Дуговий струм. Електрична дуга у високовольтних вимикачах

Електрична дуга – це потужний, тривалий час між електродами, що знаходяться під напругою, електричний розряд у сильно іонізованій суміші газів і пар. Характеризується високою температурою газів та великим струмом у зоні розряду.

Електроди підключаються до джерел змінного (зварювальний трансформатор) або постійного струму (зварювальний генератор або випрямляч) за прямої та зворотної полярності.

При зварюванні постійним струмом електрод приєднаний до позитивного полюса називається анодом, а негативного - катодом. Проміжок між електродами називається областю дугового проміжку або дуговим проміжком (рисунок 3.4). Дуговий проміжок зазвичай поділяють на 3 характерні області:

анодна область, що примикає до аноду;
катодна область;
стовп дуги.

Будь-яке запалення дуги починається з короткого замикання, тобто. із замикання електрода з виробом. При цьому U д = 0, а струм I max = I кор. У місці замикання утворюється катодна пляма, яка є неодмінною (необхідною) умовою існування дугового розряду. Рідкий метал, що утворюється, при відведенні електрода розтягується, перегрівається і температура досягає, до температури кипіння - збуджується (запалюється) дуга.

Запалювання дуги можна і без зіткнення електродів з допомогою іонізації, тобто. пробою діелектричного повітряного (газового) проміжку за рахунок підвищення напруги осциляторами (аргонодугове зварювання).

Дуговий проміжок є діелектричним середовищем, яке необхідно іонізувати.

Для існування дугового розряду достатньо Uд = 16÷60 В. Проходження електричного струмучерез повітряний (дуговий) проміжок можливе лише за наявності в ньому електронів (елементарних негативних частинок) та іонів: позитивні (+) іони – всі молекули та атоми елементів (легше утворюють метали Ме); негативні (–) іони – легше утворюють F, Cr, N 2 , O 2 та інші елементи, що володіють спорідненістю до електронів е.

Рисунок 3.4 – Схема горіння дуги

Катодна область дуги є джерелом електронів, що іонізують гази в дуговому проміжку. Електрони, що виділилися з катода, прискорюються електричним полем і віддаляються від катода. Одночасно під впливом цього поля до катода прямують +іони:

U д = U до + U з + U а;

Анодна область має значно більший обсяг U a< U к.

Стовп дуги - основна частка дугового проміжку є сумішшю електронів, + і - іонів і нейтральних атомів (молекул). Стовп дуги нейтральний:

∑зар.відр. = ∑зарядів поклад.частинок.

Енергія підтримки стаціонарної дуги надходить від джерела живлення ІП.

Різна температура, розмірів анодних та катодних зон та різна кількістьтепла, що виділяється – обумовлює існування при зварюванні на постійному струмі прямої та зворотної полярності:

Q a > Q до; U a< U к.

при вимаганні великої кількості тепла для прогріву край великих товщин металу застосовується пряма полярність (наприклад, при наплавленні);
при тонкостінних і не допускаючих перегріву металів, що зварюються зворотна полярність(+ На електроді).

22 серпня 2012 року о 10:00

При розмиканні електричного ланцюгавиникає електричний розряд як електричної дуги. Для появи електричної дуги достатньо, щоб напруга на контактах була вище 10 при струмі в ланцюгу порядку 0,1А і більше. При значних напругах і струмах температура всередині дуги може досягати 10...15 тис. °С, внаслідок чого плавляться контакти та струмопровідні частини.

При напругах 110 кВ і від довжина дуги може досягати кількох метрів. Тому електрична дуга, особливо в потужних силових ланцюгах, на напругу вище 1 кВ є великою небезпекою, хоча серйозні наслідки можуть бути і в установках на напругу нижче 1 кВ. Внаслідок цього електричну дугу необхідно максимально обмежити та швидко погасити у ланцюгах на напругу як вище, так і нижче 1 кВ.

