Здавалка
Главная | Обратная связь

Основы теории горения и гашения электрической дуги



Тема 5

 

Коммутация контактных силовых аппаратов может сопровождаться возникновением электрической дуги.

Промежуток при этом между контактами становится проводящим и прохождение тока в цепи не прекращается несмотря на разрыв контактов.

Электрический разряд приводит к износу контактов аппарата и может быть либо тлеющим разрядом, либо электрической дугой (дуговым разрядом).

Тлеющий разряд возникает при токах менее 0,1 А при напряжении на контактах 250-300 В. Такой разряд происходит на контактах маломощных реле. В более мощных аппаратах тлеющий разряд является переходной фазой к дуговому разряду.

Дуговой разряд может начинаться при следующих вполне определенных условиях:

- напряжения между контактами должно быть не менее 10-20 В. Это наименьшее около электродное напряжение, вызывающее появление электрической дуги называется катодным падением напряжения и зависит от материала контакта (U0).

- Ток цепи должен быть не менее 80-100 мА.

Таким образом, электрическая дуга характеризуется потоком заряженных частиц (электронов), излучаемых с поверхности того из контактов, который является катодом, и устремляющихся по направлению ко второму контакту, являющемуся анодом.

Процесс появления в дуговых промежутках электрических зарядов, положительных ионов и отрицательных электронов называется ионизацией.

Известны четыре основных пути появления электрических зарядов:

- ударная ионизация – возникает при весьма значительных напряжениях;

- термическая ионизация – процесс появления зарядов при температурах выше 50000С;

- термоэлектронная ионизация – процесс испускания электронов катодом до температуры, при которой начинается термоионное излучение. Катод при этом разогревается.

- автоэлектронная эмиссия – процесс вырывания электронов с поверхности катода силами электрического поля.

Обратный процесс ионизации, т.е. процесс уменьшения количества заряженных частиц в дуговом промежутке называется деонизацией.

Деонизация дуги происходит двумя путями:

- путем воссоединения (рекомбинации) положительных ионов с электронами;

- путем перемещения (диффузии) заряженных частиц из области горения дуги в окружающее пространство.

Рекомбинация зарядов происходит в основном при непосредственном столкновении электронов с положительными ионами. Процесс рекомбинации значительно усиливается, если в области горения дуги находится твердый диэлектрик.

Диффузия происходит вследствие неравномерности распределения зарядов по сечению дуги, а также за счет разности температур дуги и окружающей среды. С повышением разности температур диффузия зарядов увеличивается.

Процессы ионизации и деионизации в электрической дуге протекают параллельно друг другу.

К числу мер, облегчающих гашения дуги относится диссоциация (разложение) нейтральных молекул газа на нейтральные атомы. Диссоциация молекул газов происходит под действием высокой температуры дуги и сопровождается поглощением тепловой энергии. Температура дуги понижается и процесс образования зараженных частиц затрудняется.

Температура, при которой наблюдается диссоциация газов, ниже температуры ионизации.

В конечном счете диссоциация газов ускоряет перенос тепловой энергии от дугового ствола в окружающее пространство.

В качестве дугогасящего газа могут применяться воздух, водород, азот, кислород, углекислый газ и водяной пар.

Лучшими дугогасящими свойствами обладает водород.

В дуговом разряде можно выделить три характерных области:

- околокатодную область;

- область столба дуги;

- околоанодную область.

В каждой из этих областей процессы ионизации идеионизации протекают по разному.

Околокатодную область. Занимает весьма небольшое пространство длиной не более 10-6м. Около катода возникает положительный объемный заряд, создаваемый положительными ионами. Между катодом и положительным объемным зарядом создается электрическое поле с напряжением до 107 В / м, в котором движутся электроны, вышедшие из катода и создающие электрический ток.

Электрическое поле воздействует на электроны, увеличивая их скорость.

При соударении такого электрона и нейтральной частицей может произойти ионизация, для чего электрон должен обладать определенной энергией.

Напряжение (разгоняющее), которое должен пройти электрон для приобретения энергии, необходимой для приобретения энергии, необходимой для ионизации, называется потенциалом ионизации. Для газов он колеблется от 24,5 В для (гелия), до 13,3 В (для водорода).

Положительные ионы, также как и электроны, разгоняются электрическим полем, но из-за большой массы скорость их во многом меньше.

При ударе положительного иона о нейтральную частицу меньшая часть энергии передается на ионизацию, так что ионизация толчком (ударная) происходит в основном за счет электронов.

В виду малой протяженности околокатодной области электроны не набирают скорости, достаточной для ионизации ударом. Чаще всего после удара атом переходит в возбужденное состояние (электроны атома переходят на более удаленную от ядра орбиту).

Для ионизации возбужденного атома требуется меньшая энергия. В результате необходимый потенциал ионизации уменьшается. Такая ионизация называется ступенчатой. При ней необходим многократный удар электронов по атому: на каждый образующий положительный ион требуется десятки электронов. Поэтому ток около катода, несмотря на наличие положительных ионов, носит электронный характер.

Образующие электроны не создают около катода отрицательного объемного заряда, так как их скорость значительно больше тяжелых положительных ионов, которые разгоняются в поле катодного падения напряжения и бомбардируют катод.

Благодаря этому температура катода поднимается и достигает точки испарения материала электрода. При высоких температурах появляется термоэлектронная эмиссия, которая в сильной степени зависит от температуры электрода.

Исследования показывают, что дуга может существовать только за счет автоэлектронной эмиссии, создаваемой у катода электрическим полем.







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.