Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

Процесс образования электрической дуги и способы ее гашения

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

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 дуги

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахПроцесс 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). Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахПроводимость 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.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

Способы гашения дуги в коммутационных электрических аппаратах

Для 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.

При 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 дуг

Если 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.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

Охлаждение дуги в узких щелях

Гашение 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.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

Гашение дуги высоким давлением

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахПри 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 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.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахДугогасительные 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.

Другие способы гашения дуги в аппаратах на напряжение выше 1 кВ

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Процесс образования электрической дуги и способы ее гашения

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахПри размыкании электронной цепи появляется электронный разряд в виде электронной дуги. Для возникновения электронной дуги довольно, чтоб напряжение на контактах было выше 10 В при токе в цепи порядка 0,1А и поболее. При значимых напряжениях и токах температура снутри дуги может достигать 10…15 тыс. °С, в итоге чего плавятся контакты и токоведущие части.

При напряжениях 110 кВ и выше длина дуги может достигать нескольких метров. Потому электронная дуга, в особенности в массивных силовых цепях, на напряжение выше 1 кВ представляет собой огромную опасность, хотя суровые последствия могут быть и в установках на напряжение ниже 1 кВ. Вследствие этого электронную дугу нужно очень ограничить и стремительно погасить в цепях на напряжение как выше, так и ниже 1 кВ.

Предпосылки появления электронный дуги

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахПроцесс образования электронной дуги может быть упрощенно представлен последующим образом. При расхождении контактов сначала миниатюризируется контактное давление и соответственно контактная поверхность, растут переходное сопротивление ( плотность тока и температура — начинаются местные (на отдельных участках площади контактов) перегревы, которые в предстоящем
содействуют термоэлектронной эмиссии, когда под воздействием высочайшей
температуры возрастает скорость движения электронов и они вырываются с поверхности электрода.

В момент расхождения контактов, другими словами разрыва цепи, на контактном промежутке стремительно восстанавливается напряжение. Так как при
этом расстояние меж контактами не достаточно, появляется электронное поле высочайшей напряженности, под воздействием которого с поверхности электрода вырываются электроны. Они разгоняются в
электронном поле и при ударе в нейтральный атом отдают ему свою кинетическую энергию. Если этой энергии довольно, чтоб оторвать хотя бы один электрон с оболочки нейтрального атома,
то происходит процесс ионизации.

Образовавшиеся свободные электроны и ионы составляют плазму ствола дуги, другими словами ионизированного канала, в каком пылает дуга и обеспечивается непрерывное движение частиц. При всем этом негативно заряженные частички, сначала электроны, движутся в одном направлении (к аноду), а атомы и молекулы газов, лишенные 1-го либо нескольких электронов, — положительно заряженные частички — в обратном направлении (к катоду).

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахПроводимость плазмы близка к проводимости металлов.

В стволе дуги проходит большой ток и создается высочайшая температура. Такая температура ствола дуги приводит к термоионизации — процессу образования ионов вследствие соударения молекул и атомов, владеющих большой кинетической энергией при больших скоростях их движения (молекулы и атомы среды, где
пылает дуга, распадаются на электроны и положительно заряженные ионы). Насыщенная термоионизация поддерживает высшую
проводимость плазмы. Потому падение напряжения по длине дуги
невелико.

В электронной дуге безпрерывно протекают два процесса: не считая ионизации, также деионизация атомов и молекул. Последняя происходит в главном методом диффузии, другими словами переноса заряженных частиц в окружающую среду, и рекомбинации электронов и положительно заряженных ионов, которые воссоединяются в нейтральные частички с отдачей энергии, затраченной на их распад. При всем этом происходит теплоотвод в окружающую среду.

Таким макаром, 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 схожа, погасание дуги, когда интенсивность деионизации выше, чем ионизации.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

Методы гашения дуги в коммутационных электронных аппаратах

Для того чтоб отключить элементы электронной цепи и исключить при всем этом повреждение коммутационного аппарата, нужно не только лишь разомкнуть его контакты, да и погасить появляющуюся меж ними дугу. Процессы гашения дуги, так же как и горения, при переменном и неизменном 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 всякий раз самопроизвольно угасает, а потом опять зажигается.

Фактически ток в дуге становится близким нулю несколько ранее перехода через нуль, потому что при понижении тока энергия, подводимая к дуге, миниатюризируется, соответственно понижается температура дуги и прекращается термоионизация. При всем этом в дуговом промежутке активно идет процесс деионизации. Если на этот момент разомкнуть и стремительно развести контакты, то следующий электронный пробой может не произойти и цепь будет отключена без появления дуги. Но фактически это сделать очень трудно, и потому принимают особые меры ускоренного гашения дуги, обеспечивающие остывание дугового места и уменьшение числа заряженных частиц.

В итоге деионизации равномерно возрастает электронная крепкость промежутка и сразу вырастает восстанавливающееся напряжение на нем. От соотношения этих величин и зависит, зажгется ли на еще одну половину периода дуга либо нет. Если электронная крепкость промежутка растет резвее и оказывается больше восстанавливающего напряжения, дуга больше не зажгется, в неприятном же случае будет обеспечено устойчивое горение дуги. 1-ое условие и определяет задачку гашения дуги.

