Процесс образования электрической дуги и способы ее гашения. Электрическая дуга возникает приЛЕКЦИЯ_5ЛЕКЦИЯ 5 ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА Возникновение и физические процессы в электрической дуге. Размыкание электрической цепи при значительных токах и напряжениях сопровождается электрическим разрядом между расходящимися контактами. Воздушный промежуток между контактами ионизируется и становится проводящим, в нем горит дуга. Процесс отключения состоит в деионизации воздушного промежутка между контактами, т. е. в прекращении электрического разряда и восстановлении диэлектрических свойств. При особых условиях: малых токах и напряжениях, разрыве цепи переменного тока в момент перехода тока через нуль, может произойти без электрического разряда. Такое отключение называется безыскровым разрывом. Зависимость падения напряжения на разрядном промежутке от тока электрического разряда в газах приведена на рис. 1.
Электрическая дуга сопровождается высокой температурой. Поэтому дуга – явление не только электрическое, но и тепловое. В обычных условиях воздух хороший изолятор. Для пробоя 1см воздушного промежутка требуется напряжение 30кВ. Чтобы воздушный промежуток стал проводником, необходимо создать в нем определенную концентрацию заряженных частиц: свободных электронов и положительных ионов. Процесс отделения от нейтральной частицы электронов и образования свободных электронов и положительно заряженных ионов называется ионизацией. Ионизация газа происходит под действием высокой температуры и электрического поля. Для дуговых процессов в электрических аппаратах наибольшее значение имеют процессы у электродов (термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии) и процессы в дуговом промежутке (термическая и ударная ионизация). Термоэлектронной эмиссией называется испускание электронов с накаленной поверхности. При расхождении контактов резко возрастают переходное сопротивление контакта и плотность тока в площадке контактирования. Площадка разогревается, расплавляется и образуется контактный перешеек из расплавленного металла. Перешеек при дальнейшем расхождении контактов разрывается и происходит испарение металла контактов. На отрицательном электроде образуется раскаленная площадка (катодное пятно), которая служит основанием дуги и очагом излучения электронов. Термоэлектронная эмиссия является причиной возникновения электрической дуги при размыкании контактов. Плотность тока термоэлектронной эмиссии зависит от температуры и материала электрода. Автоэлектронной эмиссией называется явление испускания электронов с катода под воздействием сильного электрического поля. При разомкнутых контактах к ним приложено напряжение сети. При замыкании контактов, по мере приближения подвижного контакта к неподвижному растет напряженность электрического поля между контактами. При критическом расстоянии между контактами напряженность поля достигает 1000 кВ/мм. Такой напряженности электрического поля достаточно для вырывания электронов из холодного катода. Ток автоэлектронной эмиссии мал служит только началом дугового разряда. Таким образом, возникновение дугового разряда на расходящихся контактах объясняется наличием термоэлектронной и автоэлектронной эмиссий. Возникновения электрической дуги при замыкании контактов происходит по причине автоэлектронной эмиссия. Ударной ионизацией называется возникновение свободных электронов и положительных ионов при столкновении электронов с нейтральной частицей. Свободный электрон разбивает нейтральную частицу. В результате получатся новый свободный электрон и положительный ион. Новый электрон, в свою очередь, ионизирует следующую частицу. Чтобы электрон мог ионизировать частицу газа, он должен двигаться с определенной скоростью. Скорость электрона зависит от разности потенциалов на длине свободного пробега. Поэтому обычно указывается не скорость движения электрона, а минимальную разность потенциалов на длине свободного пути, чтобы электрон приобрел необходимую скорость. Эта разность потенциалов называется потенциал ионизации. Потенциал ионизации газовой смеси определяется самым низким из потенциалов ионизации входящих в газовую смесь компонентов и мало зависит от концентрации компонентов. Потенциал ионизации для газов составляет 13÷16В (азот, кислород, водород), для паров металла примерно в два раза ниже: 7,7В для паров меди. Термическая ионизация происходит под воздействием высокой температуры. Температура ствола дуги достигает 4000÷7000 К, а иногда 15000 К. При такой температуре резко возрастает количество и скорость движущихся частиц газа. При столкновении атомы и молекулы разрушаются, образуя заряженные частицы. Основной характеристикой термической ионизации является степень ионизации, представляющая собой отношение числа ионизированных атомов к общему числу атомов в дуговом промежутке. Поддержание возникшего дугового разряда достаточным числом свободных зарядов обеспечивается термической ионизацией. Одновременно с процессами ионизации в дуге происходят обратные процессы деионизации – воссоединения заряженных частиц и образование нейтральных молекул. При возникновении дуги преобладают процессы ионизации, в устойчиво горящей дуге процессы ионизации и деионизации одинаково интенсивны, при преобладании процессов деионизации дуга гаснет. Деионизация происходит главным образом за счет рекомбинации и диффузии. Рекомбинацией называется процесс, при котором различно заряженные частицы, приходя в соприкосновение, образуют нейтральные частицы. Диффузия заряженных частиц представляет собой процесс выноса заряженных частиц из дугового промежутка в окружающее пространство, что уменьшает проводимость дуги. Диффузия обусловлена как электрическими, так и тепловыми факторами. Плотность зарядов в стволе дуги возрастает от периферии к центру. Ввиду этого создается электрическое поле, заставляющее ионы двигаться от центра к периферии и покидать область дуги. В этом же направлении действует и разность температур ствола дуги и окружающего пространства. В стабилизированной и свободно горящей дуге диффузия играет ничтожную роль. В дуге, обдуваемой сжатым воздухом, а также в быстро движущейся открытой дуге деионизация за счет диффузии может по значению быть близкой к рекомбинации. В дуге, горящей в узкой щели или закрытой камере, деионизация происходит за счет рекомбинации. ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГЕ Падение напряжения вдоль стационарной дуги распределяется неравномерно. Картина изменения падения напряжения Uд и продольного градиента напряжения (падение напряжения на единицу длины дуги) Ед вдоль дуги приведена на рис. 2.
В прианодной области образуется отрицательный объемный заряд, обуславливающий разность потенциалов Uа. Направляющиеся к аноду электроны, ускоряются и выбивают из анода вторичные электроны, которые существуют вблизи анода. Суммарное значение прианодного и прикатодного падений напряжений называют приэлектродным падением напряжения: и составляет 20-30В. В остальной части дуги, называемой стволом дуги, падение напряжения Uд прямо пропорционально длине дуги: , где EСТ – продольный градиент напряжения в стволе дуги, lСТ – длина ствола дуги. Градиент здесь постоянен вдоль ствола. Он зависит от многих факторов и может изменяться в широких пределах, достигая 100÷200 В/см. Таким образом, падение напряжения на дуговом промежутке: . УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Чтобы погаситьэлектрическую дугу постоянного тока, необходимо создать условия, при которых в дуговом промежутке процессы деионизации превосходили бы процессы ионизации при всех значениях тока.
В точках а и б справедливо уравнение (2), значит . Здесь имеет место равновесное состояние. В точкеа равновесие неустойчивое, в точке б устойчивое. При токах , напряжение , a , и если по какой-либо причине ток станет меньшеIа , то он упадет до нуля – дуга погаснет. Если же по какой-либо причине ток станет несколько больше Iа, то будет , в цепи как бы окажется «избыточное» напряжение, которое приведет к возрастанию тока до значения Iб. При любом значении Iа < i < Iб ток в дуге будет возрастать до значения Iб. Между точками а и б величина . Рост тока в цепи сопровождается накоплением электромагнитной энергии. При токе снова оказывается, а , т. е. для поддержания такого значения тока напряжениеU недостаточно. Ток в цепи будет падать до значения Iб. Дуга в этой точке будет гореть устойчиво. Для погасания дуги необходимо, чтобы при любом значении тока соблюдалось условие (3), то есть ВАХ дуги должна лежать выше характеристики (рис. 5) на всем своем протяжении и не иметь с этой характеристикой ни одной точки соприкосновения. studfiles.net Возникновение - электрическая дуга - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2Возникновение - электрическая дугаCтраница 2 Сказанное объясняет возникновение огромных электрических дуг, наблюдаемых при отключении разъединителями значительных емкостей. Такие дуги даже при средних напряжениях сети могут быть длиной в несколько метров. Часто они выходят за пределы межэлоктродного промежутка и распространяются в окружающем пространстве, где воздушные потоки удлиняют их еще больше, вызывая самопроизвольное нарастание напряжения повторного зажигания. Такие блуждающие дуги могут легко переброситься на другие провода линии передачи или шины распределительного устройства ц стать причиной тяжелых коротких замыканий. Другая весьма поучительная фотография гигантской дуги между проводом и землей, возникшей в протяженной 100-килопольтной сети при замыкании на землю, показана на фиг. Этого можно достигнуть применением быстродействующих выключателей с быстро перемещающимися контактами. [16] Объясните процесс возникновения электрической дуги между контактами, которые размыкают электрическую цепь. [17] В область возникновения электрической дуги магнитное поле искрогасйтельной катушки подводится посредством двух щек 4, изгЬтовленных из листовой стали и охватывающих рабочие контакты справа и слева. [18] Ионизация газа и возникновение электрической дуги между двумя электродами, находящимися под электрическим напряжением, происходят благодаря отрыву электронов от металла катода и эмиссии ( излучению) их в дуговой промежуток под действием электрического поля, высокой температуры на торце катода и ударяющихся о катод положительно заряженных ионов дуги. При столкновении электронов с атомами газа и паров металла в дуговом промежутке происходит непрерывная их ионизация. Образующиеся при этом положительные ионы под действием напряжения между полюсами направляются к отрицательному электроду ( катоду) и, отдавая ему свою энергию, вызывают сильный нагрев металла и дополнительный выход электронов из него. Электроны, прошедшие дуговой промежуток, ударяются о положительный электрод ( анод), отдают ему свою энергию и переходят в металл. [19] При повреждениях или возникновении электрической дуги масло, нагреваясь, подвергается термическому разложению ( крекингу) на газообразные составляющие. [20] Какие условия необходимы для возникновения электрической дуги при атмосферном давлении. Как изменяется напряжение между электродами в момент зажигания электрической дуги. [21] Представим себе аварийный процесс возникновения электрической дуги между двумя витками обмотки или между обмоткой и корпусом электрической машины. Дуга возникает при нарушении целостности изоляции, причем такие нарушения достаточно распространены на практике. Допустим далее, что соответствующая защита произвела отключение возникающего аварийного режима и дальнейший анализ объема повреждений должен определить объем ремонтных работ. В охарактеризованной ситуации необходимо в числе других получить ответы на такие вопросы: 1) каких значений достигла температура обмотки вблизи электрической дуги. [22] Представим себе аварийный процесс