Причини виникнення електричної дуги

Процес утворення електричної дуги може бути спрощено представлений в такий спосіб. При розбіжності контактів спочатку зменшується контактний тиск і відповідно контактна поверхня, збільшуються перехідний опір (щільність струму і температура - починаються місцеві (на окремих ділянках площі контактів) перегріви, які надалі сприяють термоелектронній емісії, коли під впливом високої температури збільшується швидкість руху електронів і вони вириваються із поверхні електрода.

У момент розбіжності контактів, тобто розриву ланцюга, на контактному проміжку швидко відновлюється напруга. Оскільки при цьому відстань між контактами замало, виникає електричне поле високої напруженості, під впливом якого з поверхні електрода вириваються електрони. Вони розганяються в електричному поліі за ударі в нейтральний атом віддають йому свою кінетичну енергію. Якщо цієї енергії достатньо, щоб відірвати хоча б один електрон з оболонки нейтрального атома, відбувається процес іонізації.

Вільні електрони та іони, що утворилися, становлять плазму стовбура дуги, тобто іонізованого каналу, в якому горить дуга і забезпечується безперервний рух частинок. При цьому негативно заряджені частинки, насамперед електрони, рухаються в одному напрямку (до анода), а атоми та молекули газів, позбавлені одного або декількох електронів, — позитивно заряджені частинки — у протилежному напрямку (до катода). Провідність плазми близька до провідності металів.

У стовбурі дуги проходить великий струм та створюється висока температура. Така температура стовбура дуги призводить до термоіонізації - процесу утворення іонів внаслідок зіткнення молекул і атомів, що мають велику кінетичну енергію при високих швидкостях їх руху (молекули і атоми середовища, де горить дуга, розпадаються на електрони і позитивно заряджені іони). Інтенсивна термоіонізація підтримує високу провідність плазми. Тому падіння напруги по довжині дуги невелике.

В електричній дузі безперервно протікають два процеси: крім іонізації, також деіонізація атомів та молекул. Остання відбувається в основному шляхом дифузії, тобто перенесення заряджених частинок навколишнє середовище, і рекомбінації електронів і позитивно заряджених іонів, які з'єднуються в нейтральні частки з віддачею енергії, витраченої з їхньої розпад. При цьому відбувається тепловідведення у навколишнє середовище.

Таким чином, можна розрізнити три стадії аналізованого процесу: запалення дуги, коли внаслідок ударної іонізації та емісії електронів з катода починається дуговий розряд і інтенсивність іонізації вище, ніж деіонізації, стійке горіння дуги, підтримуване термоіонізації в стовбурі дуги, коли інтенсивність іонізації та деіонізації однакова, згасання дуги, коли інтенсивність деіонізації вища, ніж іонізації.

Способи гасіння дуги у комутаційних електричних апаратах

Для того щоб відключити елементи електричного ланцюга і виключити при цьому пошкодження комутаційного апарату, необхідно не тільки розімкнути його контакти, але і погасити дугу, що з'являється між ними. Процеси гасіння дуги, як і і горіння, при змінному і постійному струмі різні. Це визначається тим, що в першому випадку струм у дузі кожен напівперіод проходить через нуль. У ці моменти виділення енергії в дузі припиняється і дуга щоразу мимоволі гасне, а потім знову спалахує.

Практично струм у дузі стає близьким нулю раніше переходу через нуль, так як при зниженні струму енергія, що підводиться до дуги, зменшується, відповідно знижується температура дуги і припиняється термоіонізація. При цьому в дуговому проміжку інтенсивно йде процес деіонізації. Якщо в Наразірозімкнути і швидко розвести контакти, то наступний електричний пробій може не відбутися і ланцюг буде відключений без виникнення дуги. Однак практично це зробити вкрай складно, і тому вживають спеціальних заходів прискореного гасіння дуги, що забезпечують охолодження дугового простору та зменшення кількості заряджених частинок.

В результаті деіонізації поступово збільшується електрична міцність проміжку і одночасно зростає напруга, що відновлюється, на ньому. Від співвідношення цих величин і залежить, чи загориться на чергову половину періоду дуга чи ні. Якщо електрична міцність проміжку зростає швидше і виявляється більше напруги, що відновлює, дуга більше не загориться, в іншому випадку буде забезпечене стійке горіння дуги. Перша умова і визначає завдання гасіння дуги.

У комутаційних апаратах використовують різні способигасіння дуги.

Подовження дуги

При розходженні контактів у процесі відключення електричного ланцюга дуга, що виникла, розтягується. При цьому покращуються умови охолодження дуги, так як збільшується її поверхня і для горіння потрібна більша напруга.

Поділ довгої дуги на низку коротких дуг

Якщо дугу, що утворилася при розмиканні контактів, розділити на К коротких дуг, наприклад, затягнувши її в металеву решітку, вона згасне. Дуга зазвичай затягується в металеві грати під впливом електро магнітного поля, що наводиться в пластинах решітки вихровими струмами. Цей спосіб гасіння дуги широко використовується в комутаційних апаратах на напругу нижче 1 кВ, зокрема автоматичних повітряних вимикачах.

Охолодження дуги у вузьких щілинах

Гасіння дуги в малому обсязі полегшується. Тому в комутаційних апаратах широко використовують дугогасні камери з поздовжніми щілинами (вісь такої щілини збігається у напрямку з віссю дула). Така щілина зазвичай утворюється в камерах із ізоляційних дугостійких матеріалів. Завдяки зіткненню дуги з холодними поверхнями відбуваються її інтенсивне охолодження, дифузія заряджених частинок у навколишнє середовище та відповідно швидка деіонізація.

Крім щілин із плоскопаралельними стінками, застосовують також щілини з ребрами, виступами, розширеннями (кишенями). Все це призводить до деформації стовбура дуги та сприяє збільшенню площі зіткнення її з холодними стінками камери.

Втягування дуги у вузькі щілини зазвичай відбувається під дією магнітного поля, що взаємодіє з дугою, яка може розглядатися як провідник зі струмом.

Зовнішнє магнітне поле для переміщення дуги найчастіше забезпечують за рахунок котушки, що включається послідовно з контактами, між якими виникає дуга. Гасіння дуги у вузьких щілинах використовують в апаратах на всі напруження.

Гасіння дуги високим тиском

При постійній температурі ступінь іонізації газу падає зі зростанням тиску, у своїй зростає теплопровідність газу. За інших рівних умов це призводить до посиленого охолодження дуги. Гасіння дуги за допомогою високого тиску, створюваного самою дугою в щільно закритих камерах, широко використовується в плавких запобіжниках і ряді інших апаратів.

Гасіння дуги в олії

Якщо контакти вимикача поміщені в масло, то дуга, що виникає при їх розмиканні, призводить до інтенсивного випаровування масла. В результаті навколо дуги утворюється газова бульбашка (оболонка), що складається в основному з водню (70 ... 80%), а також парів олії. Гази, що виділяються, з великою швидкістю проникають безпосередньо в зону стовбура дуги, викликають перемішування холодного і гарячого газу в міхурі, забезпечують інтенсивне охолодження і відповідно деіонізацію дугового проміжку. Крім того, деіонізуючу здатність газів підвищує створюваний при швидкому розкладанні масла тиск усередині міхура.

Інтенсивність процесу гасіння дуги в олії тим вища, чим ближче стикається дуга з маслом і швидше рухається масло по відношенню до дуги. Враховуючи це, дуговий розрив обмежують замкнутим ізоляційним пристроєм - дугогасною камерою. У цих камерах створюється більш тісний зіткнення олії з дугою, а за допомогою ізоляційних пластин і вихлопних отворів утворюються робочі канали, якими відбувається рух олії та газів, забезпечуючи інтенсивне обдування (дуття) дуги.

Дугогасні камери за принципом дії поділяють на три основні групи: з автодуттям, коли високі тиск і швидкість руху газу в зоні дуги створюються за рахунок енергії, що виділяється в дузі, з примусовим масляним дуттям за допомогою спеціальних нагнітальних гідравлічних механізмів, з магнітним гасінням в маслі, коли дуга під впливом магнітного поля переміщається у вузькі щілини.

Найбільш ефективні та прості дугогасні камери з автодуттям. Залежно від розташування каналів та вихлопних отворів розрізняють камери, в яких забезпечується інтенсивне обдування потоками газопарової суміші та олії вздовж дуги (поздовжнє дуття) або поперек дуги (поперечне дуття). Розглянуті способи гасіння дуги широко використовуються у вимикачах на напругу понад 1 кВ.

Інші способи гасіння дуги в апаратах на напругу понад 1 кВ

Крім зазначених вище способів гасіння дуги, використовують також: стиснене повітря, потоком якого вздовж або впоперек обдувається дуга, забезпечуючи її інтенсивне охолодження (замість повітря застосовуються й інші гази, що часто одержуються з твердих газогенеруючих матеріалів - фібри, вініпласту і т.п. рахунок їх розкладання дугою), елегаз (шестифториста сірка), що володіє вищою електричною міцністю, ніж повітря і водень, в результаті чого дуга, що горить в цьому газі, навіть при атмосферному тиску досить швидко гаситься, високорозріджений газ (вакуум), при розмиканні контактів у якому дуга не спалахує знову (гасне) після першого проходження струму через нуль.

Останні публікації

При комутації електричних приладів або перенапруг у ланцюгу між струмовідними частинами може з'явитися електрична дуга. Вона може використовуватися в корисних технологічних цілях і в той же час шкодити обладнанню. Нині інженери розробили низку методів боротьби та використання у корисних цілях електричної дуги. У цій статті ми розглянемо, як вона виникає, її наслідки та сферу застосування.

Освіта дуги, її будова та властивості

Припустимо, що ми в лабораторії проводимо експеримент. У нас є два провідники, наприклад, металеві цвяхи. Розташуємо їх вістрям один до одного на невеликій відстані і підключимо до цвяхів висновки регульованого джерела напруги. Якщо поступово збільшувати напругу джерела живлення, то за певного його значення ми побачимо іскри, після чого утворюється стійке свічення подібне до блискавки.

Отже можна спостерігати процес її освіти. Світіння, що утворюється між електродами – це плазма. Фактично це є електрична дуга або протікання електричного струму через газове середовище між електродами. На малюнку нижче ви бачите її будову та вольт-амперну характеристику:

А тут – приблизні величини температур:

Чому виникає електрична дуга

Все дуже просто, ми розглядали в статті про , а також у статті про , що якщо будь-яке тіло, що проводить (сталевий цвях, наприклад) внести в електричне поле - на його поверхні почнуть накопичуватися заряди. При тому, що менше радіус вигину поверхні, то їх більше накопичується. Говорячи простою мовою- Заряди накопичуються на вістря цвяха.

Між нашими електродами повітря – це газ. Під впливом електричного поля відбувається його іонізація. Внаслідок цього виникають умови для утворення електричної дуги.

Напруга, у якому виникає дуга, залежить від конкретного середовища та її стану: тиску, температури та інших факторів.

Цікаво:за однією з версій це явище так називається через її форму. Справа в тому, що в процесі горіння розряду повітря або інший газ, що її оточує, розігрівається і піднімається вгору, в результаті чого відбувається спотворення прямолінійної форми і ми бачимо дугу або арку.

Для запалювання дуги потрібно або подолати напругу пробою середовища між електродами або розірвати електричний ланцюг. Якщо в ланцюзі є велика індуктивність, то, згідно із законами комутації, струм у ньому не може перерватися миттєво, він протікатиме і надалі. У зв'язку з цим зростатиме напруга між роз'єднаними контактами, а дуга горітиме поки не зникне напруга і не розсіється енергія, накопичена в магнітному полі котушки індуктивності.

Розглянемо умови запалення та горіння:

Між електродами має бути повітря чи інший газ. Для подолання напруги пробою середовища потрібно висока напругадесятки тисяч вольт – це залежить від відстані між електродами та інших факторів. Для підтримки горіння дуги достатньо 50-60 Вольт і струму 10 і більше Ампер. Конкретні величини залежать від довкілля, форми електродів та відстані між ними.

Шкода та боротьба з нею

Ми розглянули причини виникнення електричної дуги, тепер давайте розберемося, яку шкоду вона завдає і способи її гасіння. Електрична дуга завдає шкоди комутаційній апаратурі. Ви помічали, що, якщо увімкнути потужний електроприлад у мережу і через якийсь час висмикнути вилку з розетки, відбувається невеликий спалах. Ця дуга утворюється між контактами вилки та розетки внаслідок розриву електричного кола.

Важливо!Під час горіння електричної дуги виділяється багато тепла, температура її горіння досягає значень понад 3000 градусів за Цельсієм. У високовольтних ланцюгах довжина дуги сягає метра і більше. Виникає небезпека як завдання шкоди здоров'ю людей, так і стану обладнання.

Те саме відбувається і у вимикачах освітлення, іншій комутаційній апаратурі серед яких:

автоматичні вимикачі;
магнітні пускачі;
контактори та інше.

В апаратах, що використовуються в мережах 0,4 кВ, у тому числі й звичні 220 В, використовують спеціальні засоби захисту – дугогасильні камери. Вони потрібні щоб зменшити шкоду, яка завдається контактам.

У загальному виглядіДугогасна камера являє собою набір провідних перегородок особливої конфігурації та форми, скріплених стінками з діелектричного матеріалу.

При розмиканні контактів плазма, що утворилася, згинається в бік камери дугогасіння, де роз'єднується на невеликі ділянки. В результаті вона охолоджується та гаситься.

У високовольтних мережах використовують масляні, вакуумні газові вимикачі. У масляному вимикачі гасіння відбувається комутацією контактів у масляній ванні. При горінні електричної дуги в маслі воно розкладається на водень та гази. Навколо контактів утворюється газова бульбашка, яка прагне вирватися з камери з великою швидкістю і дуга охолоджується, оскільки водень має гарну теплопровідність.

У вакуумних вимикачах не іонізуються гази та немає умов для горіння дуги. Також є вимикачі, наповнені газом під високим тиском. При утворенні електричної дуги температура в них не підвищується, підвищується тиск, а через це зменшується іонізація газів або відбувається деіонізація. Перспективним напрямомвважаються.

Також можлива комутація за нульового значення змінного струму.

Корисне застосування

Розглянуте явище знайшло цілий ряд корисних застосувань, наприклад:

Тепер ви знаєте, що таке електрична дуга, які причини виникнення даного явища та можливі сфери застосування. Сподіваємося, дана інформація була для вас зрозумілою та корисною!

Матеріали

17 січня 2012 року о 10:00

При розмиканні електричного ланцюга виникає електричний розряд як електричної дуги. Для появи електричної дуги достатньо, щоб напруга на контактах була вище 10 при струмі в ланцюгу порядку 0,1А і більше. При значних напругах і струмах температура всередині дуги може досягати 10...15 тис. °С, внаслідок чого плавляться контакти та струмопровідні частини.

Причини виникнення електричної дуги

Процес утворення електричної дуги може бути спрощено представлений в такий спосіб. При розбіжності контактів спочатку зменшується контактний тиск і відповідно контактна поверхня, збільшуються перехідний опір (щільність струму та температура - починаються місцеві (на окремих ділянках площі контактів) перегріви, які надалі сприяють термоелектронній емісії, коли під впливом високої температури збільшується швидкість руху електронів і вони вириваються із поверхні електрода.

У момент розбіжності контактів, тобто розриву ланцюга, на контактному проміжку швидко відновлюється напруга. Оскільки при цьому відстань між контактами замало, виникає електричне поле високої напруженості, під впливом якого з поверхні електрода вириваються електрони. Вони розганяються в електричному полі і при ударі до нейтрального атома віддають йому свою кінетичну енергію. Якщо цієї енергії достатньо, щоб відірвати хоча б один електрон з оболонки нейтрального атома, відбувається процес іонізації.

В електричній дузі безперервно протікають два процеси: крім іонізації, також деіонізація атомів та молекул. Остання відбувається в основному шляхом дифузії, тобто перенесення заряджених частинок в навколишнє середовище, і рекомбінації електронів і позитивно заряджених іонів, які з'єднуються в нейтральні частки з віддачею енергії, витраченої на їхній розпад. При цьому відбувається тепловідведення у навколишнє середовище.

Способи гасіння дуги у комутаційних електричних апаратах

Практично струм у дузі стає близьким нулю раніше переходу через нуль, так як при зниженні струму енергія, що підводиться до дуги, зменшується, відповідно знижується температура дуги і припиняється термоіонізація. При цьому в дуговому проміжку інтенсивно йде процес деіонізації. Якщо в даний момент розімкнути і швидко розвести контакти, то наступний електричний пробій може не відбутися і ланцюг буде відключений без виникнення дуги. Однак практично це зробити вкрай складно, і тому вживають спеціальних заходів прискореного гасіння дуги, що забезпечують охолодження дугового простору та зменшення кількості заряджених частинок.

У комутаційних апаратах використовують різні способи гасіння дуги.

Подовження дуги

Поділ довгої дуги на низку коротких дуг

Якщо дугу, що утворилася при розмиканні контактів, розділити на К коротких дуг, наприклад, затягнувши її в металеву решітку, вона згасне. Дуга зазвичай затягується в металеві ґрати під впливом електромагнітного поля, що наводиться в пластинах решітки вихровими струмами. Цей спосіб гасіння дуги широко використовується в комутаційних апаратах на напругу нижче 1 кВ, зокрема автоматичних повітряних вимикачах.

Охолодження дуги у вузьких щілинах

Гасіння дуги високим тиском

Гасіння дуги в олії

Виникнення електричної дуги та її властивості, процеси, що викликають народження та підтримують горіння, а також конструктивні рішення в комутаційних апаратах для гасіння дугового розряду.

Короткий змістстатті:

Властивості електричної дуги або дугового розряду

В електротехніці (автоматичні вимикачі, рубильники, контактори) при вимкненні навантаженого ланцюга народжується електрична дуга.

Встановимо обмеження: описані далі процеси характерні для апаратів з номінальними струмами від 1 до 2000 амперта призначених для роботи в мережах з напругою до 1000 вольт(Нізьковольтна апаратура). Для високовольтної апаратури існують інші умови виникнення та горіння дуги.

Важливі параметри електричної дуги:

дуговий розряд здатний розвинутися виключно при високих струмах (для металу цей струм становить 0,5 ампера);
температура у стволі дуги значна і становить близько 6-18 тисяч кельвінів (часто 6-10 тисяч кельвінів);
зниження напруги у катода незначне і рівне 10-20 вольтам.

Дуговий розряд умовно поділяють на три зони:

навколокатодну;
ствол дуги (основна частина);
навколоанодну.

У виділених зонах іонізація та деіонізація проходять по-різному:

іонізація- процес розпаду нейтрального атома на негативний електрон та позитивний іон;
деіонізація- процес протилежний іонізації (антонім), при якому відбувається злиття електрона та іона в нейтральну частинку.

У 2-хвилинному відеоролику представлена уповільнена зйомка гасіння електричної дугиу модульному автоматичному вимикачівиробництва ABB:

Процеси, що супроводжують народження електричної дуги.

на початковому етапірозведення основних контактів дуга зароджуєтьсяпри наступних процесах:

термоелектронна емісія (звільнення негативних електронів із розігрітої поверхні контакту);
автоелектронна емісія (відрив електронів із катода під впливом значного електричного поля).

Термоелектронна емісія. При розриві контактів у районі останнього майданчика контакту утворюється зона із розплавленою міддю з відповідною температурою. Мідь випаровується на негативному електроді з так званої катодної плями, яка є джерелом вільних електронів. На цей процес впливають: температура та метал контактних поверхонь; він є достатнім народження електричної дуги, але з достатнім підтримки її горіння.

Автоелектронна емісія. Повітряний простір між контактами можна розглядати як своєрідний конденсатор, ємність якого в першу мить необмежена, а далі скорочується в залежності від розриву, що росте, між рухомим і нерухомим контактом. Описаний конденсатор поступово заряджається і напруга в ньому порівнюється з напругою головного ланцюга. Напруженість електричного поля сягає величин, у яких виникають умови виходу електронів із поверхні не нагрітого катода.

Співвідношення впливу описаних процесів на зародження дуги залежить від сили струму, що вимикається, металу контактної групи, чистоти контактної поверхні, швидкості роз'єднання контактів та інших факторів. Домінування одного виду емісії з іншого індивідуально.

Процеси, що підтримують горіння дуги.

За допомогою наступних механізмів взаємодії частинок створюються умови для горіння розряду:

іонізація поштовхом (розігнаний електрон врізається в нейтральну частинку та «вибиває» і її електрон);
теплова іонізація (руйнування нейтральних атомів значними температурами)

Іонізація поштовхом. Вільний електрон із певною швидкістю здатний розбити нейтральну частинку на електрон та іон. Знову отриманий електрон здатний розірвати внутрішні зв'язки у наступної частки, в результаті виходить ланцюжкова реакція. Швидкість електрона є функцією від різниці потенціалів на ділянці руху (достатній потенціал для вибивання електрона: 13 - 16 вольт для кисню, водню, азоту; 24 вольти для гелію; 7,7 вольти для мідної пари).

Теплова іонізація. За високих температур збільшуються швидкості руху частинок у плазмі, що веде до руйнування нейтральних атомів за принципом іонізації поштовхом.

Одночасно з процесами іонізації проходять процеси деіонізації за рахунок рекомбінації (взаємний контакт «-» і «+» частинок веде до злиття їх у нейтральний атом) та дифузії (вихід зі стовбура дуги електронів у зовнішнє середовище, де в нормальних умовахвідбувається їхнє поглинання).

Істотним чинником продовження горіння дуги у разі є теплова іонізація,тому для гасіння розряду застосовується охолодження його ствола(контакт із матеріалом високої теплопровідності), а також подовженнясамої дуги у відведеному їй просторі.

Методи гасіння електричної дуги

Щоб обмежити негативний вплив електричної дуги на контакти комутаційного апарату та його вузли, слід за короткий час погасити дугу. До негативних впливів відносять:

високі температури (оплавлення, випаровування контактного матеріалу);
створення перешийків-провідників електричного струму (дуга легко проводить струм, тому може провести його на ділянки, які не проводять струм за нормальної роботи);
порушення нормальної електричної схемиапарату (руйнування ізоляції).

Дуга- це приватний прояв, одного зі станів речовини, що називається плазмою. Ствол дуги має високі температури і велика кількістьвільних іонів. Оскільки основним фактором, що продовжує горіння, є теплова іонізація, то потрібно інтенсивно охолодити стволелектричної дуги. Для цих цілей у комутаційних апаратах застосовуютьсянаступні конструктивні рішення:

магнітне дуть або нагнітання охолоджуючої рідини або газу для того, щоб подовжити дугу (б обільша поверхня, більше віддає тепла);
деіонні грати або набір профільованих сталевих пластин, які одночасно працюють радіаторами і розчленовують дугу на окремі складові;
дугогасна камера щілинного типу, виконана з матеріалу з великою теплопровідністю та стійкістю до високих температур (електрична дуга, контактуючи з матеріалом камери, віддає теплову енергію);
створення закритого простору з матеріалу, що виділяє газ під впливом температури ( високий тискгазів перешкоджає горінню дуги);
спеціальні контактні сплави для зниження вмісту металів у плазмі;
відкачувати повітря з навколоконтактного простору для створення вакууму (немає речовини – немає іонізації);
в апаратах на змінний струмпроводити розмикання в момент переходу струму через нуль (менше енергії для народження дуги);
вводити в проміжок, між контактами, що розходяться, напівпровідники, які сприймуть струм і не дадуть дузі розгорітися;
застосовувати подвійний розрив у ланцюгу (виключаючи з ланцюга частина провідника, миттєво та значно збільшується відстань між катодом та анодом).

Список літератури

Марков А. М. Електричні та електронні апарати. Електромеханічні апарати. – Псков: Видавництво Псков ГУ, 2013 рік – 128 с (посилання на книгу на сторінці «Прайс-лист»).