Варианты гашения дуги в высоковольтных выключателях

Разновидности

Существует несколько классификаций дуг по различным признакам.

По схеме электрического соединения электрические сварочные дуги разделяют на:

  • Прямого действия. Одним электродом является свариваемая конструкция, другой электрод плавящийся. Цепь образуют электрод и металл свариваемых деталей. В зазоре между ними разжигается дуга.
  • Косвенного действия. Разряд разжигается между двумя параллельными неплавкими электродами и подносится к свариваемым заготовкам.

Классификация сварочной дуги по схеме электрического соединения

По типу газовой среды, в которой возбуждается разряд, они подразделяются на:

  • Открытый. Действует в воздухе. Рабочую зону окружает облако из испарившегося металла, продуктов сгорания обмазки электродов.
  • Закрытый. Разряд идет под слоем флюсового порошка, облако состоит из испарившихся частиц металлов и инертных газов, выделяющихся при плавлении флюсового порошка.
  • С принудительным нагнетанием инертных газов. В рабочую зону вдувается под небольшим давлением смесь инертных газов с углекислым и водородом в определенных пропорциях. Цель такого нагнетания — защитить материал сварочной ванны и нагретой до температуры пластичности зоны заготовок от контакта с кислородом и азотом воздуха.

По длительности работы:

  • постоянная (для длительной работы);
  • импульсная (мощный однократный импульс, применяется для контактной сварки).

По конструкции и назначению применяемых электродов:

  • Неплавкие (графит, вольфрам). Такие электроды не расходуются в процессе сварки, материал шва формируется из расплавившегося металла заготовок.
  • Плавкие. Изготавливаются из стальных сплавов. В ходе процесса металлический стержень электрода плавится, стекает в сварной зазор и вместе с расплавившимися кромками заготовок формирует шовный материал.

Классификация сварочной дуги по применяемым электродам

В состав плавких электродов включают специальные легирующие добавки, повышающие прочность и долговечность получившегося соединения.

3.2.4 Гашение дуги в масле

Этот способ гашения
нашёл широкое применение в выключателях
переменного тока на ВН.

Дугогасительные
устройства современных масляных
выключателей по принципу действия могут
быть разделены на три основные группы:

  1. Дугогасительные
    устройства с автодутьем,
    в
    которых дутье газопаровой смеси и масла
    в зону гашения дуги создается за счет
    энергии, выделяющейся в самой дуге.

  2. Дугогасительные
    устройства с принудительным (импульсным)
    масляным дутьем,
    в
    которых масло в зону гашения дуги (к
    месту разрыва) подается с помощью
    специальных нагнетающих гидравлических
    механизмов за счет по­стороннего
    источника энергии.

  3. Дугогасительные
    устройства с магнитным гашением дуги
    в масле,
    в
    которых ствол дуги под влиянием
    поперечного магнитного поля перемещается
    в узкие, заполненные маслом каналы и
    щели, образованные стенками из
    изоляционного материала.

Наибольшее
распространение находят дугогасительные
устройства первой группы, так как
обеспечивают большую эффективность
гашения при сравнительно несложных
конструкциях.

Рис.
9 – Схемы процесса гашения электрической
дуги в камерах с автодутьём: а – камера
продольного дутья; б – камера поперечного
дутья: 1-масло; 2-неподвижный контакт;
3-клапан; 4-дуга; 5-газовый пузырь; 6-камера;
7-подвижный контакт

Принципиальные
схемы работы простейших дугогасительных
камер с автодутьем приведены на рис.9.
Газовый пузырь, образующийся вокруг
дуги при размыкании контактов, приводит
к существенному повышению давления в
ограниченном объеме камеры (положение
I).
Масло и продукты его разложения, стремясь
выйти через отверстия в камере, создают
интенсивное обдувание дуги потоками
газопаровой смеси и масла вдоль дуги
(продольное
дутье

рис.9, а) при выходе подвижной контакт-детали
из камеры (положение II)
или поперек дуги (поперечное
дутье

рис.9,б) при наличии выхлопного отверстия,
расположенного против места разрыва
(положение II).
После гашения дуги камера наполняется
маслом (положение III).
Современные
масляные выключатели снабжены более
сложными камерами, в которых используются
указанные принципы в различных комбинациях
с одним, двумя и большим числом разрывов.

