Pojava električnog luka i njegova svojstva, procesi koji uzrokuju rađanje i podržavaju sagorijevanje, kao i projektna rješenja u sklopnim uređajima za gašenje lučnog pražnjenja.

Svojstva električnog luka ili lučnog pražnjenja

U elektrotehnici (automatski prekidači, prekidači na nož, kontaktori) kada se opterećeno kolo isključi, nastaje električni luk.

Postavimo granice: u nastavku su opisani procesi tipični za uređaje sa nominalnom struje od 1 do 2000 ampera i dizajniran za rad u mrežama sa naponom do 1000 volti(niskonaponska oprema). Za visokonaponsku opremu postoje i drugi uslovi za nastanak i paljenje luka.

Važni parametri električnog luka:

• lučno pražnjenje može se razviti samo pri velikim strujama (za metal je ova struja 0,5 ampera);
• temperatura u lučnoj osovini je značajna i iznosi oko 6-18 hiljada kelvina (često 6-10 hiljada kelvina);
• pad napona na katodi je neznatan i jednak je 10-20 volti.

Lučno pražnjenje je uslovno podijeljeno u tri zone:

• blizu katode;
• deblo luka (glavni dio);
• blizu anode.

U odabranim zonama ionizacija i deionizacija se odvijaju različito:

• jonizacija- proces raspada neutralnog atoma na negativni elektron i pozitivan ion;
• deionizacija- proces suprotan ionizaciji (antonim), u kojem se elektron i ion spajaju u neutralnu česticu.

Karakteristike videa od 2 minute time-lapse fotografija gašenja električnog luka u ABB modularnom prekidaču:

Procesi koji prate rađanje električnog luka

U početnoj fazi uzgoja glavni kontakti luk je rođen tokom sledećih procesa:

• termoionska emisija (oslobađanje negativnih elektrona sa zagrijane kontaktne površine);
• emisija polja (odvajanje elektrona od katode pod uticajem značajnog električnog polja).

Termionska emisija. Kada su kontakti prekinuti u području posljednjeg kontaktnog područja, formira se zona s rastopljenim bakrom s odgovarajućom temperaturom. Bakar isparava na negativnoj elektrodi iz takozvane katodne tačke, koja je izvor slobodnih elektrona. Na ovaj proces utiču: temperatura i metal dodirnih površina; dovoljno je da se stvori električni luk, ali nije dovoljno da se održi njegovo sagorevanje.

Emisija polja. Vazdušni prostor između kontakata može se smatrati svojevrsnim kondenzatorom, čiji je kapacitet u prvom trenutku neograničen, a zatim se smanjuje u zavisnosti od rastućeg jaza između pokretnog i fiksnog kontakta. Opisani kondenzator se postepeno puni i napon u njemu se uspoređuje sa naponom glavnog kola. Jačina električnog polja dostiže vrijednosti pri kojima nastaju uvjeti za izlazak elektrona s površine nezagrijane katode.

Odnos uticaja opisanih procesa na pokretanje luka zavisi od jačine struje isključenja, metala kontaktne grupe, čistoće kontaktne površine, brzine razdvajanja kontakta i drugih faktora. Dominacija jedne vrste emisije nad drugom je individualna.

Procesi koji podržavaju luk.

Uz pomoć sljedećih mehanizama interakcije čestica stvaraju se uslovi za goruće pražnjenje:

• jonizacija guranjem (raspršeni elektron udari u neutralnu česticu i iz nje „izbije“ i elektron);
• termička jonizacija (uništenje neutralnih atoma značajnim temperaturama).

Push ionization. Slobodni elektron sa određenom brzinom može razbiti neutralnu česticu na elektron i ion. Novodobljeni elektron može prekinuti unutrašnje veze sljedeće čestice, što rezultira lančanom reakcijom. Brzina elektrona je funkcija razlike potencijala u području kretanja (dovoljan potencijal za izbacivanje elektrona: 13 - 16 volti za kisik, vodik, dušik; 24 volta za helij; 7,7 volti za pare bakra) .

Termička ionizacija. Pri visokim temperaturama povećavaju se brzine čestica u plazmi, što dovodi do uništavanja neutralnih atoma po principu ionizacije guranjem.

Istovremeno sa procesima ionizacije odvijaju se i procesi deionizacije zbog rekombinacije (međusobni kontakt čestica "-" i "+" dovodi do njihove fuzije u neutralni atom) i difuzije (elektroni izlaze iz lučnog vratila u vanjsko okruženje, gdje se nalaze apsorbuje u normalnim uslovima).

Bitan faktor za nastavak luka u našem slučaju je termička jonizacija, dakle, da se ugasi pražnjenje primjenjuje se hlađenje njegovog trupa(kontakt sa materijalom visoke toplotne provodljivosti), kao i produžavanje sam luk u prostoru koji mu je dodeljen.

Metode gašenja električnog luka

Kako bi se ograničio negativan utjecaj električnog luka na kontakte sklopnog uređaja i njegovih komponenti, luk treba ugasiti što je prije moguće. Negativni uticaji uključuju:

• visoke temperature (topljenje, isparavanje kontaktnog materijala);
• stvaranje isthmus provodnika električne struje (luk lako provodi struju, stoga je može provesti u područja koja ne provode struju tokom normalnog rada);
• kršenje normalnog električnog kruga aparata (uništenje izolacije).

Arc je posebna manifestacija jednog od agregatnih stanja, tzv plazma. Lučna cijev ima visoke temperature i veliku količinu slobodnih jona. Od glavnog faktor koji produžava sagorevanje je termička jonizacija, onda morate intenzivno ohladiti bure električni luk. U ove svrhe, u sklopnim uređajima primijeniti sljedeće konstruktivne rješenja:

• magnetni udar ili ubrizgavanje rashladne tečnosti ili gasa kako bi se produžio luk (b o Veća površina, više topline se raspršuje
• deionska mreža ili set profilisanih čeličnih ploča koje istovremeno rade kao radijatori i dijele luk na zasebne komponente;
• otvor za luk u obliku proreza, napravljen od materijala visoke toplotne provodljivosti i otpornosti na visoke temperature (električni luk, u kontaktu sa materijalom komore, daje toplotnu energiju);
• stvaranje zatvorenog prostora od materijala koji oslobađa gas pod uticajem temperature (visok pritisak gasa sprečava izgaranje luka);
• posebne kontaktne legure za smanjenje sadržaja metala u plazmi;
• ispumpati vazduh iz prostora koji je blizu kontakta kako bi se stvorio vakuum (bez supstance - bez jonizacije);
• u uređajima za naizmjeničnu struju, otvoreni u trenutku kada struja prođe kroz nulu (manje energije za stvaranje luka);
• uvesti u jaz, između divergentnih kontakata, poluvodiče koji će percipirati struju i neće dozvoliti da se luk rasplamsa;
• primijeniti dvostruki prekid u krugu (isključujući dio vodiča iz kruga, udaljenost između katode i anode se trenutno i značajno povećava).

Bibliografija

Markov A.M. Električni i elektronički uređaji. Dio 1. Elektromehanički uređaji. - Pskov: Izdavačka kuća Pskov GU, 2013 - 128 s (link na knjigu na stranici "Cjenik").

Kada se električni krug otvori, dolazi do električnog pražnjenja u obliku električni luk. Za pojavu električnog luka dovoljno je da napon na kontaktima bude iznad 10 V pri struji u kolu od 0,1A ili više. Pri značajnim naponima i strujama temperatura unutar luka može doseći 3 - 15 hiljada ° C, zbog čega se kontakti i dijelovi koji vode struju tope.

Pri naponu od 110 kV i više, dužina luka može doseći nekoliko metara. Stoga, električni luk, posebno u strujnim krugovima velike snage, na naponu iznad 1 kV predstavlja veliku opasnost, iako ozbiljne posljedice mogu biti u instalacijama na naponu ispod 1 kV. Kao rezultat toga, električni luk mora biti što je moguće više ograničen i brzo ugašen u krugovima za napone iznad i ispod 1 kV.

Proces formiranja električnog luka može se pojednostaviti na sljedeći način. Kada se kontakti raziđu, kontaktni pritisak prvo opada i, shodno tome, raste kontaktna površina (gustoća struje i temperatura - počinje lokalno (u pojedinim delovima kontaktne površine) pregrijavanje, što dodatno doprinosi termoionskoj emisiji, kada je pod uticajem visokih temperature brzina elektrona raste i oni izlaze sa površine elektrode.

U trenutku divergencije kontakata, odnosno prekida strujnog kola, napon se brzo obnavlja na kontaktnom razmaku. Budući da je u ovom slučaju udaljenost između kontakata mala, nastaje visoka napetost pod čijim utjecajem elektroni izlaze s površine elektrode. Ubrzavaju se u električnom polju i, kada udare u neutralni atom, daju mu svoju kinetičku energiju. Ako je ta energija dovoljna da otkine barem jedan elektron sa omotača neutralnog atoma, tada dolazi do procesa ionizacije.

Nastali slobodni elektroni i ioni čine plazmu lučnog vratila, odnosno ionizirani kanal u kojem gori luk i osigurava kontinuirano kretanje čestica. U tom slučaju negativno nabijene čestice, prvenstveno elektroni, kreću se u jednom smjeru (prema anodi), a atomi i molekule plina, lišeni jednog ili više elektrona - pozitivno nabijenih čestica - u suprotnom smjeru (prema katodi). Provodljivost plazme je bliska provodljivosti metala.

U osovini luka teče velika struja i stvara se visoka temperatura. Takva temperatura osovine luka dovodi do termičke ionizacije – procesa stvaranja jona zbog sudara molekula i atoma koji imaju veliku kinetičku energiju pri velikim brzinama svog kretanja (molekule i atomi medija u kojem gori luk raspadaju se u elektrona i pozitivno nabijenih jona). Intenzivna termička jonizacija održava visoku provodljivost plazme. Zbog toga je pad napona duž dužine luka mali.

U električnom luku kontinuirano se odvijaju dva procesa: osim ionizacije, postoji i deionizacija atoma i molekula. Ovo potonje nastaje uglavnom difuzijom, odnosno prijenosom nabijenih čestica u okolinu, te rekombinacijom elektrona i pozitivno nabijenih iona, koji se rekombinuju u neutralne čestice uz povrat energije utrošene na njihov raspad. U tom slučaju toplina se odvodi u okolinu.

Dakle, mogu se razlikovati tri faze procesa koji se razmatra: paljenje luka, kada usled udarne jonizacije i emisije elektrona sa katode, počinje lučno pražnjenje i intenzitet jonizacije je veći od deionizacije, stabilno gorenje luka, podržano termičkom jonizacijom u lučnoj osovini, kada je intenzitet ionizacije i deionizacije isti, gašenje luka kada je intenzitet deionizacije veći od ionizacije.

Metode gašenja luka u električnim sklopnim uređajima

Da biste isključili elemente električnog kruga i tako isključili oštećenje sklopnog uređaja, potrebno je ne samo otvoriti njegove kontakte, već i ugasiti luk koji se pojavljuje između njih. Procesi gašenja luka, kao i sagorevanja, različiti su za naizmeničnu i jednosmernu struju. To je određeno činjenicom da u prvom slučaju struja u luku prolazi kroz nulu svakog poluciklusa. U tim trenucima, oslobađanje energije u luku prestaje i luk se svaki put spontano gasi, a zatim ponovo svijetli.

U praksi, struja u luku postaje blizu nule nešto ranije od prelaska nule, jer kada se struja smanji, energija koja se dovodi u luk se smanjuje, temperatura luka se shodno tome smanjuje i termička ionizacija prestaje. U ovom slučaju, proces deionizacije se intenzivno odvija u lučnom procjepu. Ako se u ovom trenutku otvori i brzo odvoji kontakti, tada se možda neće dogoditi naknadni električni kvar i krug će se isključiti bez luka. Međutim, u praksi je to izuzetno teško učiniti, pa se poduzimaju posebne mjere za ubrzanje gašenja luka, koje osiguravaju hlađenje prostora luka i smanjenje broja nabijenih čestica.

Kao rezultat deionizacije, dielektrična čvrstoća jaza se postepeno povećava, a istovremeno se povećava povratni napon na njemu. Od omjera ovih vrijednosti zavisi da li će luk upaliti sljedeću polovinu perioda ili ne. Ako se dielektrična čvrstoća jaza povećava brže i veća je od povratnog napona, luk se više neće zapaliti, inače će luk biti stabilan. Prvi uslov definiše problem gašenja luka.

U sklopnim uređajima koriste se različite metode gašenja luka.

Produženje luka

Kada se kontakti raziđu u procesu isključivanja električnog kruga, luk koji je nastao se rasteže. U ovom slučaju se poboljšavaju uslovi za hlađenje luka, jer se njegova površina povećava i potreban je veći napon za sagorevanje.

Podjela dugog luka na niz kratkih lukova

Ako se luk koji nastane kada se otvore kontakti podijeli na K kratkih lukova, na primjer, zatezanjem u metalnu rešetku, tada će se ugasiti. Luk se obično uvlači u metalnu rešetku pod uticajem elektromagnetnog polja izazvanog vrtložnim strujama u pločama rešetke. Ova metoda gašenja luka se široko koristi u sklopnim uređajima za napone ispod 1 kV, posebno u automatskim zračnim prekidačima.

Lukno hlađenje u uskim prorezima

Olakšano je gašenje luka u malom volumenu. Stoga se široko koriste lučni žlebovi s uzdužnim prorezima (os takvog proreza poklapa se u smjeru s osom osovine luka). Takav razmak se obično formira u komorama napravljenim od izolacijskih materijala otpornih na luk. Zbog kontakta luka sa hladnim površinama dolazi do njegovog intenzivnog hlađenja, difuzije nabijenih čestica u okolinu i shodno tome do brze deionizacije.

Pored utora sa ravnim paralelnim zidovima, koriste se i prorezi sa rebrima, izbočinama i nastavcima (džepovima). Sve to dovodi do deformacije lučnog vratila i doprinosi povećanju površine njegovog kontakta s hladnim zidovima komore.

Uvlačenje luka u uske proreze obično se dešava pod uticajem magnetnog polja koje je u interakciji sa lukom, koji se može smatrati provodnikom koji nosi struju.

Vanjski za pomicanje luka najčešće je osiguran kalem spojen serijski sa kontaktima između kojih nastaje luk. Gašenje luka u uskim prorezima koristi se u uređajima za sve napone.

Gašenje luka pod visokim pritiskom

Pri konstantnoj temperaturi stepen jonizacije gasa opada sa povećanjem pritiska, dok se toplotna provodljivost gasa povećava. Uz ostale jednake stvari, to dovodi do povećanog hlađenja luka. Gašenje luka visokim pritiskom koji stvara sam luk u čvrsto zatvorenim komorama ima široku primjenu u osiguračima i nizu drugih uređaja.

Gašenje luka u ulju

Ako se stavi u ulje, luk koji nastaje kada se otvore dovodi do intenzivnog isparavanja ulja. Kao rezultat toga, oko luka se formira plinski mjehur (ljuska), koji se uglavnom sastoji od vodonika (70 ... 80%), kao i uljne pare. Emitovani gasovi velikom brzinom prodiru direktno u zonu lučnog vratila, izazivaju mešanje hladnog i vrućeg gasa u mehuru, obezbeđuju intenzivno hlađenje i, shodno tome, deionizaciju lučnog zazora. Pored toga, dejonizujuća sposobnost gasova povećava pritisak koji se stvara tokom brzog raspadanja ulja unutar mehurića.

Intenzitet procesa gašenja luka u ulju je veći, što je luk bliže ulju i što se ulje brže kreće u odnosu na luk. S obzirom na to, razmak luka je ograničen zatvorenim izolacijskim uređajem - lučni padobran. U ovim komorama se stvara bliži kontakt ulja sa lukom, a uz pomoć izolacionih ploča i izduvnih otvora formiraju se radni kanali kroz koje se kreću ulje i gasovi, obezbeđujući intenzivno duvanje (puhanje) luka.

Arc chutes prema principu rada dijele se u tri glavne grupe: sa automatskim puhanjem, kada se zbog energije oslobođene u luku stvaraju visoki tlak i brzina kretanja plina u zoni luka, sa prisilnim puhanjem ulja uz pomoć specijalnog pumpanja hidraulički mehanizmi, sa magnetnim gašenjem u ulju, kada se luk pod dejstvom magnetnog polja pomera u uske proreze.

Najefikasniji i jednostavniji lučni žlebovi sa autoblastom. U zavisnosti od položaja kanala i izduvnih otvora razlikuju se komore u kojima je obezbeđeno intenzivno duvanje mešavine gasa i pare i ulja teče duž luka (uzdužni udar) ili poprečno (poprečno). Razmotrene metode gašenja luka se široko koriste u prekidačima za napone iznad 1 kV.

Drugi načini gašenja luka u uređajima za napone iznad 1 kV

Pored navedenih metoda gašenja luka koriste se i: komprimovani vazduh, čiji strujanje duva luk uzduž ili popreko, obezbeđujući njegovo intenzivno hlađenje (umesto vazduha koriste se i drugi gasovi, često dobijeni iz čvrstog gasa- generišući materijale - vlakna, vinil plastiku, itd. - jer se zbog njihovog razlaganja samim zapaljenim lukom) koji ima veću električnu snagu od vazduha i vodonika, usled čega se luk koji gori u ovom gasu brzo gasi čak i pri atmosferski pritisak, visoko razrijeđeni plin (vakuum), kada se otvore kontakti u kojima se luk ne pali ponovo (gasi) nakon prvog prolaska struje kroz nulu.

PREDAVANJE 5

ELECTRIC ARC

Pojava i fizički procesi u električnom luku. Otvaranje električnog kruga pri značajnim strujama i naponima je praćeno električnim pražnjenjem između divergentnih kontakata. Zračni jaz između kontakata se ionizira i postaje provodljiv, u njemu gori luk. Proces odvajanja se sastoji u deionizaciji zračnog raspora između kontakata, odnosno u prekidu električnog pražnjenja i vraćanju dielektričnih svojstava. U posebnim uslovima: niske struje i naponi, prekid strujnog kola naizmenične struje u trenutku kada struja prođe kroz nulu, može nastati bez električnog pražnjenja. Ovo gašenje se naziva prekid bez varničenja.

Ovisnost pada napona na pražnjenju od struje električnog pražnjenja u plinovima prikazana je na Sl. jedan.

Električni luk je praćen visokom temperaturom. Dakle, luk nije samo električni fenomen, već i termički fenomen. U normalnim uslovima, vazduh je dobar izolator. Za prekid zračnog raspora od 1 cm potreban je napon od 30 kV. Da bi zračni jaz postao provodnik, potrebno je u njemu stvoriti određenu koncentraciju nabijenih čestica: slobodnih elektrona i pozitivnih iona. Proces odvajanja elektrona od neutralne čestice i formiranje slobodnih elektrona i pozitivno nabijenih jona naziva se jonizacija. Jonizacija gasa nastaje pod uticajem visoke temperature i električnog polja. Za lučne procese u električnim aparatima od najvećeg su značaja procesi na elektrodama (termoelektronska i poljska emisija) i procesi u lučnom zazoru (termička i udarna jonizacija).

Termionska emisija naziva se emisija elektrona sa zagrijane površine. Kada se kontakti razilaze, kontaktni otpor kontakta i gustina struje u kontaktnoj površini naglo se povećavaju. Platforma se zagrijava, topi i od rastopljenog metala se formira kontaktna prevlaka. Isthmus puca kako se kontakti dalje razilaze, a metal kontakata isparava. Na negativnoj elektrodi se formira vruća zona (katodna tačka), koja služi kao osnova luka i izvor elektronskog zračenja. Termionska emisija je uzrok nastanka električnog luka kada su kontakti otvoreni. Gustina struje termoelektrane ovisi o temperaturi i materijalu elektrode.

Autoelektronska emisija nazvan fenomenom emisije elektrona sa katode pod uticajem jakog električnog polja. Kada su kontakti otvoreni, na njih se primjenjuje mrežni napon. Kada su kontakti zatvoreni, kako se pokretni kontakt približava fiksnom, jačina električnog polja između kontakata raste. Na kritičnoj udaljenosti između kontakata, jačina polja dostiže 1000 kV/mm. Takva jačina električnog polja dovoljna je da izbaci elektrone iz hladne katode. Struja emisije polja je mala i služi samo kao početak lučnog pražnjenja.

Dakle, pojava lučnog pražnjenja na divergentnim kontaktima objašnjava se prisustvom termoelektronskih i autoelektronskih emisija. Pojava električnog luka kada su kontakti zatvoreni je posljedica autoelektronske emisije.

udarna jonizacija naziva se pojava slobodnih elektrona i pozitivnih jona u sudaru elektrona sa neutralnom česticom. Slobodni elektron razbija neutralnu česticu. Rezultat je novi slobodni elektron i pozitivan ion. Novi elektron, zauzvrat, ionizira sljedeću česticu. Da bi elektron mogao ionizirati česticu plina, mora se kretati određenom brzinom. Brzina elektrona zavisi od razlike potencijala na srednjem slobodnom putu. Stoga se obično ne navodi brzina elektrona, već minimalna razlika potencijala duž dužine slobodnog puta, tako da elektron dobije potrebnu brzinu. Ova razlika potencijala naziva se jonizacioni potencijal. Jonizacijski potencijal plinske mješavine određen je najnižim potencijalom ionizacije komponenti uključenih u plinsku mješavinu i malo ovisi o koncentraciji komponenti. Potencijal jonizacije za gasove je 13 ÷ 16V (azot, kiseonik, vodonik), za pare metala je otprilike dva puta manji: 7,7V za pare bakra.

Termička ionizacija nastaje pod uticajem visoke temperature. Temperatura lučnog vratila doseže 4000÷7000 K, a ponekad i 15000 K. Na ovoj temperaturi broj i brzina pokretnih čestica plina naglo se povećavaju. Nakon sudara, atomi i molekuli se uništavaju, formirajući nabijene čestice. Glavna karakteristika termalne jonizacije je stepen jonizacije, koji je odnos broja jonizovanih atoma i ukupnog broja atoma u lučnom procepu. Održavanje nastalog lučnog pražnjenja dovoljnim brojem slobodnih punjenja je obezbeđeno termičkom jonizacijom.

Istovremeno sa procesima jonizacije u luku, javljaju se i obrnuti procesi deionizacija– ponovno spajanje nabijenih čestica i formiranje neutralnih molekula. Kada se pojavi luk, preovlađuju procesi jonizacije, u stalnom plamenu, procesi ionizacije i deionizacije su podjednako intenzivni, uz prevlast procesa deionizacije, luk se gasi.

Deionizacija nastaje uglavnom zbog rekombinacije i difuzije. rekombinacija je proces kojim različito nabijene čestice, dolazeći u kontakt, formiraju neutralne čestice. Difuzija naelektrisanih čestica je proces iznošenja naelektrisanih čestica iz lučnog procepa u okolni prostor, čime se smanjuje vodljivost luka. Difuzija je posljedica i električnih i termičkih faktora. Gustoća naboja u osovini luka raste od periferije prema centru. S obzirom na to, stvara se električno polje koje tjera ione da se kreću od centra prema periferiji i napuste područje luka. Temperaturna razlika između lučnog okna i okolnog prostora također djeluje u istom smjeru. U stabiliziranom luku koji slobodno gori, difuzija igra beznačajnu ulogu. U luku koji se puše komprimiranim zrakom, kao iu otvorenom luku koji se brzo kreće, deionizacija zbog difuzije može biti bliska rekombinaciji. U luku koji gori u uskom prorezu ili zatvorenoj komori dolazi do deionizacije zbog rekombinacije.

PAD NAPONA U ELEKTRIČNOM LUKU

Pad napona duž stacionarnog luka je neravnomjerno raspoređen. Obrazac pada napona U d i uzdužni gradijent napona (pad napona po jedinici dužine luka) E d duž luka je prikazano na sl. 2.

AT anoda području, stvara se negativni prostorni naboj, što uzrokuje potencijalnu razliku U a. Elektroni koji idu prema anodi se ubrzavaju i izbacuju sekundarne elektrone iz anode koji postoje u blizini anode.

Ukupna vrijednost pada napona na anodi i katodi naziva se pad napona blizu elektrode:
i iznosi 20-30V.

U ostatku luka, zvanom stub luka, pad napona U d direktno proporcionalno dužini luka:

,

gdje E ST je uzdužni gradijent naprezanja u osovini luka, l ST je dužina osovine luka.

Gradijent je ovdje konstantan duž stabljike. Zavisi od mnogih faktora i može uvelike varirati, dostižući 100÷200 V/cm.

Dakle, pad napona u lučnom razmaku:

STABILNOST ELEKTRIČNOG LUKA DC

Za gašenje električnog luka jednosmjerne struje potrebno je stvoriti uvjete pod kojima bi procesi deionizacije u lučnom zazoru nadmašili procese ionizacije pri svim vrijednostima struje.

U tačkama a i b Jednačina (2) vrijedi, dakle
. Ovdje postoji ravnoteža. U tački a ravnoteža je nestabilna, u tački b održivo.

Na strujama
, voltaža
, a
, i ako iz nekog razloga struja postane manja I a , onda pada na nulu - luk se gasi.

Ako, iz bilo kojeg razloga, struja postane malo veća I a, onda hoće
, u krugu će, takoreći, postojati "prekomerni" napon, što će dovesti do povećanja struje na vrijednost I b . Za bilo koju vrijednost I a < i < I b struja u luku će se povećati na vrijednost I b .

između tačaka a i b magnitude
. Povećanje struje u kolu je praćeno akumulacijom elektromagnetne energije.

Trenutno
ponovo ispada
, a
, tj. za održavanje takve trenutne vrijednosti, napona U nije dovoljno. Struja u kolu će pasti na vrijednost I b. Luk će u ovom trenutku stalno gorjeti.

Da bi se luk ugasio, potrebno je da se poštuje uslov (3) pri bilo kojoj vrednosti struje, odnosno da I–V karakteristika luka mora ležati iznad karakteristike
(Sl. 5) cijelom dužinom i nemaju niti jednu dodirnu tačku sa ovom karakteristikom.

Fizička osnova gorenja luka. Kada se otvore kontakti električnog aparata, nastaje električni luk zbog jonizacije prostora između njih. U isto vrijeme, jaz između kontakata ostaje provodljiv i prolaz struje kroz krug ne prestaje.

Za ionizaciju i formiranje luka potrebno je da napon između kontakata bude približno 15-30 V, a struja kola 80-100 mA.

Kada se prostor između kontakata ionizira, atomi plina (vazduha) koji ga ispunjavaju raspadaju se na nabijene čestice - elektrone i pozitivne ione. Protok elektrona koji se emituje sa površine kontakta pod negativnim potencijalom (katoda) kreće se prema pozitivno naelektrisanom kontaktu (anodi); tok pozitivnih jona se kreće prema katodi (slika 303a).

Glavni nosioci struje u luku su elektroni, budući da se pozitivni ioni, koji imaju veliku masu, kreću mnogo sporije od elektrona i stoga nose mnogo manje električnih naboja u jedinici vremena. Međutim, pozitivni ioni igraju važnu ulogu u procesu stvaranja luka. Približavajući se katodi, stvaraju jako električno polje u blizini nje, koje utječe na elektrone prisutne u metalnoj katodi i izvlači ih s njene površine. Ova pojava se naziva emisija polja (slika 303b). Osim toga, pozitivni ioni kontinuirano bombardiraju katodu i daju joj svoju energiju, koja se pretvara u toplinu; u ovom slučaju temperatura katode dostiže 3000-5000 °C.

S povećanjem temperature, kretanje elektrona u metalu katode se ubrzava, oni dobivaju više energije i počinju napuštati katodu, leteći u okolinu. Ovaj fenomen se zove termoionska emisija. Dakle, pod dejstvom auto- i termionske emisije, sve više elektrona ulazi u električni luk sa katode.

Kada se kreću od katode do anode, elektroni, sudarajući se na svom putu sa neutralnim atomima gasa, razdvajaju ih na elektrone i pozitivne ione (slika 303, c). Ovaj proces se zove udarna jonizacija. Novi, takozvani sekundarni elektroni koji su nastali kao rezultat udarne jonizacije, počinju da se kreću prema anodi i tokom svog kretanja cijepaju sve više i više novih atoma gasa. Razmatrani proces jonizacije gasa ima lavinski karakter, kao što jedan kamen bačen sa planine na svom putu hvata sve više kamenja, što dovodi do lavine. Kao rezultat toga, jaz između dva kontakta je ispunjen velikim brojem elektrona i pozitivnih jona. Ova mješavina elektrona i pozitivnih jona naziva se plazma. Termička ionizacija igra značajnu ulogu u formiranju plazme, koja nastaje kao rezultat povećanja temperature, što uzrokuje povećanje brzine kretanja nabijenih čestica plina.

Elektroni, joni i neutralni atomi koji čine plazmu neprestano se sudaraju jedni s drugima i razmjenjuju energiju; u ovom slučaju neki atomi pod udarom elektrona dolaze u pobuđeno stanje i emituju višak energije u obliku svjetlosnog zračenja. Međutim, električno polje koje djeluje između kontakata uzrokuje da se većina pozitivnih iona pomjeri prema katodi, a većina elektrona prema anodi.

U DC električnom luku u ustaljenom stanju, termička ionizacija je odlučujuća. U luku naizmjenične struje, kada struja prolazi kroz nulu, udarna jonizacija igra značajnu ulogu, a tokom ostatka vremena gorenja luka, termalna ionizacija igra važnu ulogu.

Kada luk gori, istovremeno s ionizacijom jaza između kontakata, događa se obrnuti proces. Pozitivni ioni i elektroni, u interakciji jedni s drugima u međukontaktnom prostoru ili kada udare u zidove komore u kojoj gori luk, formiraju neutralne atome. Ovaj proces se naziva rekombinacija; po prestanku jonizacije rekombinacija dovodi do nestanka elektronoze i jona iz međuelektrodnog prostora – deionizira se. Ako se rekombinacija odvija na zidu komore, onda je praćena oslobađanjem energije u obliku topline; prilikom rekombinacije u međuelektrodnom prostoru oslobađa se energija u obliku zračenja.

U dodiru sa zidovima komore u kojoj se nalaze kontakti, luk se hladi, što. dovodi do povećane deionizacije. Deionizacija se također javlja kao rezultat kretanja nabijenih čestica iz centralnih područja luka s višom koncentracijom u periferne regije s nižom koncentracijom. Ovaj proces se zove difuzija elektrona i pozitivnih jona.

Zona gorenja luka uslovno je podijeljena na tri dijela: katodnu zonu, lučno osovinu i anodnu zonu. U zoni katode dolazi do intenzivne emisije elektrona iz negativnog kontakta, pad napona u ovoj zoni je oko 10 V.

Plazma se formira u osovini luka sa približno istom koncentracijom elektrona i pozitivnih iona. Stoga, u svakom trenutku vremena, ukupni naboj pozitivnih jona plazme kompenzira ukupan negativni naboj njenih elektrona. Visoka koncentracija nabijenih čestica u plazmi i odsustvo električnog naboja u njoj određuju visoku električnu provodljivost osovine luka, koja je bliska električnoj vodljivosti metala. Pad napona u osovini luka je približno proporcionalan njegovoj dužini. Anodna zona je ispunjena uglavnom elektronima koji dolaze iz osovine luka do pozitivnog kontakta. Pad napona u ovoj zoni zavisi od struje u luku i veličine pozitivnog kontakta. Ukupni pad napona u luku je 15-30 V.

Zavisnost pada napona U dg koji djeluje između kontakata o struji I koja prolazi kroz električni luk naziva se strujno-naponska karakteristika luka (slika 304, a). Napon U c, pri kojem je moguće zapaliti luk pri struji I = 0, naziva se napon paljenja. Vrijednost napona paljenja određena je materijalom kontakata, razmakom između njih, temperaturom i okolinom. Nakon pojave

električni luk, njegova struja raste na vrijednost blisku struji opterećenja koja je tekla kroz kontakte prije putovanja. U tom slučaju otpor kontaktnog jaza opada brže nego što raste struja, što dovodi do smanjenja pada napona U dg. Poziva se način gorenja luka koji odgovara krivulji a statički.

Kada struja padne na nulu, proces odgovara krivulji b i luk se zaustavlja na nižem padu napona od napona paljenja. Napon Ug, pri kojem se luk gasi, naziva se napon gašenja. Uvijek je manji od napona paljenja zbog povećanja temperature kontakata i povećanja vodljivosti međukontaktnog razmaka. Što je veća brzina opadanja struje, to je niži napon gašenja luka u trenutku prekida struje. Volt-amper karakteristike b i c odgovaraju smanjenju struje različitim brzinama (za krivu c više nego za krivu b), a prava linija d odgovara skoro trenutnom smanjenju struje. Takav karakter strujno-naponskih karakteristika objašnjava se činjenicom da s brzom promjenom struje, jonizacijsko stanje međukontaktnog razmaka nema vremena da prati promjenu struje. Potrebno je određeno vrijeme da se deionizira jaz, pa je stoga, unatoč činjenici da je struja u luku pala, vodljivost jaza ostala ista, što odgovara velikoj struji.

Volt-amper karakteristike b - d, dobijene brzom promjenom struje na nulu, nazivaju se dinamičan. Za svaki međukontaktni zazor, materijal elektrode i medij, postoji jedna statička karakteristika luka i mnoge dinamičke koje su zatvorene između krivulja a i d.

Prilikom sagorevanja AC luka tokom svakog poluciklusa, odvijaju se isti fizički procesi kao u DC luku. Na početku poluciklusa napon na luku raste prema sinusoidalnom zakonu do vrijednosti napona paljenja U c - presek 0-a (slika 304, b), a zatim nakon početka luka opada kako struja raste - dio a - b. U drugom dijelu poluciklusa, kada struja počne da opada, napon luka ponovo raste na vrijednost napona gašenja Ug kada struja padne na nulu - dio b - c.

Tokom sljedećeg poluperioda, napon mijenja predznak i, prema sinusoidnom zakonu, raste do vrijednosti napona paljenja koja odgovara tački a’ strujno-naponske karakteristike. Kako struja raste, napon se smanjuje, a zatim ponovo raste kako se struja smanjuje. Kriva napona luka, kao što se vidi na sl. 304, b, ima oblik urezane sinusoide. Proces deionizacije nabijenih čestica u procjepu između kontakata nastavlja se samo beznačajan dio perioda (odjeljci 0 - a i c - a') i, po pravilu, ne završava se za to vrijeme, zbog čega luk se ponovo pojavljuje. Konačno gašenje luka će se dogoditi tek nakon serije ponovnih paljenja tokom jednog od narednih prelazaka struje kroz nulu.

Ponovno pokretanje luka nakon što struja prođe kroz nulu objašnjava se činjenicom da nakon što struja padne na nulu, jonizacija koja postoji u osovini luka ne nestaje odmah, jer ovisi o temperaturi plazme u zaostalom lučnom vratilu. Kako temperatura opada, električna snaga međukontaktnog razmaka se povećava. Međutim, ako je u nekom trenutku trenutna vrijednost primijenjenog napona veća od probojnog napona procjepa, tada će doći do njegovog sloma, doći će do luka i struja različitog polariteta.

Uslovi gašenja luka. Uvjeti gašenja istosmjernog luka ne ovise samo o njegovoj strujno-naponskoj karakteristici, već io parametrima električnog kruga (napon, struja, otpor i induktivnost), koji se uključuju i isključuju kontaktima uređaja. Na sl. 305, a prikazana je strujna naponska karakteristika luka

(kriva 1) i zavisnost pada napona na otporniku R uključenom u ovo kolo (prava linija 2). U stacionarnom stanju, napon U i izvor struje jednak je zbiru padova napona u luku U dg i IR na otporniku R. Kada se struja u kolu promijeni, dodaje im se e. d.s. samoindukcija ±e L (prikazano kao osenčene ordinate). Dugotrajno stvaranje luka moguće je samo u režimima koji odgovaraju tačkama A i B, kada je napon U i - IR primijenjen na razmak između kontakata jednak padu napona U dg. U ovom slučaju, u načinu koji odgovara tački A, žarenje luka je nestabilno. Ako se, iz nekog razloga, struja poveća tokom luka u ovoj tački karakteristike, tada će napon U dg postati manji od primijenjenog napona U i - IR. Višak primijenjenog napona će uzrokovati povećanje struje, koja će se povećavati dok ne dostigne vrijednost Iv.

Ako se u režimu koji odgovara tački A struja smanji, primijenjeni napon U i - IR će postati manji od U dg i struja će nastaviti da opada sve dok se luk ne ugasi. U režimu koji odgovara tački B, luk stalno gori. Sa povećanjem struje preko I v, pad napona u luku U dg će postati veći od primijenjenog napona U i - IR i struja će početi da opada. Kada struja u kolu postane manja od I v, primijenjeni napon U i - IR će postati veći od U dg i struja će početi rasti.

Očigledno, da bi se osiguralo gašenje luka u cijelom zadatom rasponu promjene struje I od najveće vrijednosti do nule kada je kolo isključeno, potrebno je da strujno-naponska karakteristika 1 bude smještena iznad prave linije 2 za strujno kolo koje treba isključiti (Sl. 305, b). Pod ovim uslovom, pad napona u luku U dg će uvek biti veći od napona primenjenog na njega U i - IR i struja u kolu će se smanjiti.

Glavni način povećanja pada napona u luku je povećanje dužine luka. Prilikom otvaranja niskonaponskih kola s relativno malim strujama, gašenje se osigurava odgovarajućim izborom kontaktnog rješenja, između kojih nastaje luk. U tom slučaju, luk se gasi bez ikakvih dodatnih uređaja.

Za kontakte koji prekidaju strujne krugove, dužina luka potrebna za gašenje je toliko velika da takvo kontaktno rješenje više nije moguće implementirati u praksi. U takvim električnim aparatima ugrađeni su posebni uređaji za gašenje luka.

Uređaji za gašenje. Metode gašenja luka mogu biti različite, ali se sve zasnivaju na sljedećim principima: prisilno produženje luka; hlađenje međukontaktnog zazora pomoću zraka, para ili plinova; podjela luka na više odvojenih kratkih lukova.

Kada se luk produži i udalji od kontakata, pad napona u stubu luka se povećava i napon primijenjen na kontakte postaje nedovoljan za održavanje luka.

Hlađenje međukontaktnog zazora uzrokuje povećan prijenos topline iz stupa luka u okolni prostor, uslijed čega nabijene čestice, krećući se iz unutrašnjosti luka prema njegovoj površini, ubrzavaju proces deionizacije.

Podjela luka na više zasebnih kratkih lukova dovodi do povećanja ukupnog pada napona u njima, a napon koji se primjenjuje na kontakte postaje nedovoljan za održavanje luka, pa se gasi.

Princip gašenja produžavanjem luka koristi se u uređajima sa zaštitnim sirenama i u prekidačima. Električni luk koji nastaje između kontakata 1 i 2 (Sl. 306, a) kada se otvore, podiže se pod dejstvom sile F B koju stvara strujanje vazduha zagrejanog njime, rasteže se i produžava na divergentnim fiksnim rogovima, što dovodi do njegovog izumiranja. Produženje i gašenje luka također olakšava elektrodinamička sila nastala kao rezultat interakcije struje luka s magnetskim poljem koje nastaje oko njega. U ovom slučaju, luk se ponaša kao provodnik sa strujom u magnetskom polju (slika 307, a), koje, kao što je pokazano u poglavlju III, teži da ga istisne iz polja.

Da bi se povećala elektrodinamička sila F e koja djeluje na luk, u nekim slučajevima, poseban kalem za gašenje luka 2 (slika 307, b) uključen je u krug jednog od kontakata 1 (slika 307, b), koji stvara jako magnetno polje u zoni luka, magnetno

tok filamenta čiji F, u interakciji sa strujom I luka, obezbeđuje intenzivno duvanje i gašenje luka. Brzo kretanje luka duž rogova 3, 4 uzrokuje njegovo intenzivno hlađenje, što također doprinosi njegovoj deionizaciji u komori 5 i gašenju.

Neki uređaji koriste metode prisilnog hlađenja i rastezanja luka komprimiranim zrakom ili drugim plinom.

Kada se kontakti 1 i 2 otvore (vidi sliku 306, b), nastali luk se hladi i izduvava iz kontaktne zone mlazom komprimovanog vazduha ili gasa sa silom FB.

Efikasno sredstvo za hlađenje električnog luka sa njegovim naknadnim gašenjem su lučni žlebovi različitih dizajna (Sl. 308). Električni luk se pod uticajem magnetnog polja, strujanja vazduha ili na neki drugi način ubacuje u uske proreze ili lavirint komore (Sl. 308, a i b), gde je u bliskom kontaktu sa njenim zidovima. 1, pregrade 2, daje im toplinu i gasi se. Široka primjena u električnim uređajima e. p.s. pronalaze komore sa lavirintskim prorezima, gde se luk produžava ne samo rastezanjem između kontakata, već i njegovom cik-cak zakrivljenošću između pregrada komore (Sl. 308, c). Uzak razmak 3 između zidova komore doprinosi hlađenju i deionizaciji luka.

Uređaji za gašenje luka, čije se djelovanje zasniva na podjeli luka na niz kratkih lukova, uključuju deionsku rešetku (slika 309, a), ugrađenu u lučni otvor.

Deionska rešetka je skup više pojedinačnih čeličnih ploča 3 izoliranih jedna od druge. Električni luk koji je nastao između otvorenih kontakata 1 i 2 podijeljen je mrežom na niz kraćih lukova povezanih u seriju. Da bi se održao izgaranje luka bez njegovog dijeljenja, potreban je napon U, jednak zbiru pada napona u blizini elektrode (anoda i katoda) U e i pada napona u stubu luka U st.

Kada se jedan luk podijeli na n kratkih luka, ukupan pad napona u stupcu svih kratkih lukova i dalje će biti jednak nU e, kao u jednom zajedničkom luku, ali će ukupan pad napona blizu elektrode u svim lukovima biti jednak nU e. Stoga je za održavanje luka u ovom slučaju potreban napon

U \u003d nU e + U st.

Broj lukova n jednak je broju rešetkastih ploča i može se odabrati tako da je mogućnost stabilnog gorenja luka pri datom naponu U potpuno isključena. Djelovanje takvog principa prigušenja djelotvorno je i kod jednosmerne i naizmjenične struje. Kada naizmjenična struja prolazi kroz nulu, za održavanje luka potreban je napon od 150–250 V. U tom smislu, broj ploča se može odabrati da bude mnogo manji nego kod jednosmjerne struje.

U osiguračima s punilom, kada se umetak topi i dolazi do električnog luka, zbog povećanog pritiska plinova u ulošku, ionizirane čestice se kreću u poprečnom smjeru. Istovremeno, padaju između zrna agregata, hlade se i deioniziraju. Zrna punila, koja se kreću pod dejstvom viška pritiska, razbijaju luk u veliki broj mikrolukova, što osigurava njihovo gašenje.

Kod osigurača bez punjača, tijelo je često napravljeno od materijala koji pri zagrijavanju obilno oslobađa plin. Takvi materijali uključuju, na primjer, vlakna. Kada je u kontaktu sa lukom, telo se zagreva i oslobađa gas, što doprinosi gašenju luka. Slično, luk se gasi i u uljnim prekidačima naizmjenične struje (Sl. 309, b), s tom razlikom što se ovdje umjesto suvog punila koristi nezapaljivo ulje. Kada se u trenutku otvaranja pomičnog 1, 3 i fiksnog 2 kontakta pojavi luk, on se gasi pod uticajem dva faktora: oslobađanja velike količine vodonika koji ne održava sagorevanje (ulje koje se koristi za ovu svrhu ima sadržaj vodonika od 70-75%) i intenzivno hlađenje luka uljem zbog velikog toplotnog kapaciteta. Luk se gasi u trenutku kada je struja nula. Ulje ne samo da doprinosi ubrzanom gašenju luka, već služi i kao izolacija za strujne i uzemljene dijelove konstrukcije. Ulje se ne koristi za gašenje luka u DC kolu, jer se pod utjecajem luka brzo raspada i gubi svoje izolacijske kvalitete.

U modernim električnim aparatima, gašenje luka se često provodi kombinacijom dva ili više razmatranih

gore navedene metode (na primjer, korištenje lučnog otvora, zaštitnih rogova i deionske mreže).

Uslovi za gašenje električnog luka određuju prekidnu sposobnost zaštitnih uređaja. Karakterizira ga najveća struja koja može isključiti uređaj uz određeno vrijeme gašenja luka.

U slučaju kratkog spoja u električnom kolu spojenom na izvor električne energije, struja u kolu raste duž krivulje 1 (Sl. 310). U trenutku t 1, kada dostigne vrijednost na koju je podešen zaštitni uređaj (struja podešavanja I y), uređaj se isključuje i isključuje zaštićeno kolo, uslijed čega struja opada duž krivulje 2.

Vrijeme koje se računa od trenutka kada je dat signal za gašenje (ili uključivanje) uređaja do trenutka kada započne otvaranje (ili zatvaranje) kontakata naziva se vlastitim vremenom odziva uređaja t s. Kada je isključen, trenutak početka otvaranja kontakata odgovara pojavi luka između divergentnih kontakata. U prekidačima, ovo vrijeme se mjeri od trenutka kada struja dostigne zadanu vrijednost t 1 do pojave luka između kontakata t 2. Vrijeme gorenja luka t dg je vrijeme od trenutka kada se luk pojavi t 2 do trenutka prestanka prolaska struje t 3. Ukupno vrijeme isključenja t p je zbir pravog vremena i vremena žarenja.

Uvod

Načini gašenja električnog luka ... Tema je relevantna i zanimljiva. Dakle, počnimo. Postavljamo pitanja: Šta je električni luk? Kako to kontrolisati? Koji se procesi odvijaju tokom njegovog formiranja? Od čega se sastoji? I kako izgleda.

Šta je električni luk?

Električni luk (naponski luk, lučno pražnjenje) je fizička pojava, jedna od vrsta električnog pražnjenja u gasu. Prvi put ga je opisao ruski naučnik V. V. Petrov 1802.

Električni luk je poseban slučaj četvrtog oblika stanja materije - plazme - i sastoji se od jonizovanog, električno kvazi-neutralnog gasa. Prisutnost slobodnih električnih naboja osigurava vodljivost električnog luka.

Formiranje i svojstva luka

Kada se napon između dvije elektrode poveća na određeni nivo u zraku, dolazi do električnog kvara između elektroda. Električni probojni napon zavisi od udaljenosti između elektroda, itd. Često, da bi se inicirao kvar na dostupnom naponu, elektrode se približavaju jedna drugoj. Za vrijeme kvara, između elektroda obično dolazi do iskre, čime se impulsno zatvara električni krug.

Elektroni u varničkom pražnjenju jonizuju molekule u vazdušnom procepu između elektroda. Uz dovoljnu snagu izvora napona, u zračnom rasporu se formira dovoljna količina plazme tako da probojni napon (ili otpor zračnog raspora) na ovom mjestu značajno opada. U tom slučaju, iskri se pretvaraju u lučno pražnjenje - plazma kabel između elektroda, koji je plazma tunel. Ovaj luk je u suštini provodnik, i zatvara električni krug između elektroda, prosečna struja se još više povećava zagrevanjem luka na 5000-50000 K. U ovom slučaju se smatra da je paljenje luka završeno.

Interakcija elektroda sa lučnom plazmom dovodi do njihovog zagrijavanja, djelomičnog topljenja, isparavanja, oksidacije i drugih vrsta korozije. Električni luk za zavarivanje je snažno električno pražnjenje koje teče u plinovitom mediju. Lučno pražnjenje karakteriziraju dvije glavne karakteristike: oslobađanje značajne količine topline i jak svjetlosni efekat. Temperatura konvencionalnog luka za zavarivanje je oko 6000°C.

Lučno svjetlo je zasljepljujuće jako i koristi se u raznim aplikacijama za rasvjetu. Luk emituje veliki broj vidljivih i nevidljivih toplotnih (infracrvenih) i hemijskih (ultraljubičastih) zraka. Nevidljivi zraci izazivaju upalu očiju i opeče ljudsku kožu, pa zavarivači koriste posebne štitnike i kombinezone za zaštitu od njih.

Koristeći luk

Ovisno o okruženju u kojem dolazi do pražnjenja luka, razlikuju se sljedeći lukovi zavarivanja:

1. Otvoreni luk. Gori u vazduhu Sastav plinovitog medija lučne zone je zrak s primjesom para zavarenog metala, materijala elektrode i elektrodnih premaza.

2. Zatvoreni luk. Gori pod slojem fluksa. Sastav plinovitog medija zone luka je par osnovnog metala, materijala elektrode i zaštitnog fluksa.

3. Luk sa dovodom zaštitnih gasova. U luk se pod pritiskom dovode različiti gasovi - helijum, argon, ugljen-dioksid, vodonik, rasvetni gas i razne mešavine gasova. Sastav plinovitog medija u zoni luka je atmosfera zaštitnog plina, para materijala elektrode i osnovnog metala.

Luk se može napajati iz izvora istosmjerne ili naizmjenične struje. U slučaju istosmjerne struje, razlikuje se luk ravnog polariteta (minus izvora napajanja na elektrodi, plus na osnovnom metalu) i obrnuti polaritet (minus na osnovnom metalu, plus na elektrodi). U zavisnosti od materijala elektroda, lukovi se razlikuju sa topljivim (metalnim) i netaljivim (ugljenične, volframove, keramičke, itd.) elektrodama.

Prilikom zavarivanja, luk može biti direktnog (osnovni metal učestvuje u električnom kolu luka) i indirektnog dejstva (osnovni metal ne učestvuje u električnom kolu luka). Luk indirektnog djelovanja se koristi relativno malo.

Gustoća struje u luku zavarivanja može biti različita. Lukovi se koriste sa normalnom gustinom struje - 10--20 A/mm2 (normalno ručno zavarivanje, zavarivanje u nekim zaštitnim gasovima) i sa velikom gustinom struje - 80--120 A/mm2 i više (automatski, poluautomatski potopljeni elektrolučno zavarivanje, u okruženju zaštitnog gasa).

Pojava lučnog pražnjenja je moguća samo kada je stupac plina između elektrode i osnovnog metala joniziran, odnosno sadržavat će ione i elektrone. Ovo se postiže prenošenjem odgovarajuće energije, koja se zove energija ionizacije, molekuli ili atomu gasa, usled čega se iz atoma i molekula oslobađaju elektroni. Medij za lučno pražnjenje može se predstaviti kao plinski provodnik električne struje, koji ima okrugli cilindrični oblik. Luk se sastoji od tri regiona - katodnog regiona, stuba luka i anodnog regiona.

Tokom sagorevanja luka, na elektrodi i osnovnom metalu se uočavaju aktivne tačke, koje su zagrejane površine na površini elektrode i osnovnog metala; cijela struja luka prolazi kroz ove tačke. Na katodi se tačka naziva katodna tačka, a na anodi anodna tačka. Poprečni presjek srednjeg dijela stuba luka je nešto veći od katodnih i anodnih mrlja. U skladu s tim, njegova veličina ovisi o veličini aktivnih mjesta.

Napon luka varira sa gustinom struje. Ova zavisnost, prikazana grafički, naziva se statička karakteristika luka. Pri niskim vrijednostima gustoće struje, statička karakteristika ima opadajući karakter, odnosno napon luka opada kako se struja povećava. To je zbog činjenice da se s povećanjem struje povećava površina poprečnog presjeka stuba luka i električna vodljivost, dok se gustoća struje i gradijent potencijala u stupu luka smanjuju. Veličina katodnog i anodnog pada napona luka ne mijenja se sa veličinom struje i ovisi samo o materijalu elektrode, osnovnom metalu, plinovitom mediju i tlaku plina u zoni luka.

Pri gustoći struje zavarenog luka konvencionalnih načina koji se koriste u ručnom zavarivanju, napon luka ne ovisi o veličini struje, jer se površina poprečnog presjeka stuba luka povećava proporcionalno struji, a električna provodljivost se vrlo malo mijenja, a gustina struje u stubu luka ostaje praktično konstantna. U ovom slučaju, veličina pada napona katode i anode ostaje nepromijenjena. U luku velike gustine struje, sa povećanjem jačine struje, katodna tačka i poprečni presek stuba luka se ne mogu povećati, iako se gustina struje povećava proporcionalno jačini struje. U tom slučaju temperatura i električna provodljivost stuba luka se donekle povećavaju.

Napon električnog polja i gradijent potencijala stuba luka će se povećavati sa povećanjem jačine struje. Katodni pad napona se povećava, zbog čega će statička karakteristika rasti u prirodi, odnosno napon luka će rasti sa povećanjem struje luka. Povećana statička karakteristika je karakteristika luka velike gustine struje u različitim gasovitim medijima. Statičke karakteristike se odnose na stabilno stanje luka sa nepromijenjenom dužinom.

Pod određenim uslovima može doći do stabilnog procesa sagorevanja luka tokom zavarivanja. Na stabilnost procesa stvaranja luka utiču brojni faktori; napon u praznom hodu elektrolučnog napajanja, vrsta struje, veličina struje, polaritet, prisustvo induktivnosti u električnom kolu, prisustvo kapacitivnosti, frekvencija struje itd.

Doprinijeti poboljšanju stabilnosti luka, povećanju struje, naponu otvorenog kruga izvora napajanja luka, uključivanju induktivnosti u krug luka, povećanju frekvencije struje (kada se napaja izmjeničnom strujom) i broj drugih uslova. Stabilnost se također može značajno poboljšati upotrebom posebnih elektrodnih premaza, fluksa, zaštitnih plinova i niza drugih tehnoloških faktora.

zavarivanje za gašenje električnog luka