возникновения электрической дуги между двумя витками обмотки или между обмоткой и корпусом электрической машины. Дуга возникает при нарушении качества или целостности изоляции, причем это явление можно считать достаточно распространенным в практике. Допустим далее, что соответствующая защита произвела отключение возникающего аварийного режима и дальнейший анализ объема повреждений призван определить объем ремонтных работ. В охарактеризованной ситуации необходимо в числе других получить ответы на такие вопросы: 1) каких значений достигла температура обмотки вблизи электрической дуги; 2) какой была длительность процесса повышения температуры выше допустимого уровня во всех точках обмотки. [23] Испытания, связанные с возникновением электрической дуги, должны проводиться в защитных очках. [24] Все это создает условия для возникновения электрической дуги между щеткой и коллекторными пластинами. [25] Такая работа контактов не вызывает возникновения электрической дуги, способной разлагать масло, и позволяет устанавливать избиратель на ярмовой балке магнитопровода внутри трансформатора. Контактор установлен в отдельном баке с маслом, не сообщающимся с маслом, в которое погружена активная часть трансформатора. Такое размещение контактора вызвано тем, что работа его контактов связана с разрывом электрической цепи, сопровождающейся возникновением электрической дуги, разлагающей и загрязняющей масло. [26] Перегорание плавкой вставки обычно сопровождается возникновением электрической дуги, которая может повредить предохранитель. Эффективное гашение дуги достигается разделением ее на мелкие дуги в соответствии с числом параллельно соединенных ленточек вставки и деионизацией ее в результате соприкосновения с развитой поверхностью множества песчинок. [28] Вакуум является прекрасным диэлектриком, поэтому возникновение электрической дуги в межконтактном зазоре затруднено. Дуга может загораться только в парах материала электродов или в результате десорбции адсорбированных или оклюдированных в них газов. [29] Страницы: 1 2 3 4 www.ngpedia.ru 2.7. Образование электрической дугиРазмыкание электрической цепи при значительных токах и напряжениях, как правило, сопровождается электрическим разрядом между расходящимися контактами. При расхождении контактов резко возрастает переходное сопротивление контакта и плотность тока в последней площадке контактирования. Контакты разогреваются до расплавления, и образуется контактный перешеек из расплавленного металла, который при дальнейшем расхождении контактов рвется, и происходит испарение металла контактов. Воздушный промежуток между контактами ионизируется и становится проводящим, в нем под действием высокого напряжения, возникающего вследствие законов коммутации, появляется электрическая дуга. Электрическая дуга способствует разрушению контактов и снижает быстродействие коммутационного аппарата, так как ток в цепи спадает до нуля не мгновенно. Воспрепятствовать появлению дуги можно увеличением сопротивления цепи, в которой происходит размыкание контактов, увеличением расстояния между контактами либо применением специальных мер дугогашения. Произведение предельных значений напряжения и тока в цепи, при которых электрическая дуга не возникает при минимальном расстоянии между контактами, называется разрывной или коммутируемой мощностью контактов. По мере повышения напряжения в цепи предельный коммутируемый ток приходится ограничивать. Коммутируемая мощность зависит также от постоянной времени цепи: чем больше тем меньшую мощность могут коммутировать контакты. В цепях переменного тока электрическая дуга гаснет в момент, когда мгновенное значение тока равно нулю. Дуга может вновь появиться в следующий полупериод, если напряжение на контактах возрастает быстрее, чем восстанавливается электрическая прочность промежутка между контактами. Однако во всех случаях дуга в цепи переменного тока менее устойчива, а разрывная мощность контактов в несколько раз выше, чем в цепи постоянного тока. На контактах маломощных электрических аппаратов электрическая дуга появляется редко, но часто наблюдается искрение ‑ пробой изоляционного промежутка, образованного при быстром размыкании контактов в слаботочных цепях. Это особенно опасно в чувствительных и быстродействующих аппаратах (реле), в которых расстояние между контактами очень мало. Искрение сокращает срок службы контактов, может привести к ложным срабатываниям. Для уменьшения искрения на контактах применяют специальные устройства искрогашения. Устройство дуго- и искрогашения. Наиболее эффективным способом гашения электрической дуги является ее охлаждение за счет перемещения в воздухе, соприкосновения с изоляционными стенками специальных камер, которые отбирают теплоту дуги. В современных аппаратах широкое распространение получили дугогасительные камеры с узкой щелью и магнитным дутьем. Дугу можно рассматривать как проводник с током; если его поместить в магнитное поле, то возникнет сила, которая вызовет перемещение дуги. При своем движении дуга обдувается воздухом; попадая в узкую щель между двумя изоляционными пластинами, она деформируется и вследствие повышения давления в щели камеры гаснет (рис. 21).
Рис. 21. Устройство камеры дугогашения с узкой щелью Щелевая камера образована двумя стенками 1, выполненными из изоляционного материала. Зазор между стенками очень мал. Катушка 4, включенная последовательно с главными контактами 3, возбуждает магнитный поток который направляется ферромагнитными наконечниками 2 в пространство между контактами. В результате взаимодействия дуги и магнитного поля появляется сила вытесняющая дугу к пластинам 1. Данная сила называется сила Лоренца, которая определяется как:
где ‑ заряд частицы [Кулон], ‑скорость заряженной частицы в поле[м/с], ‑магнитная индукция поля [Теслы], ‑сила, действующая на заряженную частицу [Ньютоны], ‑угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции. Можно сказать что скорость частицы в проводнике равна: где ‑ длина проводника (дуги), а ‑ время прохождения заряженной частицы по дуге. В свою очередь ток ‑ это количество заряженных частиц в секунду через поперечное сечение проводника . То есть можно записать: где ‑ ток в проводнике (дуге) [Амперы], ‑длина проводника (дуги) [метры], ‑магнитная индукция поля [Теслы], ‑сила, действующая на проводник (дугу)[Ньютоны], ‑угол между вектором тока и вектором магнитной индукции. Направление силы соответствует правилу левой руки: магнитные силовые линии упираются в ладонь, выпрямленные четыре пальца располагаются по направлению тока отогнутый большой палец показывает направление электромагнитной силы . Описанное действие магнитного поля (индукции ) называют электромеханическим или силовым, а полученное выражение ‑ законом электромагнитных сил. Эта конструкция дугогасительной камеры применяется и на переменном токе, так как с изменением направления тока изменяется направление потока а направление силы остается неизменным. Для уменьшения искрения на маломощных контактах постоянного тока применяют включение диода параллельно нагрузочному устройству (рис. 22).
Рис. 22. Включение диода для уменьшения искрения При этом цепь после коммутации (после отключения источника) замыкается через диод, таким образом уменьшается энергия искрообразовния. studfiles.net Возникновение - электрическая дуга - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1Возникновение - электрическая дугаCтраница 1 Возникновение электрической дуги объясняется следующим. С повышением температуры угольных стержней увеличивается скорость движения электронов, находящихся в угле. При сильном нагреве скорость движения свободных электронов увеличивается настолько, что при раздвижении углей электроны из стержней вылетают в межэлектродное пространство. При повышении температуры электродов эмиссия увеличивается. Они обладают большой энергией и, сталкиваясь с нейтральными атомами воздуха, расщепляют их на положительно и отрицательно заряженные частицы - ионы. Этот процесс называется ионизацией соударения. [1] Возникновение электрической дуги сопровождается быстрым перегреванием электролита, что выводит реостат из теплового равновесия, а также гидравлическими и термическими ударами, разрушающими керамические экраны. Кроме того, дуга оплавляет электроды реостата и приводит к быстрому износу их. [2] Возникновение электрической дуги в месте замыкания на землю может повредить электрооборудование и вызвать двух-и трехфазные к. Следствием этого является неизбирательное действие релейной защиты, что влечет за собой увеличение числа аварийных отключений ( в том числе и неповрежденных участков), приводящих иногда к полному развалу системы электроснабжения. Кроме того, возникает опасное электромагнитное влияние на линии связи, значительно возрастают градиенты напряженности вблизи места повреждения и, следовательно, напряжения прикосновения и шага, на что система с изолированной нейтралью обычно не рассчитывается. [4] Возникновение электрической дуги в месте однофазного замыкания на землю наиболее вероятно при емкостном токе замыкания на землю, большем 5 - 10 А. [6] Возникновение электрической дуги объясняется следующим. С повышением температуры угольных стержней увеличивается скорость движения электронов, находящихся в угле. При сильном нагреве скорость движения свободных электронов возрастает настолько, что при раздвижении углей электроны из стержней вылетают в межэлектродное пространство. При повышении температуры электродов эмиссия увеличивается. [7] Возникновение электрической дуги в выключателе происходит за счет напряженности электрического поля. Даже при невысоком напряжении, но малом расстоянии между расходящимися контактами ( напряженность поля будет громадна. Это становится понятным, если учесть, что напряженность поля составляет частное от деления приложенного к контактам напряжения на величину расстояния между контактами, выраженное в сантиметрах. В начале расхождения контактов это расстояние близко к нулю, а отсюда следует, что напряженность поля представляет собой бесконечно большую величину. [8] Возникновение электрической дуги приводит к нагреву металла контакта до температуры, близкой к плавлению. [9] Для возникновения электрической дуги при постоянном токе необходимо напряжение не менее 30 - 35 в, а при переменном - 50 - 55 в. После возбуждения дуги напряжение тока уменьшается. [11] Такое возникновение электрической дуги тем более вероятно, чем выше применяемое напряжение. [13] При возникновении электрической дуги фибра выделяет газы, которые тушат дугу. [14] При возникновении электрической дуги ( искры) расчет переходного процесса усложняется и, строго говоря, не может проводиться методами, изучаемыми в данной главе. Объясняется это тем, что сопротивление электрической дуги ( искры) является нелинейной функцией протекающего через нее тока. [15] Страницы: 1 2 3 4 www.ngpedia.ru Процесс образования электрической дуги и способы ее гашенияРазместить публикацию Мои публикации Написать 17 января 2012 в 10:00Место для Вашей рекламы. Около 30 000 просмотров в месяц! О Вашем предложении узнают! Акция! 3000р./мес! 8(908)910-21-20 При размыкании электрической цепи возникает электрический разряд в виде электрической дуги. Для появления электрической дуги достаточно, чтобы напряжение на контактах было выше 10 В при токе в цепи порядка 0,1А и более. При значительных напряжениях и токах температура внутри дуги может достигать 10...15 тыс. °С, в результате чего плавятся контакты и токоведущие части. При напряжениях 110 кВ и выше длина дуги может достигать нескольких метров. Поэтому электрическая дуга, особенно в мощных силовых цепях, на напряжение выше 1 кВ представляет собой большую опасность, хотя серьезные последствия могут быть и в установках на напряжение ниже 1 кВ. Вследствие этого электрическую дугу необходимо максимально ограничить и быстро погасить в цепях на напряжение как выше, так и ниже 1 кВ. Причины возникновения электрический дугиПроцесс образования электрической дуги может быть упрощенно представлен следующим образом. При расхождении контактов вначале уменьшается контактное давление и соответственно контактная поверхность, увеличиваются переходное сопротивление ( плотность тока и температура — начинаются местные (на отдельных участках площади контактов) перегревы, которые в дальнейшем способствуют термоэлектронной эмиссии, когда под воздействием высокой температуры увеличивается скорость движения электронов и они вырываются с поверхности электрода. В момент расхождения контактов, то есть разрыва цепи, на контактном промежутке быстро восстанавливается напряжение. Поскольку при этом расстояние между контактами мало, возникает электрическое поле высокой напряженности, под воздействием которого с поверхности электрода вырываются электроны. Они разгоняются в электрическом поле и при ударе в нейтральный атом отдают ему свою кинетическую энергию. Если этой энергии достаточно, чтобы оторвать хотя бы один электрон с оболочки нейтрального атома, то происходит процесс ионизации. Образовавшиеся свободные электроны и ионы составляют плазму ствола дуги, то есть ионизированного канала, в котором горит дуга и обеспечивается непрерывное движение частиц. При этом отрицательно заряженные частицы, в первую очередь электроны, движутся в одном направлении (к аноду), а атомы и молекулы газов, лишенные одного или нескольких электронов, — положительно заряженные частицы — в противоположном направлении (к катоду). Проводимость плазмы близка к проводимости металлов. В стволе дуги проходит большой ток и создается высокая температура. Такая температура ствола дуги приводит к термоионизации — процессу образования ионов вследствие соударения молекул и атомов, обладающих большой кинетической энергией при высоких скоростях их движения (молекулы и атомы среды, где горит дуга, распадаются на электроны и положительно заряженные ионы). Интенсивная термоионизация поддерживает высокую проводимость плазмы. Поэтому падение напряжения по длине дуги невелико. В электрической дуге непрерывно протекают два процесса: кроме ионизации, также деионизация атомов и молекул. Последняя происходит в основном путем диффузии, то есть переноса заряженных частиц в окружающую среду, и рекомбинации электронов и положительно заряженных ионов, которые воссоединяются в нейтральные частицы с отдачей энергии, затраченной на их распад. При этом происходит теплоотвод в окружающую среду. Таким образом, можно различить три стадии рассматриваемого процесса: зажигание дуги, когда вследствие ударной ионизации и эмиссии электронов с катода начинается дуговой разряд и интенсивность ионизации выше, чем деионизации, устойчивое горение дуги, поддерживаемое термоионизацией в стволе дуги, когда интенсивность ионизации и деионизации одинакова, погасание дуги, когда интенсивность деионизации выше, чем ионизации.
Способы гашения дуги в коммутационных электрических аппаратахДля того чтобы отключить элементы электрической цепи и исключить при этом повреждение коммутационного аппарата, необходимо не только разомкнуть его контакты, но и погасить появляющуюся между ними дугу. Процессы гашения дуги, так же как и горения, при переменном и постоянном токе различны. Это определяется тем, что в первом случае ток в дуге каждый полупериод проходит через нуль. В эти моменты выделение энергии в дуге прекращается и дуга каждый раз самопроизвольно гаснет, а затем снова загорается. Практически ток в дуге становится близким нулю несколько раньше перехода через нуль, так как при снижении тока энергия, подводимая к дуге, уменьшается, соответственно снижается температура дуги и прекращается термоионизация. При этом в дуговом промежутке интенсивно идет процесс деионизации. Если в данный момент разомкнуть и быстро развести контакты, то последующий электрический пробой может не произойти и цепь будет отключена без возникновения дуги. Однако практически это сделать крайне сложно, и поэтому принимают специальные меры ускоренного гашения дуги, обеспечивающие охлаждение дугового пространства и уменьшение числа заряженных частиц. В результате деионизации постепенно увеличивается электрическая прочность промежутка и одновременно растет восстанавливающееся напряжение на нем. От соотношения этих величин и зависит, загорится ли на очередную половину периода дуга или нет. Если электрическая прочность промежутка возрастает быстрее и оказывается больше восстанавливающего напряжения, дуга больше не загорится, в противном же случае будет обеспечено устойчивое горение дуги. Первое условие и определяет задачу гашения дуги. В коммутационных аппаратах используют различные способы гашения дуги. Удлинение дугиПри расхождении контактов в процессе отключения электрической цепи возникшая дуга растягивается. При этом улучшаются условия охлаждения дуги, так как увеличивается ее поверхность и для горения требуется большее напряжение. Деление длинной дуги на ряд коротких дугЕсли дугу, образовавшуюся при размыкании контактов, разделить на К коротких дуг, например затянув ее в металлическую решетку, то она погаснет. Дуга обычно затягивается в металлическую решетку под воздействием электромагнитного поля, наводимого в пластинах решетки вихревыми токами. Этот способ гашения дуги широко используется в коммутационных аппаратах на напряжение ниже 1 кВ, в частности в автоматических воздушных выключателях.
Охлаждение дуги в узких щеляхГашение дуги в малом объеме облегчается. Поэтому в коммутационных аппаратах широко используют дугогасительные камеры с продольными щелями (ось такой щели совпадает по направлению с осью ствола дуги). Такая щель обычно образуется в камерах из изоляционных дугостойких материалов. Благодаря соприкосновению дуги с холодными поверхностями происходят ее интенсивное охлаждение, диффузия заряженных частиц в окружающую среду и соответственно быстрая деионизация. Кроме щелей с плоскопараллельными стенками, применяют также щели с ребрами, выступами, расширениями (карманами). Все это приводит к деформации ствола дуги и способствует увеличению площади соприкосновения ее с холодными стенками камеры. Втягивание дуги в узкие щели обычно происходит под действием магнитного поля, взаимодействующего с дугой, которая может рассматриваться как проводник с током. Внешнее магнитное поле для перемещения дуги наиболее часто обеспечивают за счет катушки, включаемой последовательно с контактами, между которыми возникает дуга. Гашение дуги в узких щелях используют в аппаратах на все напряжения.
Гашение дуги высоким давлениемПри неизменной температуре степень ионизации газа падает с ростом давления, при этом возрастает теплопроводность газа. При прочих равных условиях это приводит к усиленному охлаждению дуги. Гашение дуги при помощи высокого давления, создаваемого самой же дугой в плотно закрытых камерах, широко используется в плавких предохранителях и ряде других аппаратов. Гашение дуги в маслеЕсли контакты выключателя помещены в масло, то возникающая при их размыкании дуга приводит к интенсивному испарению масла. В результате вокруг дуги образуется газовый пузырь (оболочка), состоящий в основном из водорода (70...80 %), а также паров масла. Выделяемые газы с большой скоростью проникают непосредственно в зону ствола дуги, вызывают перемешивание холодного и горячего газа в пузыре, обеспечивают интенсивное охлаждение и соответственно деионизацию дугового промежутка. Кроме того, деионизирующую способность газов повышает создаваемое при быстром разложении масла давление внутри пузыря. Интенсивность процесса гашения дуги в масле тем выше, чем ближе соприкасается дуга с маслом и быстрее движется масло по отношению к дуге. Учитывая это, дуговой разрыв ограничивают замкнутым изоляционным устройством — дугогасительной камерой. В этих камерах создается более тесное соприкосновение масла с дугой, а при помощи изоляционных пластин и выхлопных отверстий образуются рабочие каналы, по которым происходит движение масла и газов, обеспечивая интенсивное обдувание (дутье) дуги. Дугогасительные камеры по принципу действия разделяют на три основные группы: с автодутьем, когда высокие давление и скорость движения газа в зоне дуги создаются за счет выделяющейся в дуге энергии, с принудительным масляным дутьем при помощи специальных нагнетающих гидравлических механизмов, с магнитным гашением в масле, когда дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие щели. Наиболее эффективны и просты дугогасительные камеры с автодутьем. В зависимости от расположения каналов и выхлопных отверстий различают камеры, в которых обеспечивается интенсивное обдувание потоками газопаровой смеси и масла вдоль дуги (продольное дутье) или поперек дуги (поперечное дутье). Рассмотренные способы гашения дуги широко используются в выключателях на напряжение выше 1 кВ. Другие способы гашения дуги в аппаратах на напряжение выше 1 кВКроме указанных выше способов гашения дуги, используют также: сжатый воздух, потоком которого вдоль или поперек обдувается дуга, обеспечивая ее интенсивное охлаждение (вместо воздуха применяются и другие газы, часто получаемые из твердых газогенерирующих материалов — фибры, винипласта и т. п. — за счет их разложения самой горящей дугой), элегаз (шестифтористая сера), обладающий более высокой электрической прочностью, чем воздух и водород, в результате чего дуга, горящая в этом газе, даже при атмосферном давлении достаточно быстро гасится, высокоразреженный газ (вакуум), при размыкании контактов в котором дуга не загорается вновь (гаснет) после первого прохождения тока через нуль. 20 августа в 14:36 83 20 августа в 13:44 89 20 августа в 13:00 47 17 августа в 13:53 92 16 августа в 15:27 164 16 августа в 14:21 88 15 августа в 14:03 85 14 августа в 11:24 108 12 августа в 14:38 193 12 июля 2011 в 08:56 6032 14 ноября 2012 в 10:00 4940 27 февраля 2013 в 10:00 2863 21 июля 2011 в 10:00 2849 29 февраля 2012 в 10:00 2594 16 августа 2012 в 16:00 2186 24 мая 2017 в 10:00 2157 28 ноября 2011 в 10:00 2017 31 января 2012 в 10:00 1809 31 августа 2012 в 10:00 1404 energoboard.ru Что такое электрическая дуга, ее характеристики и гашение при постоянном и переменном токеПри отключении цепи тока выключателем высокого напряжения его контакты расходятся, однако цепь тока не разрывается, так как между контактами возникает электрическая дуга, т. е. сильно ионизированный столб газа, ставшим проводящим под влиянием высокой температуры.При малой отключающей мощности возникает лишь искра, при больших мощностях отключения возникает дуга, под действием которой контакты обгорают; требуются специальные устройства для ее гашения и размыкания цепи. Зависимость тока дуги от напряжения на ней носит название вольт-амперной характеристиками дуги. Для дуги постоянного тока эта характеристика имеет падающий характер, что объясняется весьма быстрым ростом проводимости дугового промежутка при увеличении тока. При неизменном (поддерживаемом при определенном значении какими-либо внешними средствами) дуга постоянного тока устойчива. Всякие температурные отклонения в стволе дуги немедленно компенсируются изменениями потребляемой мощности, и температура дуги возвращается к первоначальному значению. По другому ведет себя дуга постоянного тока при неизменном напряжении. При повышении температуры в стволе дуги увеличивается его проводимость, возрастает ток и соответственно мощность. Это приводит к дальнейшему повышению проводимости и температуры. Обратный процесс охлаждения дуги приводит в конечном счете к ее погасанию. Таким образом, дуга постоянного тока при неизменном напряжении неустойчива. В дуге переменного тока, возникающей в выключателях переменного тока, ток изменяется периодически с частотой 50 Гц. Дуга поэтому не является стационарной, а находится в состоянии динамического равновесия. Максимальное значение напряжения на дуге, соответствующее моменту появления тока в дуге, называют « напряжением зажигания», а моменту перехода тока через нуль – «напряжением гашения». Удовлетворительно организованный отвод теплоты дуги, как правило, означает успешное отключение короткого замыкания. Неудовлетворительный отвод теплоты дуги почти всегда ведет к неприятным последствиям – выбросу масла из масляных выключателях, повреждению дугогасителей воздушных выключателей и даже взрывам выключателей. Методы применяются для гашения дуги в выключателях постоянного тока: В выключателях постоянного тока основным средством гашения дуги является растягивание ее до так называемой критической длины т. е. такую длину дуги при которой она существовать не может. Если ЭДС контура меньше 30 В, размыкание его не будет сопровождаться возникновением дуги, как бы велик не был отключаемый ток. Практически в аппаратах низкого напряжения нашли применение три типа дугогасительных устройств: открытый разрыв, щелевые дугогасительные камеры и деионные решетки. Деионные или дугогасительные решетки представляют собой набор металлических пластин, расположенных в виде зубьев гребенки, разбивающих дугу на ряд коротких дуг и охлаждающих ее ствол наподобие радиаторов. www.eti.su Электрическая дуга ВикипедияЭлектрическая дуга в воздухеЭлектри́ческая дуга́ (во́льтова дуга́, дугово́й разря́д) — один из видов электрического разряда в газе. Впервые была описана в 1802 году русским учёным В. Петровым в книге «Известие о гальвани-вольтовских опытах посредством огромной батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков» (Санкт-Петербург, 1803). Электрическая дуга является частным случаем четвёртой формы состояния вещества — плазмы — и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа. Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги. Физика явления[ | код]Электрическая дуга между двумя электродами в воздухе при атмосферном давлении образуется следующим образом: При увеличении напряжения между двумя электродами до определённого уровня в воздухе между электродами возникает электрический пробой. Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами и других факторов. Потенциал ионизации первого электрона атомов металлов составляет приблизительно 4,5 — 5 В, а напряжение дугообразования — в два раза больше (9 — 10 В). Требуется затратить энергию на выход электрона из атома металла одного электрода и на ионизацию атома второго электрода. Процесс приводит к образованию плазмы между электродами и горению дуги (для сравнения: минимальное напряжение для образования искрового разряда немногим превышает потенциал выхода электрона — до 6 В). Для инициирования пробоя при имеющемся напряжении электроды приближают друг к другу. Во время пробоя между электродами обычно возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь. Электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточной мощности источника напряжения в воздушном промежутке образуется достаточное количество плазмы для значительного падения напряжения пробоя или сопротивления воздушного промежутка. При этом искровые разряды превращаются в дуговой разряд — плазменный шнур между электродами, являющийся плазменным тоннелем. Возникающая дуга является, по сути, проводником и замыкает электрическую цепь между электродами. В результате средний ток увеличивается ещё больше, нагревая дугу до 5000-50000 K. При этом считается, что поджиг дуги завершён. После поджига устойчивое горение дуги обеспечивается термоэлектронной эмиссией с катода, разогреваемого током и ионной бомбардировкой. После поджига дуга может оставаться устойчивой при разведении электрических контактов до некоторого расстояния. Взаимодействие электродов с плазмой дуги приводит к их нагреву, частичному расплавлению, испарению, окислению и другим видам коррозии. При эксплуатации высоковольтных электроустановок, в которых при коммутации электрической цепи неизбежно появление электрической дуги, борьба с ней осуществляется при помощи электромагнитных катушек, совмещённых с дугогасительными камерами. Среди других способов известны использование вакуумных, воздушных, элегазовых и масляных выключателей, а также методы отвода тока на временную нагрузку, самостоятельно разрывающую электрическую цепь. Строение дуги[ | код]Строение электрической дуги. 1-анодная область, 2-область дуги и защитного газа, 3-дуга, 4-катодные пятна, 5-катодная областьЭлектрическая дуга состоит из катодной и анодной областей, столба дуги, переходных областей. Толщина анодной области составляет 0,001 мм, катодной области — около 0,0001 мм. Температура в анодной области при сварке плавящимся электродом составляет около 2500 … 4000°С, температура в столбе дуги — от 7 000 до 18 000°С, в области катода — 9000 — 12000°С. Столб дуги электрически нейтрален. В любом его сечении находятся одинаковое количество заряженных частиц противоположных знаков. Падение напряжения в столбе дуги пропорционально его длине[1]. Сварочные дуги классифицируют по:
Саморегулирование дуги[ru-wiki.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