11 Лекция 11. Способы гашения электрической дуги11

способы
гашения электрической дуги. Магнитное
дутье. Гашение дуги высоким давлением.
Применение дугогасительных решеток на
постоянном и переменном токе.

Цель
лекции:

рассмотрение
физических явлений, происходящих при
гашении электрической дуги между
расходящимися контактами аппарата
различными способами.

Задача
дугогасительных устройств аппаратов
состоит в том, чтобы обеспечить гашение
дуги:

а)
за малое время с допустимым уровнем
перенапряжений;

б)
при малом износе токоведущих частей
аппарата;

в)
при минимальном объеме раскаленных
газов;

г)
с минимальным звуковым и световым
эффектами.

Для
гашения дуги постоянного тока необходимо,
чтобы ВАХ дуги проходила выше реостатной
прямой, т.е.

,

а
так как

,

то
подъем характеристики можно получить
за счет:

а)
увеличения длины дуги
;

б) напряженности
электрического поля в столбе дуги;

в)использования
околоэлектродного падения напряжения.

Поднятие
ВАХ за счет увеличения длины дуги
малоэффективно, так как требует
значительного увеличения размеров
аппаратов.

Увеличить
напряженность электрического поля
внутри дуги можно:

а) путем эффективного
охлаждения дуги;

б) за счет подъема
давления среды, в которой горит дуга.

Охлаждение дуги
обычно осуществляют:

а) перемещая дугу
относительно среды, в которой она
находится, используя для этой цели
магнитное поле (магнитное дутье);

б) загоняя с
помощью магнитного дутья дугу в узкую
щель дугогасительной камеры, стенки
которой имеют высокую теплопроводность
и дугостойкость. Дуга по мере втягивания
в щель приобретает форму зигзага,
благодаря чему длина дуги увеличивается.
Охлаждение дуги осуществляется в
результате тесного контакта дуги с
холодными относительно температуры
дуги керамическими стенками щели.

3.2.3 Гашение дуги высоким давлением

Гашение дуги, при
помощи высокого давления, создаваемого
самой же дугой в плотно закрытых камерах,
широко используется в плавких
предохранителях и ряде других аппаратов.
В этих аппаратах вся энергия, выделяющаяся
в дуге отключения, отдается газу,
находящемуся в ограниченном объеме.
При условии, когда стенки камеры не
выделяют газа, справедливо (в первом
приближении) следующее соотношение:

pv=l5WД,

(9)

Рисунок 8 –
Статические ВАХ электрической дуги в
решётке и виды дугогасительных решёток:
кривая 1 — напряжение на дуговых
промежутках; кривая 2 – результирующее
напряжение; где
WД— энергия
дуги, Дж; v
объем,
см3;
р — возникающее
в камере давление, Па.

В результате дугу
удается погасить в небольших плотно
закрытых камерах исделать
аппараты совершенно безопасными в
пожарном отношении.

Природа возникновения явления

Процесс формирования дуги выглядит следующим образом:

  1. Сварщик на долю секунды касается электродом металлической заготовки.
  2. В момент контакта происходит короткое замыкание, сопровождающееся протеканием тока большой силы и, как следствие, мощным выделением тепла.
  3. Металл в точке прикосновения плавится. Он становится вязким, тягучим.
  4. В момент отрыва расходника от заготовки за ним тянется капля расплава.
  5. Удлиняясь, она утоньшается с образованием т.н. шейки. В какой-то момент та испаряется и превращается в облако заряженных частиц. Одновременно вследствие высокой температуры в данной зоне ионизируется воздух или защитный газ.
  6. Под действием электрического поля носители отрицательного заряда устремляются к аноду, положительного — к катоду. Начинается процесс протекания тока в плазме.

В момент контакта происходит короткое замыкание, металл в точке прикосновения плавится.

Каждый этап длится миллисекунды, разряд возникает практически мгновенно. Далее ток поддерживается эмиссией электронов на катоде. По пути к аноду они ионизируют газ и пары металла, увеличивая число свободных носителей заряда.

При каких условиях начинается горение

Электрическая сварочная дуга возникает при силе тока от 10 до 1000 А и разности потенциалов 15-40 В. В холодном воздухе розжиг затрудняется, поскольку тот слабо ионизируется. В таких условиях прогревают заготовку либо подают теплый защитный газ.

Источники питания дуги

Для создания разряда используют и постоянное, и переменное напряжение. В первом случае сварной шов получается более качественным, а металл разбрызгивается меньше.

Ток из сети 220 В преобразуется трансформатором, дающим на выходе 15-40 В.

С целью уменьшения его габаритов в современных сварочных аппаратах используют схему, состоящую из таких узлов:

  1. Входного выпрямителя.
  2. Инвертора — электронного устройства с быстропереключающимися транзисторами, управляемого микросхемой.
  3. Трансформатора.
  4. Выходного выпрямителя.

Инвертор является источником питания дуги.

Инвертор превращает постоянный ток в переменный с частотой до 80 кГц. Это позволяет не только уменьшить размеры трансформатора, но и повысить КПД аппарата.

Параметры источника подбирают с учетом способа выполнения работ. Например, при ручной сварке длина дуги колеблется, поэтому нужен аппарат с крутопадающей вольт-амперной характеристикой. Благодаря ему разряд при растягивании не гаснет, а при его укорочении ток не становится слишком большим.

При сварке плавящимся электродом с него стекают на заготовку капли металла. В такие моменты возникает ток короткого замыкания, превышающий дуговой на 20%-50%. Он пережигает образовавшийся металлический мостик, и плазменный разряд образуется снова. Эти колебания происходят в короткие моменты времени, поэтому источник должен быстро реагировать на них, стабилизируя разность потенциалов.

Чем и как определяется мощность

Плазма представляет собой проводник с протекающим по нему электрическим током. Значит, на вопрос о том, чем определяется мощность сварочной дуги, дается тот же ответ, что и для любого резистора: напряжением и амперажем. Скорость выделения тепла равна произведению этих величин.

Мощность варьируют силой тока, которая зависит от длины дуги.

Чаще мощность варьируют силой тока, которая, в свою очередь, зависит от длины дуги. Одновременно меняется и температура нагрева металла, а с ней и скорость выполнения работ.

Дуга в электрических аппаратах

В этом классе электротехнических устройств (автоматические выключатели, контакторы, магнитные пускатели) борьба с данным явлением имеет особое значение. Когда контакты выключателя, не оборудованного специальными устройствами для предотвращения дуги, размыкаются, то она обязательно зажигается между ними.

В момент, когда контакты начинают отделяться, площадь последних уменьшается быстро, что приводит к увеличению плотности тока и, следовательно, к повышению температуры. Выделяемого тепла в промежутке между контактами (обычная среда масло или воздух) достаточно для ионизации воздуха или испарения и ионизации масла. Ионизированный воздух или пар действует как проводник для тока дуги между контактами. Разность потенциалов между ними весьма мала, но ее достаточно для поддержания дуги. Следовательно, ток в цепи остается непрерывным тех пор, пока дуга не устранена. Она не только задерживает процесс прерывания тока, но также генерирует огромное количество теплоты, которое может привести к повреждению самого выключателя. Таким образом, главная проблема в выключателе (прежде всего высоковольтном) – это гашение электрической дуги в кратчайшие сроки для того, чтобы выделяемое в ней тепло не могло достичь опасного значения.

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СТОЛБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

Задача ДУ состоит в том, чтобы обеспечить гашение дуги за малое время с допустимым уровнем перенапряжений, при малом износе частей аппарата, при минимальном объеме раскаленных газов, с минимальным звуковым и световым эффектами.

Для гашения дуги постоянного тока необходимо, чтобы вольтамперная характеристика (ВАХ) дуги (U) шла выше прямой U – iR (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Статическая ВАХ дуги и прямая U-iR.

Учитывая, что

,

(3.2)

Где — напряженность электрического поля в столбе дуги (градиента);

— околоэлектродное падение напряжения;

— длина дуги.

То подъем характеристики можно получить за счет увеличения длины дуги, увеличения градиента и увеличении околоэлектродного падения напряжения. Увеличение градиента можно получить за счет эффективного охлаждения дуги, подъема давления окружающей дугу среды.