В коммутационных аппаратах употребляют разные методы гашения дуги.

При расхождении контактов в процессе отключения электронной цепи появившаяся дуга растягивается. При всем этом улучшаются условия остывания дуги, потому что возрастает ее поверхность и для горения требуется большее напряжение.

Деление длинноватой дуги на ряд маленьких дуг

Если дугу, образовавшуюся при
размыкании контактов, поделить на К маленьких дуг, к примеру затянув ее в
железную решетку, то она погаснет. Дуга обычно затягивается в железную решетку под воздействием электрического поля, наводимого в пластинках решетки вихревыми токами. Этот метод гашения дуги обширно употребляется в коммутационных аппаратах на напряжение ниже 1 кВ, а именно в автоматических воздушных выключателях.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

Остывание дуги в узеньких щелях

Гашение дуги в малом объеме облегчается. Потому в коммутационных аппаратах обширно употребляют дугогасительные камеры с продольными щелями (ось таковой щели совпадает по направлению с осью ствола дуги). Такая щель обычно появляется в камерах из изоляционных дугостойких материалов. Благодаря соприкосновению дуги с прохладными поверхностями происходят ее насыщенное остывание, диффузия заряженных частиц в окружающую среду и соответственно стремительная деионизация.

Не считая щелей с плоскопараллельными стенами, используют также щели с ребрами, выступами, расширениями (кармашками). Все это приводит к деформации ствола дуги
и содействует повышению площади соприкосновения ее с прохладными стенами камеры.

Втягивание дуги в узенькие щели обычно происходит под действием магнитного поля, взаимодействующего
с дугой, которая может рассматриваться как проводник с током.

Наружное магнитное поле для перемещения дуги более нередко обеспечивают за счет катушки, включаемой поочередно с контактами, меж которыми появляется дуга. Гашение дуги в узеньких щелях употребляют в аппаратах на все напряжения.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

Гашение дуги высочайшим давлением

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахПри постоянной температуре степень ионизации газа падает с ростом давления, при всем этом растет теплопроводимость газа. При иных равных критериях это приводит к усиленному остыванию дуги. Гашение дуги с помощью высочайшего давления, создаваемого самой же дугой в плотно закрытых камерах, обширно употребляется в плавких предохранителях и ряде других аппаратов.

Гашение дуги в масле

Если контакты выключателя помещены в масло, то возникающая при их размыкании дуга приводит к насыщенному испарению масла. В итоге вокруг дуги появляется газовый пузырь (оболочка), состоящий в главном из водорода (70…80 %), также паров масла. Выделяемые газы с большой скоростью попадают конкретно в зону ствола дуги, вызывают смешивание прохладного и жаркого газа в пузыре, обеспечивают насыщенное остывание и соответственно деионизацию дугового промежутка. Не считая того, деионизирующую способность газов увеличивает создаваемое при резвом разложении масла давление снутри пузыря.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахДугогасительные камеры по принципу деяния делят на три главные группы: с автодутьем, когда высочайшие давление и скорость движения газа в зоне дуги создаются за счет выделяющейся в дуге энергии, с принудительным масляным дутьем с помощью особых нагнетающих гидравлических устройств, с магнитным гашением в масле, когда дуга под действием магнитного поля перемещается в узенькие щели.

Другие методы гашения дуги в аппаратах на напряжение выше 1 кВ

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахНе считая обозначенных выше методов гашения дуги, употребляют также: сжатый воздух, потоком которого повдоль либо поперек обдувается дуга, обеспечивая ее насыщенное остывание (заместо воздуха используются и другие газы, нередко получаемые из жестких газогенерирующих материалов — фибры, винипласта и
т. п. — за счет их разложения самой пылающей дугой), элегаз (шестифтористая сера), владеющий более высочайшей электронной прочностью, чем воздух и водород, в итоге чего дуга, пылающая
в этом газе, даже при атмосферном давлении довольно стремительно гасится, высокоразреженный газ (вакуум), при размыкании контактов в каком дуга не зажигается вновь (угасает) после первого прохождения тока через нуль.

Источник

Процесс образования электрической дуги и способы ее гашения

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

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 дуги

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахПроцесс образования электрической дуги может быть упрощенно представлен следующим образом. При расхождении контактов вначале уменьшается контактное давление и соответственно контактная поверхность, увеличиваютсяпереходное 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, возникаетэлектрическое 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). Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахПроводимость 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.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

Способы гашения дуги в коммутационных электрических аппаратах

Для 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.

При 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 дуг

Если 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.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

Охлаждение дуги в узких щелях

Гашение 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.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах

Гашение дуги высоким давлением

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахПри 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 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.

Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Смотреть картинку Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Картинка про Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратах. Фото Чем обусловлено образование электрической дуги в коммутационных аппаратахДугогасительные 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.

Другие способы гашения дуги в аппаратах на напряжение выше 1 кВ

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.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *