. Поради контакта на дъгата със студени повърхности се получава интензивното й охлаждане, дифузия на заредени частици в околната среда и съответно бърза дейонизация.

Освен прорези с плоскоуспоредни стени се използват и прорези с ребра, издатини и удължения (джобове). Всичко това води до деформация на дъговия вал и допринася за увеличаване на площта на контакта му със студените стени на камерата.

Изтеглянето на дъгата в тесни процепи обикновено се случва под въздействието на магнитно поле, взаимодействащо с дъгата, която може да се разглежда като проводник с ток.

Външно магнитно поле за преместване на дъгата най-често се осигурява от намотка, свързана последователно с контактите, между които възниква дъгата. Гасенето на дъга в тесни процепи се използва в устройства за всякакви напрежения.

Гасене на дъга под високо налягане

При постоянна температура степента на йонизация на газа намалява с увеличаване на налягането, докато топлопроводимостта на газа се увеличава. При равни други условия това води до повишено охлаждане на дъгата. Гасенето на дъгата с помощта на високо налягане, създадено от самата дъга в плътно затворени камери, намира широко приложение в предпазители и редица други устройства.

Гасене на дъга в масло

Ако контактите на прекъсвача са поставени в масло, тогава дъгата, която възниква при отварянето им, води до интензивно изпаряване на маслото. В резултат на това около дъгата се образува газов балон (обвивка), състоящ се главно от водород (70 ... 80%), както и маслени пари. Излъчените газове с висока скорост проникват директно в зоната на дъговия вал, предизвикват смесване на студен и горещ газ в мехурчето, осигуряват интензивно охлаждане и съответно дейонизация на дъговата междина. В допълнение, дейонизиращата способност на газовете повишава налягането, създадено по време на бързото разлагане на маслото вътре в балона.

Интензивността на процеса на гасене на дъгата в маслото е толкова по-висока, колкото по-близо дъгата контактува с маслото и толкова по-бързо се движи маслото спрямо дъгата. Предвид това, междината на дъгата е ограничена от затворено изолационно устройство - улей за дъга. В тези камери се създава по-близък контакт на маслото с дъгата и с помощта на изолационни плочи и изпускателни отвори се образуват работни канали, през които се движат маслото и газовете, осигуряващи интензивно продухване (продухване) на дъгата.

Според принципа на действие дъговите улеи са разделени на три основни групи: с автоматично продухване, когато се създава високо налягане и скорост на движение на газа в зоната на дъгата поради енергията, освободена в дъгата, с принудително продухване на масло със специални помпени хидравлични механизми, с магнитно закаляване в масло, когато дъгата под действието на магнитното поле се движи в тесни процепи.

Най-ефективните и прости дъгови улеи с автоматично издухване. В зависимост от разположението на каналите и изпускателните отвори се разграничават камери, в които се осигурява интензивно продухване на газопарната смес и маслените потоци по дъгата (надлъжен взрив) или напречно на дъгата (напречен взрив). Разгледаните методи за гасене на дъгата намират широко приложение в прекъсвачи за напрежение над 1 kV.

Други начини за гасене на дъгата в устройства за напрежение над 1 kV

В допълнение към горните методи за гасене на дъгата, те използват и: сгъстен въздух, чийто поток духа по дължината или напречно на дъгата, осигурявайки нейното интензивно охлаждане (вместо въздух се използват и други газове, често получени от твърд газ- генериращи материали - влакна, винилова пластмаса и др. - за поради разлагането им от самата горяща дъга), SF6 (серен хексафлуорид), който има по-висока електрическа якост от въздуха и водорода, в резултат на което дъгата гори в тази газ, дори при атмосферно налягане, бързо се гаси, силно разреден газ (вакуум), при отваряне на контакти, в които дъгата не светва отново (изгасва) след първото преминаване на тока през нула.

Последни публикации

Здравейте на всички посетители на моя блог. Темата на днешната статия е електрическа дъга и защита срещу електрическа дъга. Темата не е случайна, пиша от болница Склифосовски. Познайте защо?

Какво е електрическа дъга

Това е един от видовете електрически разряд в газ (физическо явление). Нарича се още - Arc discharge или Voltaic arc. Състои се от йонизиран, електрически квазинеутрален газ (плазма).

Може да възникне между два електрода, когато напрежението между тях се увеличи или когато те се приближават един към друг.

Накратко за Имоти: температура на електрическата дъга, от 2500 до 7000 °C. Не е малка температура обаче. Взаимодействието на металите с плазмата води до нагряване, окисляване, топене, изпаряване и други видове корозия. Придружено от светлинно излъчване, взривна и ударна вълна, свръхвисока температура, огън, освобождаване на озон и въглероден диоксид.

В интернет има много информация за това какво е електрическа дъга, какви са нейните свойства, ако се интересувате от повече подробности, вижте. Например в en.wikipedia.org.

Сега за моя инцидент. Трудно е да се повярва, но преди 2 дни директно се сблъсках с това явление и то безуспешно. Беше така: на 21 ноември, на работа, бях инструктиран да направя окабеляването на лампите в разклонителната кутия и след това да ги свържа към мрежата. Нямаше проблеми с окабеляването, но когато влязох в щита, възникнаха някои трудности. Жалко, че андройдът забрави къщата си, не направи снимка на електрическото табло, иначе щеше да е по-ясно. Може би ще направя повече, когато дойда на работа. И така, щитът беше много стар - 3 фази, нулева шина (известна още като заземяване), 6 автомата и пакетен комутатор (изглежда, че всичко е просто), състоянието първоначално не беше достоверно. Дълго време се борих с нулева гума, тъй като всички болтове бяха ръждясали, след което лесно сложих фазата на машината. Всичко е наред, проверих лампите, работят.

След това той се върна при щита, за да постави внимателно жиците и да го затвори. Искам да отбележа, че електрическото табло беше на височина ~ 2 метра, в тесен проход и за да стигна до него, използвах стълба (стълба). Полагайки проводниците, открих искри по контактите на други машини, които накараха лампите да мигат. Съответно разширих всички контакти и продължих да проверявам останалите проводници (за да го направя веднъж и да не се връщам към това отново). След като открих, че единият контакт на чантата има висока температура, реших да го удължа и него. Взех отвертка, облегнах я на винта, завъртя я, бум! Имаше експлозия, проблясък, бях хвърлен назад, удряйки се в стената, паднах на пода, нищо не се виждаше (ослепяваше), щитът не спря да избухва и бръмчи. Защо защитата не работи не знам. Усещайки падащите искри върху мен, осъзнах, че трябва да се измъкна. Излязох с докосване, пълзяйки. След като излезе от този тесен проход, той започна да се обажда на партньора си. Още в този момент усетих, че нещо не е наред с дясната ми ръка (държах отвертка с нея), усетих се ужасна болка.

Заедно с моя партньор решихме, че трябва да бягаме до пункта за първа помощ. Какво се случи след това, мисля, че не си струва да се разказва, те просто ужилиха и отидоха в болницата. Никога няма да забравя този ужасен звук от дълго късо съединение - сърбеж с бръмчене.

Сега съм в болницата, имам охлузване на коляното, лекарите смятат, че съм бил шокиран, това е изход, така че следят сърцето ми. Вярвам, че токът не ме победи, но изгарянето на ръката ми беше причинено от електрическа дъга, възникнала по време на късото съединение.

Какво се случи там, защо се случи късото съединение, все още не знам, мисля, че при завъртане на винта самият контакт се премести и се получи късо съединение между фаза или имаше оголен проводник зад пакета превключвател и когато винтът се приближи електрическа дъга. Ще разбера по-късно дали ще го разберат.

По дяволите, отидох за превръзка, толкова ми увиха ръката, че пиша с една останала сега)))

Не съм правил снимка без превръзки, не е много приятна гледка. Не искам да плаша начинаещи електротехници ....

Какви са мерките за защита от електрическа дъга, които могат да ме защитят? След като анализирах интернет, видях, че най-популярното средство за защита на хората в електрически инсталации от електрическа дъга е топлоустойчивият костюм. В Северна Америка са много популярни специални автоматични машини на Siemens, които предпазват както от електрическа дъга, така и от максимален ток. В Русия в момента такива машини се използват само във високоволтови подстанции. В моя случай диелектрична ръкавица би ми била достатъчна, но помислете сами как да свържете лампи в тях? Много е неудобно. Също така препоръчвам да използвате очила, за да предпазите очите си.

В електрическите инсталации борбата срещу електрическата дъга се извършва с помощта на вакуумни и маслени прекъсвачи, както и чрез използване на електромагнитни намотки заедно с дъгови улеи.

това е всичко? Не! Най-надеждният начин да се предпазите от електрическа дъга според мен са работа за облекчаване на стреса . Не знам за вас, но аз няма да работя повече под стрес...

Това е моята статия електрическа дъгаи защита от дъгазавършва. Има ли нещо за добавяне? Оставете коментар.

В книгата „Новини за галванично-волтаични експерименти с помощта на огромна батерия, понякога състояща се от 4200 медни и цинкови кръга“ (Санкт Петербург, 1803 г.). Електрическата дъга е специален случай на четвъртата форма на състоянието на материята - плазмата - и се състои от йонизиран, електрически квазинеутрален газ. Наличието на свободни електрически заряди осигурява проводимостта на електрическата дъга.

физически явления

Електрическа дъга между два електрода във въздуха при атмосферно налягане се образува, както следва:

Когато напрежението между двата електрода се повиши до определено ниво във въздуха, между електродите възниква електрически пробив. Електрическото пробивно напрежение зависи от разстоянието между електродите и други фактори. Йонизационният потенциал на първия електрон на металните атоми е приблизително 4,5 - 5 V, а напрежението на дъгата е два пъти по-голямо (9 - 10 V). Необходимо е да се изразходва енергия за изхода на електрон от металния атом на единия електрод и за йонизацията на атома на втория електрод. Процесът води до образуване на плазма между електродите и изгаряне на дъга (за сравнение: минималното напрежение за образуване на искров разряд леко надвишава изходния потенциал на електроните - до 6 V).

За иницииране на пробив при наличното напрежение, електродите се доближават един до друг. По време на повреда обикновено се появява искра между електродите, като импулсно затваря електрическата верига. Електроните в искровите разряди йонизират молекулите във въздушната междина между електродите. При достатъчна мощност на източника на напрежение във въздушната междина се образува достатъчно количество плазма за значителен спад в напрежението на пробив или съпротивлението на въздушната междина. В този случай искровите разряди се превръщат в дъгов разряд - плазмен кабел между електродите, който представлява плазмен тунел. Получената дъга всъщност е проводник и затваря електрическата верига между електродите. В резултат на това средният ток се увеличава още повече, загрявайки дъгата до 5000-50000. В този случай се счита, че запалването на дъгата е завършено. След запалване стабилното горене на дъгата се осигурява чрез термойонна емисия от катода, нагрят от ток и йонна бомбардировка.

След запалване дъгата може да остане стабилна, когато електрическите контакти са разделени до определено разстояние.

Взаимодействието на електродите с дъговата плазма води до тяхното нагряване, частично топене, изпаряване, окисляване и други видове корозия.

По време на работа на електрически инсталации с високо напрежение, при които появата на електрическа дъга е неизбежна при превключване на електрическа верига, борбата срещу нея се извършва с помощта на електромагнитни намотки, комбинирани с дъгови улеи. Сред другите методи е известно използването на вакуумни, въздушни, SF6 и маслени прекъсвачи, както и методи за отклоняване на тока към жив товар, който независимо прекъсва електрическата верига.

Дъгова структура

Електрическата дъга се състои от катодни и анодни области, дъгова колона, преходни области. Дебелината на анодната област е 0,001 mm, катодната област е около 0,0001 mm.

Температурата в анодната област по време на заваряване на консумативи електроди е около 2500 ... 4000 ° C, температурата в стълба на дъгата е от 7000 до 18 000 ° C, в катодната област - 9000 - 12000 ° C.

Дъговата колона е електрически неутрална. Във всеки от нейните участъци има еднакъв брой заредени частици с противоположни знаци. Спадът на напрежението в стълба на дъгата е пропорционален на дължината му.

Заваръчните дъги се класифицират според:

• Електродни материали - с консумативен и неконсуматив електрод;
• Степени на компресия на колоната - свободна и компресирана дъга;
• Според използвания ток - дъга на постоянен ток и дъга на променлив ток;
• Според полярността на постоянния електрически ток - директна полярност ("-" на електрода, "+" - на продукта) и обратна полярност;
• При използване на променлив ток - еднофазни и трифазни дъги.

Саморегулираща се дъга

При възникване на външно смущение - промяна в мрежовото напрежение, скоростта на подаване на тел и др. - възниква нарушение в установеното равновесие между скоростта на подаване и скоростта на топене. С увеличаване на дължината на дъгата във веригата заваръчният ток и скоростта на топене на електродната тел намаляват, а скоростта на подаване, оставаща постоянна, става по-голяма от скоростта на топене, което води до възстановяване на дължината на дъгата. С намаляване на дължината на дъгата скоростта на топене на телта става по-голяма от скоростта на подаване, което води до възстановяване на нормалната дължина на дъгата.

Ефективността на процеса на саморегулиране на дъгата се влияе значително от формата на характеристиката на тока-напрежение на източника на енергия. Високата скорост на трептене на дължината на дъгата се изработва автоматично с твърда характеристика ток-напрежение на веригата.

Полезно приложение

Електрическо заваряване

Електрическата дъга се използва при електрическо заваряване на метали, за топене на стомана (дъгова стоманена пещ) и при осветление (в дъгови лампи). Понякога се използва свойството на нелинейната волт-амперна характеристика на дъгата (виж Полева машина за гасене).

Източници на светлина

Борба с електрическа дъга

В редица устройства явлението електрическа дъга е вредно. Това са преди всичко контактни комутационни устройства, използвани в електрозахранването и електрическото задвижване: превключватели за високо напрежение, автоматични превключватели, контактори, секционни изолатори в контактната мрежа на електрифицираните железници и градския електротранспорт. При изключване на товарите от горните устройства възниква дъга между прекъсващите контакти.

Механизмът за възникване на дъга в този случай е както следва:

• Намаляване на контактното налягане - броят на контактните точки намалява, съпротивлението в контактния възел се увеличава;
• Началото на разминаването на контактите - образуване на "мостове" от разтопения метал на контактите (в местата на последните контактни точки);
• Разкъсване и изпаряване на "мостове" от разтопен метал;
• Образуването на електрическа дъга в метални пари (което допринася за по-голяма йонизация на контактната междина и затруднения при гасене на дъгата);
• Стабилна дъга с бързо изгаряне на контактите.

За минимално увреждане на контактите е необходимо дъгата да се изгаси за минимално време, като се положат всички усилия, за да не се намира дъгата на едно място (когато дъгата се движи, отделената в нея топлина ще бъде равномерно разпределена по тялото на контактът).

За да се изпълнят горните изисквания, се използват следните методи за потискане на дъгата:

• охлаждане на дъгата от потока на охлаждащата среда - течност (маслен ключ); газ - (въздушен прекъсвач, автоматичен газов прекъсвач, маслен прекъсвач, SF6 прекъсвач) и потокът на охлаждащата среда може да преминава както по дължината на дъгата (надлъжно затихване), така и напречно (напречно затихване); понякога се използва надлъжно-напречно затихване;
• използване на капацитета за гасене на дъгата на вакуума - известно е, че когато налягането на газовете около превключваните контакти намалее до определена стойност, вакуумният прекъсвач води до ефективно гасене на дъгата (поради липса на носители за образуване на дъга) .
• използване на по-устойчив на дъга контактен материал;
• използването на контактен материал с по-висок йонизационен потенциал;
• използването на дъгообразни решетки (автоматичен превключвател, електромагнитен превключвател). Принципът на прилагане на потискане на дъгата върху решетките се основава на прилагането на ефекта на почти катодния спад в дъгата (по-голямата част от спада на напрежението в дъгата е спада на напрежението при катода; дъговият улей всъщност е поредица от последователни контакти за дъгата, която е попаднала там).
• използването на дъгови улеи - попадайки в камера, изработена от устойчив на дъга материал, като например слюдена пластмаса, с тесни, понякога зигзагообразни канали, дъгата се разтяга, свива и се охлажда интензивно от контакт със стените на камерата.
• използването на "магнитен взрив" - тъй като дъгата е силно йонизирана, тогава в първо приближение тя може да се разглежда като гъвкав проводник с ток; Чрез създаване на специални електромагнити (свързани последователно с дъгата), магнитно поле може да създаде движение на дъгата, за да разпредели равномерно топлината върху контакта и да я задвижи в дъгови улей или решетка. Някои конструкции на прекъсвачи създават радиално магнитно поле, което придава въртящ момент на дъгата.
• шунтиране на контакти в момента на отваряне на силов полупроводников ключ с тиристор или триак, свързан паралелно с контактите, след отваряне на контактите, полупроводниковият ключ се изключва в момента на преминаване на напрежението през нула (хибриден контактор, тирикон).
.
• искров разряд- статия от Голямата съветска енциклопедия.
• Райзер Ю.П.Физика на газовия разряд. - 2-ро изд. - М. : Наука, 1992. - 536 с. - ISBN 5-02014615-3.
• Rodshtein L. A. Електрически устройства, L 1981
• Клеричи, Матео; Ху, И; Ласонде, Филип; Милиан, Карлес; Куайрон, Арно; Христодулидес, Деметриос Н.; Чен, Джиган; Раззари, Лука; Видал, Франсоа (01.06.2015 г.). „Лазерно насочване на електрически разряди около обекти“. Научни постижения 1(5): e1400111. Bibcode:2015SciA….1E0111C. doi:10.1126/sciadv.1400111. ISSN 2375-2548.

Появата на електрическа дъга и нейните свойства, процесите, които предизвикват раждане и поддържат горенето, както и конструктивни решения в комутационни устройства за гасене на дъгов разряд.

Резюме на статията:

Свойства на електрическа дъга или дъгов разряд

В електротехниката (автоматични превключватели, ножови превключватели, контактори) при изключване на натоварена верига се ражда електрическа дъга.

Да зададем границите: по-долу са описани процесите, характерни за устройства с номинал токове от 1 до 2000 ампераи предназначени за работа в мрежи с напрежение до 1000 волта(оборудване с ниско напрежение). За високоволтово оборудване има други условия за възникване и изгаряне на дъгата.

Важни параметри на електрическата дъга:

• дъгов разряд може да се развие само при високи токове (за метал този ток е 0,5 ампера);
• температурата в дъговия вал е значителна и е около 6-18 хиляди келвина (често 6-10 хиляди келвина);
• спадът на напрежението на катода е незначителен и е равен на 10-20 волта.

Дъговият разряд условно е разделен на три зони:

• близо до катоден;
• дъга ствол (основна част);
• близо до анод.

В избраните зони йонизацията и дейонизацията протичат по различен начин:

• йонизация- процесът на разпадане на неутрален атом в отрицателен електрон и положителен йон;
• дейонизация- процес, противоположен на йонизацията (антоним), при който електрон и йон се сливат в неутрална частица.

2-минутното видео функции заснемане на гасене на електрическа дъгав модулен прекъсвач на ABB:

Процеси, съпътстващи раждането на електрическа дъга

В началния етап на отглеждане основните контакти дъгата се раждапо време на следните процеси:

• термионна емисия (изпускане на отрицателни електрони от нагрятата контактна повърхност);
• полева емисия (отделяне на електрони от катода под въздействието на значително електрическо поле).

Термионна емисия. При прекъсване на контактите в областта на последната контактна зона се образува зона с разтопена мед със съответната температура. Медта се изпарява на отрицателния електрод от така нареченото катодно петно, което е източник на свободни електрони. Този процес се влияе от: температура и метал на контактните повърхности; достатъчно е да се създаде електрическа дъга, но не е достатъчно за поддържане на нейното горене.

Полева емисия. Въздушното пространство между контактите може да се разглежда като вид кондензатор, чийто капацитет в първия момент е неограничен, а след това намалява в зависимост от нарастващата междина между подвижния и фиксирания контакт. Описаният кондензатор постепенно се презарежда и напрежението в него се сравнява с напрежението на главната верига. Силата на електрическото поле достига стойности, при които възникват условия за излизане на електрони от повърхността на незагрят катод.

Съотношението на влиянието на описаните процеси върху инициирането на дъгата зависи от силата на изключения ток, метала на контактната група, чистотата на контактната повърхност, скоростта на разделяне на контактите и други фактори. Доминирането на един вид емисия над друг е индивидуално.

Поддържащи дъга процеси.

С помощта на следните механизми на взаимодействие на частиците се създават условия за горящ разряд:

• йонизация чрез тласък (ускореният електрон се разбива в неутрална частица и „избива“ и електрона);
• термична йонизация (разрушаване на неутрални атоми при значителни температури).

Пусна йонизация. Свободен електрон с определена скорост е в състояние да раздели неутрална частица на електрон и йон. Новополучения електрон е в състояние да разруши вътрешните връзки на следващата частица, което води до верижна реакция. Скоростта на електрона е функция на разликата в потенциала в областта на движение (достатъчен потенциал за избиване на електрон: 13 - 16 волта за кислород, водород, азот; 24 волта за хелий; 7,7 волта за медни пари) .

Термична йонизация. При високи температури скоростите на частиците в плазмата се увеличават, което води до разрушаване на неутралните атоми по принципа на йонизация чрез тласък.

Едновременно с процесите на йонизация протичат процеси на дейонизация поради рекомбинация (взаимният контакт на частиците "-" и "+" води до тяхното сливане в неутрален атом) и дифузия (електроните излизат от дъгата във външната среда, където се намират абсорбира при нормални условия).

Съществен фактор за продължаване на дъгата в нашия случай е термична йонизация,следователно, за гасене на изхвърлянето прилага се охлаждане на ствола му(контакт с материал с висока топлопроводимост), както и удължаванесамата дъга в отреденото за нея пространство.

Методи за гасене на електрическа дъга

За да се ограничи отрицателното въздействие на електрическата дъга върху контактите на превключващото устройство и неговите компоненти, дъгата трябва да се изгаси възможно най-скоро. Отрицателните въздействия включват:

• високи температури (топене, изпаряване на контактния материал);
• създаването на провлак проводници на електрически ток (дъгата лесно провежда ток, следователно може да го провежда в области, които не провеждат ток при нормална работа);
• нарушение на нормалната електрическа верига на апарата (разрушаване на изолацията).

Дъгае конкретно проявление на едно от състоянията на материята, наречено плазма. Дъговата цев има високи температури и голямо количество свободни йони. Тъй като основната факторът, който удължава горенето е термичната йонизация, тогава трябва интензивно охладете цевтаелектрическа дъга. За тези цели в комутационни устройства Приложиследните конструктивни решения:

• магнитен взрив или инжектиране на охлаждаща течност или газ, за ​​да се удължи дъгата (б относноПо-голяма повърхност, повече топлина се разсейва
• дейонна решетка или набор от профилирани стоманени плочи, които едновременно работят като радиатори и разделят дъгата на отделни компоненти;
• улей за дъга от прорезен тип, изработен от материал с висока топлопроводимост и устойчивост на високи температури (електрическа дъга, в контакт с материала на камерата, отделя топлинна енергия);
• създаване на затворено пространство от материал, който отделя газ под въздействието на температурата (високото газово налягане предотвратява изгарянето на дъгата);
• специални контактни сплави за намаляване на съдържанието на метали в плазмата;
• изпомпване на въздух от почти контактното пространство, за да се създаде вакуум (без вещество - без йонизация);
• в устройства за променлив ток, отворени в момента, в който токът преминава през нула (по-малко енергия за създаване на дъга);
• да въведе в пролуката, между разминаващи се контакти, полупроводници, които ще възприемат тока и няма да позволят на дъгата да пламне;
• прилагайте двойно прекъсване във веригата (изключвайки част от проводника от веригата, разстоянието между катода и анода незабавно и значително се увеличава).

Библиография

Марков A.M. Електрически и електронни устройства. Част 1. Електромеханични устройства. - Псков: Издателство Псков ГУ, 2013 - 128 с (връзка към книгата на страницата "Ценоразпис").

При комутационни електрически устройства, предназначени да затварят и отварят верига с ток, когато са изключени, a електрически разрядв газ или под формата на светещ разряд, или във формата дъги. Светещ разряд възниква, когато токът е под 0,1A, а напрежението на контактите е 250-300V. Тлеещ разряд възниква на контактите на релета с ниска мощност. Дъговият разряд се наблюдава само при големи токове. Минималният ток за метали е 0,4-0,9A.

При дъговия разряд се разграничават три области: близо до катода, областта на дъговия вал и близо до анода (фиг. 15).

Ориз. 15. Области на дъгово разреждане

Близо катодна областзаема много малко пространство (общата дължина на него и анодната област е около 10 -6 m). Спадът на напрежението в него е 10-20V и практически не зависи от тока. Средната сила на електрическото поле достига 100 kV/cm. Такава много висока сила на електрическото поле, достатъчна за ударна йонизация на газ (въздух при нормално атмосферно налягане) или пари на катодния материал, се дължи на наличието на некомпенсиран положителен пространствен заряд в тази област. Въпреки това, поради малката степен на близо катодната област, електроните не получават скорост, достатъчна за ударна йонизация. Най-често след удара атомът преминава във възбудено състояние (електронът на атома отива в орбита, по-отдалечена от ядрото). Сега е необходима по-малко енергия за йонизиране на възбудения атом. Тази йонизация се нарича стъпи. При стъпаловидна йонизация е необходимо многократно (няколко десетки) въздействие на електрони върху атом.

Наличието на некомпенсиран положителен пространствен заряд до голяма степен определя изключително високата плътност на тока на катода - 100-1000 A/mm 2 .

Положителните йони се ускоряват в полето на падане на напрежението на катода и бомбардират катода. При удар, йоните предават енергията си на катода, нагрявайки го и създавайки условия за освобождаване на електрони, термионна емисияелектрони от катода .

Площ на дъгатае газообразна, термично възбудена йонизирана квазинеутрална среда-плазма, в която под въздействието на електрическо поле носителите на заряд (електрони и йони) се придвижват към електродите с противоположен знак.

Средната сила на електрическото поле е около 20-30V/cm, което не е достатъчно за ударна йонизация. Основният източник на електрони и йони е термичната йонизация, когато при висока температура скоростта на неутралните частици се увеличава толкова много, че при сблъсък те се йонизират.

Анодна област, който има много малка степен, също се характеризира с рязък спад на потенциала поради наличието на некомпенсиран отрицателен пространствен заряд. Електроните се ускоряват в полето на спада на анодното напрежение и бомбардират анода, който се нагрява до температура, обикновено по-висока от температурата на катода. Близоанодната област не оказва значително влияние върху появата и съществуването на дъгов разряд. Задачата на анода е да приема потока от електрони от дъгата.

Ако U c<(U к +U А), то дуга называется короткой, она характерна для некоторых низковольтных аппаратов.

Ако U c > (U до + U A), тогава дъгата се нарича дълга, тя е типична за устройства с високо напрежение.

Статична характеристика ток-напрежение- Установява връзка между различни стойности на постоянен постоянен ток и спада на напрежението в дъгата при постоянна дължина на дъгата и постоянни условия на горене на дъгата. В този случай при всяка стойност на стационарния постоянен ток се установява топлинен баланс (количеството топлина, отделена в дъгата, е равно на количеството топлина, отделено от дъгата в околната среда)

където м- индикатор в зависимост от вида (метода) на въздействие на околната среда върху дъговия вал; А ме константа, определена от интензитета на топлопреминаване в зоната на дъговия вал при даден ( м) начинът на излагане на околната среда; л -дължината на дъгата.

Характеристиката има падащ характер. С увеличаване на силата на тока се увеличават термойонната емисия на електрони от катода и степента на йонизация на дъгата, в резултат на което съпротивлението на дъгата намалява. Освен това скоростта на намаляване на съпротивлението на дъгата е по-висока от скоростта на текущия растеж.

Динамична характеристика ток-напрежение- установява връзка между тока, който се променя по определен начин във времето, и спада на напрежението в дъгата при постоянна дължина на дъгата и постоянни условия за нейното изгаряне. В този случай скоростта на промяна на тока е такава, че топлинният баланс няма време да се установи, промяната в съпротивлението на дъгата изостава от промяната в тока.

С увеличаване на тока динамичната характеристика (крива В на фиг. 16) става по-висока от статистическата (крива А на фиг. 16), тъй като при бързо нарастване на тока съпротивлението на дъгата пада по-бавно, отколкото токът се увеличава. При намаляване то е по-ниско, тъй като в този режим съпротивлението на дъгата е по-малко, отколкото при бавна промяна на тока (крива С на фиг. 16).

Динамичната реакция до голяма степен се определя от скоростта на промяна на тока в дъгата. Ако във веригата се въведе много голямо съпротивление за безкрайно малко време в сравнение с термичната времева константа на дъгата, тогава през времето, когато токът падне до нула, съпротивлението на дъгата ще остане постоянно. в този случай динамичната характеристика ще бъде изобразена с права линия, минаваща към началото на координатите (права линия D на фиг. 16), т.е. дъгата се държи като метален проводник, тъй като напрежението през дъгата е пропорционално на текущ.

Условия за стабилно горене и гасене на DC дъга. Помислете за DC верига (фиг. 17).

Фиг.17. Дъг в DC верига

За разглежданата верига

Очевидно стационарният режим, когато дъгата гори стабилно, ще бъде този, при който токът във веригата не се променя, т.е. При този режим скоростта на нарастване на броя на йонизираните частици е равна на скоростта на тяхното изчезване в резултат на дейонизиращи процеси - установява се динамично равновесие.

Графиката показва падащата характеристика ток-напрежение на дъгата и наклонената права линия U-iR. От (48) следва, че

От тук е очевидно, че в точки 1 и 2. Освен това точка 1 е точка на нестабилно равновесие; произволно, произволно малки отклонения на тока или водят до увеличаване на тока до стойност аз 2, или го намалете до нула. В точка 2 дъгата гори стабилно; произволни малки отклонения на тока в една или друга посока го връщат към стойността аз 2. От графиката може да се види, че дъгата при всички стойности на тока не може да гори стабилно, ако спадът на напрежението в дъгата () надвишава напрежението, подадено на дъгата от източника ()

По този начин, за да се гаси дъгата, е необходимо да се създадат условия, при които спадът на напрежението в дъгата би надвишил напрежението, подадено към дъгата от източника, в границата на мрежовото напрежение.

За гасене на дъгата се използват три явления:

1. Увеличаване на дължината на дъгата чрез разтягането й.

Колкото по-дълга е дъгата, толкова по-голямо е напрежението, необходимо за нейното съществуване (колкото по-висока е нейната токово-волтова характеристика - (крива U 1 d на фиг. 17). Ако напрежението, подавано към дъгата от източника (прав), се окаже по-малко от характеристиката токово напрежение на дъгата - (крива U 1д), тогава няма условия за стабилно изгаряне на дъгата, дъгата изгасва.

Това е най-лесният, но и най-неефективният начин. Например, за да се гаси например дъга с ток 100A при напрежение 220 V, е необходимо дъгата да се разтегне на разстояние от 25 ÷ 30 cm, което е практически невъзможно да се направи в електрически устройства (размерите се увеличават). Следователно този метод се използва като основни само електрически устройства с ниско напрежение (релета, магнитни стартери, превключватели).

2. Въздействие върху дъговия вал чрез охлаждане, като се постига увеличаване на градиента на надлъжното напрежение.

2.1 Гасене на дъга в тесни пролуки(фиг. 18). Ако дъгата гори в тесен процеп, образуван от устойчив на дъга материал, тогава поради контакт със студени повърхности се получава интензивно охлаждане и дифузия на заредени частици от канала на дъгата в околната среда. Това води до угасване на дъгата. Методът се използва в устройства за напрежение до 1000V.

Ориз. 18. Гасене на дъгата в тесни процепи

2.2 Гасене на дъга в масло(фиг.19) . Ако контактите на разединителното устройство са поставени в масло, тогава дъгата, която възниква при отваряне, води до интензивно образуване на газ и изпаряване на маслото. Около дъгата се образува газов балон, състоящ се предимно от водород, който има високи дъгогасителни свойства. Повишеното налягане вътре в газовия мехур допринася за по-доброто охлаждане на дъгата и нейното угасване. Методът се използва в устройства за напрежение над 1000V.

2.3 Газовъздушен взрив(фиг.20) . Охлаждането на дъгата се подобрява, ако се създаде насочено движение на газовете - издухване по или напречно на дъгата .

Фиг. 20. Газовъздушен взрив: а - по дъгата, б - напречно на дъгата .

Методът се използва в устройства за напрежение над 1000V.

3. Използване на близо електроден спад на напрежението.

Разделяне на дълга дъга на поредица от къси(фиг. 21). Ако дълга дъга бъде изтеглена в дъгов улей с метални пластини (дъгова решетка), тогава тя ще бъде разделена на Пкъси дъги. При всяка решетъчна плоча възникват спадове на напрежението в близост до електрода. Поради сумата от спада на напрежението близо до електрода, общият спад на напрежението става по-голям от този, даден от източника на захранване, и дъгата изгасва. Дъгата изгасва, ако У където У- мрежово напрежение: U котка- катоден спад на напрежението (20-25 V в DC дъга; 150-250 V в AC дъга). Методът се използва в устройства за напрежение над 1000V.

Фиг.21. Разделяне на дълга дъга на поредица от къси

Гасенето на дъгата се улеснява от газове с висок разряд или газове под високо налягане, използвани като вътрешна изолация на устройства за напрежение над 1000V.

Гасене на дъга във вакуум.Силно разреден газ има електрическа якост десет пъти по-голяма от газ при атмосферно налягане; използва се във вакуумни контактори и превключватели.

Гасене на дъга в газове с високо налягане.Въздухът при налягане от 2 MPa или повече има висока електрическа якост, което прави възможно създаването на компактни пожарогасителни устройства във въздушните прекъсвачи. Използването на серен хексафлуорид SF 6 (SF6) е ефективно за гасене на дъга.

Условия за гасене на дъга с променлив ток.

Оставете контактите да се разделят в точка а. Между тях се запалва дъга. До края на полупериода, поради намаляване на тока, съпротивлението на вала на дъгата се увеличава и съответно напрежението в дъгата се увеличава. Когато токът се доближи до нула, към дъгата се подава ниска мощност, температурата на дъгата намалява, термичната йонизация съответно се забавя и процесите на дейонизация се ускоряват - дъгата изгасва (точка 0 ). Токът във веригата се прекъсва преди естественото му преминаване през нула. Напрежение, съответстващо на прекъсване на тока - пик на затихване U g.

Ориз. 22. Гасене на AC дъга с активен товар

След изгасване на дъгата настъпва процесът на възстановяване на електрическата якост на дъговата междина (крива a 1 - b 1). Под електрическа якост на междината на дъгата се разбира напрежението, при което настъпва електрически пробив на междината. Първоначалната електрическа якост (точка а 1) и скоростта на нейното нарастване зависят от свойствата на дъгогасителното устройство. В момента t1кривата на напрежението върху междината на дъгата се пресича с кривата на възстановяване на електрическата якост на междинната дъга - дъгата се запалва. Напрежение при запалване на дъгата - пик на запалване Нас. Кривата на напрежението на дъгата има седловидна форма.

В точката 0 1 дъгата отново изгасва и възникват процеси, подобни на описаните по-рано. Към момента 0 1 поради разминаването на контактите дължината на дъгата се увеличава, отвеждането на топлината от дъгата се увеличава, съответно, и първоначалната електрическа якост (точка а 2) и скоростта на нейното нарастване (крива а 2 - в 2) съответно увеличават. Съответно се увеличава и мъртвото време. 0 1 - t2 > 0 -t1 .

В момента t2дъгата се запалва отново. В точката 0 11 дъгата е угасена. Първоначалната електрическа сила нараства отново (точка a 3) и скоростта на нейното нарастване (крива a 3 -b 3). Кривата на напрежението не се пресича с кривата на увеличение на диелектричната якост. Дъгата не се запалва по време на този полупериод.

В отворена дъга при високо напрежение(пролука на рог), определящ фактор е активното съпротивление на силно разтегната дъгова вала.Условията за гасене на AC дъгата се доближават до условията за гасене на DC дъга, а процесите след преминаване на тока през нула имат малък ефект върху гасене на дъгата.

При индуктивен товар мъртвото време е много малко (приблизително 0,1 µs), тоест дъгата гори почти непрекъснато. Изключването на индуктивен товар е по-трудно от резистивния. Тук няма прекъсване.

Като цяло процесът на образуване на дъга при променлив ток е по-лесен, отколкото при постоянен ток. Рационално условие за гасене на дъга на променлив ток трябва да се счита за такова, когато гасене се извършва при първото пресичане на нула на тока след отваряне на контактите.

Въпроси за самопроверка:

· Области на дъгов разряд.

· Статична характеристика ток-напрежение.

· Динамична ток-волтажна характеристика.

· Условия за стабилно горене и гасене на постояннотокова дъга.

Какви явления се използват за гасене на дъгата?

· Условия за гасене на AC дъга.

Ние също препоръчваме

• Продуктивно и репродуктивно мислене
• Разумният егоизъм - каква е теорията за разумния егоизъм?
• Борис Николаевич Елцин, първият президент на Русия
• Подземни битки. Подземни крале. Какво е „борбата не за масите“? Къде можеш да се бориш за пари?
• Яков Павлов и други герои от Сталинград, които трябва да знаете
• Преживейте катастрофа в морето насън - в действителност изживейте нова любов