В электрических аппаратах низкого напряжения наиболее широко применяют ДУ с узкой щелью. Для увеличения эффективности охлаждения ширина щели делается меньше диаметра дуги. Кроме того, по мере втягивания дуги в щель она приобретает форму зигзага. При этом увеличивается не только длина дуги, но и улучшается ее охлаждение. Перемещение дуги в такой камере осуществляется с помощью магнитного поля. Наиболее характерные формы в керамических пластинах ДУ изображены на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 –Гашение дуги с помощью дугогасительной решетки.

Время — гашение — дуга

Разрез трубчатого разрядника с фибробакелн-товои трубкой на 6 — 10 кв.

Время гашения дуги составляет один-два полупериода За это время релейная защита линии не успевает срабатывать, ее выключатель не отключается, и линия сохраняется в работе. Разрядник после гашения дуги вновь готов к работе.

Время гашения дуги в выключателях МКП-110 составляет 0 02 — 0 03 сек.

Время гашения дуги tr может быть приближенно принято равным времени растяжения дуги до критической длины / Кр, которая определяется при расчете процессов дутогашения.

Время гашения дуги tT, рассчитываемое по формуле (4.102) или (4.103), строго говоря, определяется с того момента, когда в межконтактном промежутке создаются условия для нормального распространения дуги в камере. Для существующих конструкций контакторов и магнитных пускателей оно достигается через время 0 01 — 0 02 сек.

Время гашения дуги обычно не более двух-трех полупериодов.

Время гашения дуги постоянного тока может быть доведено до 5 — 10 мсек путем воздействия на дуговой столб интенсивного магнитного поля, а также созданием узких щелей между изоляционными плоскостями, в которые затягивается дуговой столб.

Определяется время гашения дуги 1Т из расчета процессов гашения дуги. Это дает возможность определить количество электричества до, протекшего через межконтактный промежуток при гашении дуги. Этим расчетом определяется объем материала контактов, который выгорит при Мэ.

При этом время гашения дуги значительно меньше того времени, которое требуется для срабатывания реле, приводящего в действие выключатель В. Следовательно, трубчатый разрядник обеспечивает бесперебойность электроснабжения потребителей.

Закрытый трубчатый предохранитель с расширителем типа П-1.

Тогда во время гашения дуги одновременно происходят два процесса: интенсивное передвижение газов из трубки в расширитель и увеличение давления. Подобные дугогасительные устройства хорошо гасят дугу при напряжении постоянного тока до 3 500 — 3 800 а как в цепях вспомогательных машин, так и в силовых, хотя при этом возникают большие перенапряжения, появляющиеся вследствие интенсивной деионизации дуги в конце выключения. В предохранителях для силовых цепей трубка имеет расширители с обоих концов ( рис. 10 — 3 г), а вставка сделана по рис. 10 — 1 в. Однако, как показывают опыты, иногда, при относительно небольших токах, из-за недостаточно интенсивного расплавления вставки и слабого газообразования предохранитель не разрывает цепь. Поэтому силовые предохранители при высоком напряжении постоянного тока повсеместно заменяют быстродействующими автоматическими выключателями.

Режимы работы электрофильтра ( лента самописца, регестрирующего напряжение.

С уменьшением времени гашения дуги и времени повышения напряжения средние электрические параметры агрегата возрастают.

Разрез по дугогасительной камере автогазового выключателя.

При этом способе время гашения дуги минимально и можно изготовить выключатели на очень высокое напряжение.

Что же такое электрическая дуга?

По сути, так в обиходе именуют хорошо известный в физике и электротехнике дуговой разряд – вид самостоятельного электроразряда в газе. Каковы же физические свойства электрической дуги? Она горит в широком диапазоне давления газа, при постоянном или переменном (до 1000 Гц) напряжении между электродами в диапазоне от нескольких вольт (сварочная дуга) до десятков киловольт. Максимальная плотность тока дуги наблюдается на катоде (102-108 А/см2), где она стягивается в катодное пятно, очень яркое и малое по размерам. Оно беспорядочно и непрерывно перемещается по всей площади электрода. Температура его такова, что материал катода в нем кипит. Поэтому возникают идеальные условия для термоэлектронной эмиссии электронов в прикатодное пространство. Над ним образуется небольшой слой, заряженный положительно и обеспечивающий ускорение эмитируемых электронов до скоростей, при которых они ударно ионизируют атомы и молекулы среды в межэлектродном промежутке.

Такое же пятно, но несколько большее и малоподвижное, формируется и на аноде. Температура в нем близкая к катодному пятну.

Если ток дуги порядка нескольких десятков ампер, то из обоих электродов вытекают с большой скоростью нормально к их поверхностям плазменные струи или факелы (см. на фото ниже).

При больших токах (100-300 А) возникают добавочные плазменные струи, и дуга становится похожей на пучок плазменных нитей (см. на фото ниже).

Гашение дуги в масле

Если 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.

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СТОЛБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

Задача ДУ состоит в том, чтобы обеспечить гашение дуги за малое время с допустимым уровнем перенапряжений, при малом износе частей аппарата, при минимальном объеме раскаленных газов, с минимальным звуковым и световым эффектами.

Для гашения дуги постоянного тока необходимо, чтобы вольтамперная характеристика (ВАХ) дуги (U

Рисунок 3.1 – Статическая ВАХ дуги и прямая U-iR.

Где

То подъем характеристики можно получить за счет увеличения длины дуги, увеличения градиента

В электрических аппаратах низкого напряжения наиболее широко применяют ДУ с узкой щелью. Для увеличения эффективности охлаждения ширина щели делается меньше диаметра дуги. Кроме того, по мере втягивания дуги в щель она приобретает форму зигзага. При этом увеличивается не только длина дуги, но и улучшается ее охлаждение. Перемещение дуги в такой камере осуществляется с помощью магнитного поля. Наиболее характерные формы в керамических пластинах ДУ изображены на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 –Гашение дуги с помощью дугогасительной решетки.

11 Лекция 11. Способы гашения электрической дуги11

способы
гашения электрической дуги. Магнитное
дутье. Гашение дуги высоким давлением.
Применение дугогасительных решеток на
постоянном и переменном токе.

Цель
лекции:

рассмотрение
физических явлений, происходящих при
гашении электрической дуги между
расходящимися контактами аппарата
различными способами.

Задача
дугогасительных устройств аппаратов
состоит в том, чтобы обеспечить гашение
дуги:

а)
за малое время с допустимым уровнем
перенапряжений;

б)
при малом износе токоведущих частей
аппарата;

в)
при минимальном объеме раскаленных
газов;

г)
с минимальным звуковым и световым
эффектами.

Для
гашения дуги постоянного тока необходимо,
чтобы ВАХ дуги проходила выше реостатной
прямой, т.е.

,

а
так как

,

то
подъем характеристики можно получить
за счет:

а)
увеличения длины дуги
;

б) напряженности
электрического поля в столбе дуги;

в)использования
околоэлектродного падения напряжения.

Поднятие
ВАХ за счет увеличения длины дуги
малоэффективно, так как требует
значительного увеличения размеров
аппаратов.

Увеличить
напряженность электрического поля
внутри дуги можно:

а) путем эффективного
охлаждения дуги;

б) за счет подъема
давления среды, в которой горит дуга.

Охлаждение дуги
обычно осуществляют:

а) перемещая дугу
относительно среды, в которой она
находится, используя для этой цели
магнитное поле (магнитное дутье);

б) загоняя с
помощью магнитного дутья дугу в узкую
щель дугогасительной камеры, стенки
которой имеют высокую теплопроводность
и дугостойкость. Дуга по мере втягивания
в щель приобретает форму зигзага,
благодаря чему длина дуги увеличивается.
Охлаждение дуги осуществляется в
результате тесного контакта дуги с
холодными относительно температуры
дуги керамическими стенками щели.

Условия гашения дуги постоянного тока

Для
того чтобы погасить электрическую дугу
постоянного тока, необходимо создать
такие условия, при которых процессы
деионизации дугового промежутка
превосходили бы процессы его ионизации.
Если параметры цепи постоянны, то
уменьшение ионизации дугового промежутка
ведет к увеличению сопротивления дуги
и уменьшению тока. В результате этого
дуга начинает гореть неустойчиво.

В
момент погасания дуги напряжение на
дуговом промежутке соответствует
напряжению гашения. Это напряжение
зависит от интенсивности деионизации
дугового промежутка. С усилением
деионизации растет сопротивление дуги,
быстро уменьшается ток и к концу гашения
дуги напряжение на контактах резко
возрастает. Поэтому при отключении
цепей постоянного тока возникают
значительные перенапряжения. Величина
их зависит от индуктивности цепи и
быстроты гашения дуги. Перенапряжение
растет с увеличением скорости изменения
тока и зависит от индуктивности цепи
L.

При
отключении цепей постоянного тока
напряжение на дуговом промежутке в
момент погасания дуги может в несколько
раз превысить напряжение источника
тока. Эти перенапряжения опасны не
только для цепи тока, но и гасящих сред,
имеющих высокое напряжение гашения.
Поэтому при отключении цепей постоянного
тока не применяются также среды,
напряжение гашения которых велико,
например масло. Масляные выключатели
не применяются для размыкания цепей
постоянного тока.

Для
уменьшения перенапряжения применяют
различные способы шунтирования
индуктивностей цепи активными
сопротивлениями, емкостями и вентилями.
Это уменьшает перенапряжение и облегчает
процесс гашения дуги.

В
процессе гашения дуги в дуговом промежутке
выделяется определенное количество
энергии. Величина энергии в основном
определяется током цепи, напряжениями
цепи и дуги, сопротивлением дуги, временем
ее горения и постоянными дугогасительных
устройств. В дуге постоянного тока при
ее гашении выделяются энергия магнитного
поля, запасенная цепью в начальный
момент отключения, и энергия, поступающая
от генератора за время горения дуги, за
вычетом потерь в цепи. Отсюда следует,
что чем больше индуктивность цепи, тем
больше в ней запас энергии магнитного
поля и тем труднее погасить дугу
постоянного тока. В устойчиво горящей
дуге вся выделяющаяся в ней энергия
поступает от генератора. Энергия,
выделяемая в дуге, расходуется на
нагревание дугового промежутка и
частично рассеивается в окружающей
среде.

Гашение
дуги происходит в том случае, если
температура дугового промежутка будет
падать. Это условие выполняется при
отрицательном энергетическом балансе
дуги, т. е. когда количество тепла,
отводимое от дуги, больше количества
энергии, подводимой к дуге в процессе
ее гашения.

ОКОЛОКАТОДНАЯ ОБЛАСТЬ

Занимает весьма небольшое пространство длиной не более 10-6 м. Около катода возникает положительный объемный заряд, создаваемый положительными ионами. Между этим положительным объемным зарядом и катодом создается электрическое поле с напряженностью до 107 В/м, в котором движутся электроны, вышедшие из катода и создающие электрический ток. Образующиеся электроны не создают около катода отрицательного объемного заряда, т. к. их скорость значительно больше скорости тяжелых положительных ионов. Положительные ионы разгоняются в поле катодного падения напряжения и бомбардируют катод. Благодаря этому температура катода поднимается и достигает точки испарения материала электрода.

ОБЛАСТЬ ДУГОВОГО СТОЛБА

Энергия, приобретенная заряженными частицами в электрическом поле дугового столба, столь мала, что практически ионизация толчком не происходит.

При большой температуре, которая имеет место в области дугового столба, скорость частицы возрастает до значения, при котором угар в нейтральный атом приводит к его ионизации. Такая ионизация называется термической. Основным источником ионов и электронов в столбе дуги является термическая ионизация

Степень ионизации (Х) зависит от давлении газа в столбе дуги

(3.1)

Из (3.1) следует, что с ростом давления степень ионизации (Х) уменьшается.

В связи с этим во многих дугогасильных устройствах (ДУ) электрических аппаратов создается повышенное давление газа, что способствует гашению дуги. Кроме этого в (ДУ) принимаются меры против показания металлических паров электродов в столб дуги (уменьшение сечения плавких вставок предохранителей, перемещение дуги по электродам, уменьшение температуры электродов и др.).

Поскольку степень ионизации определяется температурой, во всех ДУ стремятся отводить тепло от дуги за счет охлаждения движущимся воздухом или газом (воздушные, масляные выключатели) либо отдачи тепла стенкам дугогасительной камеры.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий