Ang paglitaw ng isang electric arc at mga katangian nito, ang mga proseso na nagdudulot ng kapanganakan at sumusuporta sa pagkasunog, pati na rin ang mga solusyon sa disenyo sa mga switching device para sa pag-aalis ng arc discharge.

Mga katangian ng isang electric arc o arc discharge

Sa electrical engineering (awtomatikong switch, knife switch, contactor) kapag ang isang load circuit ay naka-off, isang electric arc ay ipinanganak.

Itakda natin ang mga limitasyon: inilalarawan ng sumusunod ang mga prosesong karaniwan para sa mga device na may nominal mga alon mula 1 hanggang 2000 amperes at idinisenyo upang gumana sa mga network na may boltahe hanggang sa 1000 volts(mababang boltahe na kagamitan). Para sa mataas na boltahe na kagamitan, may iba pang mga kondisyon para sa paglitaw at pagkasunog ng arko.

Mga mahahalagang parameter ng electric arc:

• ang isang arc discharge ay maaaring bumuo lamang sa mataas na alon (para sa isang metal, ang kasalukuyang ito ay 0.5 amperes);
• ang temperatura sa arc shaft ay makabuluhan at mga 6-18 thousand kelvins (madalas 6-10 thousand kelvins);
• ang pagbagsak ng boltahe sa katod ay hindi gaanong mahalaga at katumbas ng 10-20 volts.

Ang paglabas ng arko ay may kondisyon na nahahati sa tatlong mga zone:

• malapit-katode;
• arc trunk (pangunahing bahagi);
• malapit-anode.

Sa mga napiling zone, naiiba ang ionization at deionization:

• ionization- ang proseso ng pagkabulok ng isang neutral na atom sa isang negatibong elektron at isang positibong ion;
• deionization- isang prosesong kabaligtaran ng ionization (antonym), kung saan ang isang electron at isang ion ay nagsasama sa isang neutral na particle.

Ang 2 minutong tampok ng video time-lapse photography ng electric arc extinguishing sa isang ABB modular circuit breaker:

Mga prosesong kasama ng pagsilang ng isang electric arc

Sa paunang yugto ng pag-aanak ang pangunahing mga contact ang arko ay ipinanganak sa panahon ng mga sumusunod na proseso:

• thermionic emission (paglabas ng mga negatibong electron mula sa pinainit na contact surface);
• field emission (detachment ng mga electron mula sa cathode sa ilalim ng impluwensya ng isang makabuluhang electric field).

Thermionic emission. Kapag ang mga contact ay nasira sa lugar ng huling lugar ng contact, isang zone na may tinunaw na tanso na may kaukulang temperatura ay nabuo. Ang tanso ay sumingaw sa negatibong elektrod mula sa tinatawag na cathode spot, na pinagmumulan ng mga libreng electron. Ang prosesong ito ay naiimpluwensyahan ng: temperatura at metal ng mga contact surface; ito ay sapat na upang lumikha ng isang electric arc, ngunit hindi sapat upang mapanatili ang pagkasunog nito.

Field emission. Ang puwang ng hangin sa pagitan ng mga contact ay maaaring isaalang-alang bilang isang uri ng kapasitor, ang kapasidad na kung saan ay walang limitasyon sa unang sandali, at pagkatapos ay bumababa depende sa lumalaking agwat sa pagitan ng palipat-lipat at nakapirming contact. Ang inilarawan na kapasitor ay unti-unting na-recharge at ang boltahe sa loob nito ay inihambing sa boltahe ng pangunahing circuit. Ang lakas ng electric field ay umabot sa mga halaga kung saan lumitaw ang mga kondisyon para sa paglabas ng mga electron mula sa ibabaw ng isang hindi pinainit na katod.

Ang ratio ng impluwensya ng inilarawan na mga proseso sa pagsisimula ng arko ay nakasalalay sa lakas ng naka-off na kasalukuyang, ang metal ng grupo ng contact, ang kalinisan ng ibabaw ng contact, ang bilis ng paghihiwalay ng contact at iba pang mga kadahilanan. Ang pangingibabaw ng isang uri ng emisyon sa iba ay indibidwal.

Mga prosesong sumusuporta sa arko.

Sa tulong ng mga sumusunod na mekanismo ng pakikipag-ugnayan ng mga particle, ang mga kondisyon ay nilikha para sa nasusunog na discharge:

• ionization sa pamamagitan ng isang push (isang dispersed electron crashes sa isang neutral particle at "knocks out" isang electron mula dito pati na rin);
• thermal ionization (pagkasira ng neutral atoms sa pamamagitan ng makabuluhang temperatura).

Itulak ang ionization. Ang isang libreng elektron na may isang tiyak na bilis ay magagawang masira ang isang neutral na butil sa isang elektron at isang ion. Ang bagong nakuhang electron ay kayang sirain ang panloob na mga bono ng susunod na butil, na nagreresulta sa isang chain reaction. Ang bilis ng isang electron ay isang function ng potensyal na pagkakaiba sa lugar ng paggalaw (sapat na potensyal na patumbahin ang isang electron: 13 - 16 volts para sa oxygen, hydrogen, nitrogen; 24 volts para sa helium; 7.7 volts para sa tansong singaw) .

Thermal ionization. Sa mataas na temperatura, ang bilis ng mga particle sa plasma ay tumataas, na humahantong sa pagkawasak ng mga neutral na atom ayon sa prinsipyo ng ionization sa pamamagitan ng isang push.

Kasabay ng mga proseso ng ionization, ang mga proseso ng deionization ay nagaganap dahil sa recombination (mutual contact ng "-" at "+" na mga particle ay humahantong sa kanilang pagsasanib sa isang neutral na atom) at diffusion (ang mga electron ay lumabas mula sa arc shaft papunta sa panlabas na kapaligiran, kung saan sila ay hinihigop sa ilalim ng normal na mga kondisyon).

Isang mahalagang kadahilanan para sa pagpapatuloy ng arko sa aming kaso ay thermal ionization, samakatuwid, upang patayin ang discharge pinapalamig ang trunk nito(makipag-ugnay sa mataas na thermal conductivity na materyal), pati na rin ang pagpapahaba ang arko mismo sa espasyong inilaan dito.

Mga pamamaraan para sa pagpatay ng isang electric arc

Upang limitahan ang negatibong epekto ng electric arc sa mga contact ng switching device at mga bahagi nito, ang arc ay dapat patayin sa lalong madaling panahon. Ang mga negatibong epekto ay kinabibilangan ng:

• mataas na temperatura (pagtunaw, pagsingaw ng materyal sa pakikipag-ugnay);
• ang paglikha ng mga isthmus conductor ng electric current (ang arc ay madaling nagsasagawa ng kasalukuyang, samakatuwid maaari itong isagawa sa mga lugar na hindi nagsasagawa ng kasalukuyang sa panahon ng normal na operasyon);
• paglabag sa normal na electrical circuit ng apparatus (pagkasira ng pagkakabukod).

Arc ay isang partikular na pagpapakita ng isa sa mga estado ng bagay, na tinatawag plasma. Ang arc barrel ay may mataas na temperatura at isang malaking halaga ng mga libreng ion. Dahil ang pangunahing ang kadahilanan na nagpapatagal ng pagkasunog ay thermal ionization, pagkatapos ay kailangan mong intensively palamigin ang bariles electric arc. Para sa mga layuning ito, sa paglipat ng mga aparato mag-apply ang mga sumusunod na nakabubuo mga solusyon:

• magnetic blow o iniksyon ng coolant o gas upang pahabain ang arko (b tungkol sa Mas malaking ibabaw, mas maraming init ang nawawala
• isang deionic grid o isang set ng profiled steel plates na sabay-sabay na gumagana bilang radiators at hatiin ang arc sa magkakahiwalay na mga bahagi;
• slot-type arc chute, na gawa sa isang materyal na may mataas na thermal conductivity at paglaban sa mataas na temperatura (isang electric arc, na nakikipag-ugnay sa materyal ng silid, ay nagbibigay ng thermal energy);
• paglikha ng isang saradong espasyo mula sa isang materyal na naglalabas ng gas sa ilalim ng impluwensya ng temperatura (pinipigilan ng mataas na presyon ng gas ang arko mula sa pagkasunog);
• espesyal na contact alloys upang bawasan ang nilalaman ng mga metal sa plasma;
• mag-pump out ng hangin mula sa malapit na contact space upang lumikha ng vacuum (walang substance - walang ionization);
• sa mga aparato para sa alternating kasalukuyang, buksan sa sandaling ang kasalukuyang pumasa sa zero (mas kaunting enerhiya upang lumikha ng isang arko);
• upang ipakilala sa puwang, sa pagitan ng mga magkakaibang mga contact, mga semiconductor na malalaman ang kasalukuyang at hindi papayagan ang arko na sumiklab;
• maglapat ng double break sa circuit (hindi kasama ang bahagi ng conductor mula sa circuit, ang distansya sa pagitan ng cathode at anode ay agad at makabuluhang tumataas).

Bibliograpiya

Markov A.M. Mga de-koryenteng at elektronikong aparato. Bahagi 1. Mga kagamitang electromekanikal. - Pskov: Pskov GU Publishing House, 2013 - 128 s (link sa libro sa pahina ng "Listahan ng presyo").

Kapag ang isang de-koryenteng circuit ay binuksan, ang isang de-koryenteng discharge ay nangyayari sa anyo electric arc. Para sa hitsura ng isang electric arc, sapat na ang boltahe sa mga contact ay higit sa 10 V sa isang kasalukuyang sa circuit ng pagkakasunud-sunod ng 0.1A o higit pa. Sa mga makabuluhang boltahe at alon, ang temperatura sa loob ng arko ay maaaring umabot sa 3 - 15 libong ° C, bilang isang resulta kung saan ang mga contact at kasalukuyang nagdadala ng mga bahagi ay natutunaw.

Sa mga boltahe na 110 kV at sa itaas, ang haba ng arko ay maaaring umabot ng ilang metro. Samakatuwid, ang isang electric arc, lalo na sa mga high-power power circuit, sa mga boltahe sa itaas ng 1 kV ay isang malaking panganib, bagaman ang mga malubhang kahihinatnan ay maaaring maging sa mga pag-install sa mga boltahe sa ibaba 1 kV. Bilang isang resulta, ang electric arc ay dapat na limitado hangga't maaari at mabilis na mapatay sa mga circuit para sa mga boltahe sa itaas at mas mababa sa 1 kV.

Ang proseso ng pagbuo ng isang electric arc ay maaaring gawing simple tulad ng sumusunod. Kapag ang mga contact ay naghihiwalay, ang contact pressure ay unang bumababa at, nang naaayon, ang contact surface ay tumataas (kasalukuyang density at temperatura - lokal (sa ilang mga bahagi ng contact area) magsisimula ang overheating, na higit pang nag-aambag sa thermionic emission, kapag nasa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura ang bilis ng mga electron ay tumataas at sila ay tumakas mula sa ibabaw ng elektrod.

Sa sandali ng divergence ng mga contact, iyon ay, isang circuit break, ang boltahe ay mabilis na naibalik sa contact gap. Dahil ang distansya sa pagitan ng mga contact ay maliit sa kasong ito, ang isang mataas na pag-igting ay lumitaw, sa ilalim ng impluwensya kung saan ang mga electron ay tumakas mula sa ibabaw ng elektrod. Bumibilis sila sa isang electric field at, kapag natamaan nila ang isang neutral na atom, binibigyan ito ng kanilang kinetic energy. Kung ang enerhiya na ito ay sapat upang mapunit ang hindi bababa sa isang elektron mula sa shell ng isang neutral na atom, kung gayon ang proseso ng ionization ay nangyayari.

Ang nagreresultang mga libreng electron at ion ay bumubuo sa plasma ng arc shaft, iyon ay, ang ionized channel kung saan ang arc ay nasusunog at ang tuluy-tuloy na paggalaw ng mga particle ay natiyak. Sa kasong ito, ang mga negatibong sisingilin na mga particle, pangunahin ang mga electron, ay gumagalaw sa isang direksyon (patungo sa anode), at mga atomo at mga molekula ng gas, na wala ng isa o higit pang mga electron - mga particle na positibong sisingilin - sa kabaligtaran ng direksyon (patungo sa katod). Ang kondaktibiti ng plasma ay malapit sa mga metal.

Ang isang malaking kasalukuyang daloy sa arc shaft at isang mataas na temperatura ay nabuo. Ang ganitong temperatura ng arc shaft ay humahantong sa thermal ionization - ang proseso ng pagbuo ng mga ion dahil sa banggaan ng mga molecule at atoms na may mataas na kinetic energy sa mataas na bilis ng kanilang paggalaw (mga molekula at atoms ng medium kung saan ang arc burns ay nabulok sa electron at positively charged ions). Ang matinding thermal ionization ay nagpapanatili ng mataas na plasma conductivity. Samakatuwid, ang pagbaba ng boltahe kasama ang haba ng arko ay maliit.

Sa isang electric arc, dalawang proseso ang patuloy na nagpapatuloy: bilang karagdagan sa ionization, mayroon ding deionization ng mga atomo at molekula. Ang huli ay nangyayari pangunahin sa pamamagitan ng pagsasabog, iyon ay, ang paglipat ng mga sisingilin na mga particle sa kapaligiran, at ang recombination ng mga electron at positibong sisingilin na mga ion, na muling pinagsama sa mga neutral na particle na may pagbabalik ng enerhiya na ginugol sa kanilang pagkabulok. Sa kasong ito, ang init ay tinanggal sa kapaligiran.

Kaya, tatlong yugto ng proseso na isinasaalang-alang ay maaaring makilala: arc ignition, kapag, dahil sa epekto ng ionization at electron emission mula sa katod, magsisimula ang arc discharge at ang intensity ng ionization ay mas mataas kaysa sa deionization, stable arc burning, suportado ng thermal ionization sa arc shaft, kapag ang intensity ng ionization at deionization ay pareho, arc extinction kapag ang intensity ng deionization ay mas mataas kaysa sa ionization.

Mga pamamaraan para sa pagpatay ng arko sa mga electrical switching device

Upang idiskonekta ang mga elemento ng electrical circuit at sa gayon ay ibukod ang pinsala sa switching device, kinakailangan hindi lamang upang buksan ang mga contact nito, kundi pati na rin upang patayin ang arko na lumilitaw sa pagitan nila. Ang mga proseso ng arc extinction, pati na rin ang combustion, ay iba para sa alternating at direct current. Ito ay tinutukoy ng katotohanan na sa unang kaso, ang kasalukuyang sa arko ay dumadaan sa zero bawat kalahating ikot. Sa mga sandaling ito, ang paglabas ng enerhiya sa arko ay humihinto at ang arko ay kusang namamatay sa bawat oras, at pagkatapos ay muling umiilaw.

Sa pagsasagawa, ang kasalukuyang sa arko ay nagiging malapit sa zero nang kaunti kaysa sa zero crossing, dahil kapag bumaba ang kasalukuyang, bumababa ang enerhiya na ibinibigay sa arko, bumababa ang temperatura ng arko nang naaayon, at huminto ang thermal ionization. Sa kasong ito, ang proseso ng deionization ay nagpapatuloy nang masinsinan sa arc gap. Kung sa sandaling bukas at mabilis na paghiwalayin ang mga contact, kung gayon ang kasunod na pagkasira ng kuryente ay maaaring hindi mangyari at ang circuit ay i-off nang walang arko. Gayunpaman, napakahirap gawin ito sa pagsasanay, at samakatuwid ang mga espesyal na hakbang ay ginawa upang mapabilis ang pagkalipol ng arko, na matiyak ang paglamig ng espasyo ng arko at pagbaba sa bilang ng mga sisingilin na particle.

Bilang resulta ng deionization, ang dielectric na lakas ng gap ay unti-unting tumataas at, sa parehong oras, ang pagbawi ng boltahe sa kabuuan nito ay tumataas. Depende ito sa ratio ng mga halagang ito kung sisindi ang arko para sa susunod na kalahati ng panahon o hindi. Kung ang dielectric na lakas ng gap ay tumaas nang mas mabilis at mas malaki kaysa sa boltahe ng pagbawi, ang arko ay hindi na mag-aapoy, kung hindi man ang arko ay magiging matatag. Ang unang kondisyon ay tumutukoy sa problema ng arc extinguishing.

Sa mga switching device, iba't ibang paraan ng arc quenching ang ginagamit.

Extension ng arko

Kapag ang mga contact ay magkakaiba sa proseso ng pag-off ng electrical circuit, ang arko na lumitaw ay nakaunat. Sa kasong ito, ang mga kondisyon para sa paglamig ng arko ay pinabuting, dahil ang ibabaw nito ay tumataas at mas maraming boltahe ang kinakailangan para sa pagkasunog.

Paghahati ng mahabang arko sa isang serye ng mga maikling arko

Kung ang arko na nabuo kapag binuksan ang mga contact ay nahahati sa K maikling arko, halimbawa, sa pamamagitan ng paghigpit nito sa isang metal na grid, pagkatapos ay lalabas ito. Ang arko ay karaniwang iginuhit sa isang metal na rehas na bakal sa ilalim ng impluwensya ng isang electromagnetic na patlang na sapilitan sa mga grating plate ng mga eddy currents. Ang pamamaraang ito ng pag-aalis ng arko ay malawakang ginagamit sa paglipat ng mga aparato para sa mga boltahe sa ibaba 1 kV, lalo na sa mga awtomatikong air circuit breaker.

Paglamig ng arko sa makitid na mga puwang

Ang extinguishing ng arc sa isang maliit na dami ay pinadali. Samakatuwid, ang mga arc chute na may mga longitudinal slot ay malawakang ginagamit (ang axis ng naturang puwang ay nag-tutugma sa direksyon sa axis ng arc shaft). Ang ganitong puwang ay kadalasang nabuo sa mga silid na gawa sa mga insulating arc-resistant na materyales. Dahil sa pakikipag-ugnay ng arko na may malamig na mga ibabaw, ang masinsinang paglamig nito, pagsasabog ng mga sisingilin na particle sa kapaligiran at, nang naaayon, nangyayari ang mabilis na deionization.

Bilang karagdagan sa mga slot na may plane-parallel walls, ginagamit din ang mga slot na may ribs, protrusions, at extensions (pockets). Ang lahat ng ito ay humahantong sa pagpapapangit ng arc shaft at nag-aambag sa isang pagtaas sa lugar ng pakikipag-ugnay nito sa malamig na mga dingding ng silid.

Ang pagguhit ng arko sa makitid na mga puwang ay karaniwang nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field na nakikipag-ugnayan sa arko, na maaaring ituring bilang isang kasalukuyang nagdadala ng conductor.

Ang panlabas upang ilipat ang arko ay kadalasang ibinibigay ng isang coil na konektado sa serye kasama ang mga contact sa pagitan kung saan nangyayari ang arko. Ang Arc extinguishing sa makitid na mga puwang ay ginagamit sa mga device para sa lahat ng boltahe.

High pressure arc extinguishing

Sa isang pare-pareho ang temperatura, ang antas ng ionization ng gas ay bumababa sa pagtaas ng presyon, habang ang thermal conductivity ng gas ay tumataas. Ang iba pang mga bagay ay pantay, ito ay humahantong sa pagtaas ng paglamig ng arko. Ang pagsusubo ng arko sa pamamagitan ng mataas na presyon na nilikha ng mismong arko sa mahigpit na saradong mga silid ay malawakang ginagamit sa mga piyus at ilang iba pang mga aparato.

Arc extinguishing sa langis

Kung inilagay sa langis, ang arko na nangyayari kapag bumukas ang mga ito ay humahantong sa matinding pagsingaw ng langis. Bilang isang resulta, ang isang bula ng gas (shell) ay nabuo sa paligid ng arko, na binubuo pangunahin ng hydrogen (70 ... 80%), pati na rin ang singaw ng langis. Ang mga ibinubuga na gas sa mataas na bilis ay direktang tumagos sa zone ng arc shaft, nagiging sanhi ng paghahalo ng malamig at mainit na gas sa bubble, nagbibigay ng masinsinang paglamig at, nang naaayon, deionization ng arc gap. Bilang karagdagan, ang kakayahan ng deionizing ng mga gas ay nagpapataas ng presyon na nilikha sa panahon ng mabilis na pagkabulok ng langis sa loob ng bubble.

Ang intensity ng proseso ng pag-aalis ng arko sa langis ay mas mataas, mas malapit ang arko na nakikipag-ugnay sa langis at mas mabilis na gumagalaw ang langis na may kaugnayan sa arko. Dahil dito, nililimitahan ang arc gap ng isang closed insulating device - arc chute. Sa mga silid na ito, ang isang mas malapit na pakikipag-ugnay ng langis na may arko ay nilikha, at sa tulong ng mga insulating plate at mga butas ng tambutso, ang mga gumaganang channel ay nabuo kung saan ang langis at mga gas ay gumagalaw, na nagbibigay ng masinsinang pamumulaklak (pagbuga) ng arko.

Mga arc chute ayon sa prinsipyo ng operasyon, nahahati sila sa tatlong pangunahing grupo: na may auto-blowing, kapag ang mataas na presyon at bilis ng paggalaw ng gas sa arc zone ay nilikha dahil sa enerhiya na inilabas sa arko, na may sapilitang pag-ihip ng langis gamit ang espesyal na pumping haydroliko na mekanismo, na may magnetic pagsusubo sa langis, kapag ang arko ay nasa ilalim ng pagkilos ng magnetic field ay gumagalaw sa makitid na mga puwang.

Ang pinaka-epektibo at simple arc chute na may autoblast. Depende sa lokasyon ng mga channel at mga butas ng tambutso, ang mga silid ay nakikilala kung saan ibinibigay ang masinsinang pamumulaklak ng halo ng singaw ng gas at langis sa kahabaan ng arko (paayon na pagsabog) o sa buong arko (transverse blast). Ang itinuturing na mga paraan ng pagpatay sa arko ay malawakang ginagamit sa mga circuit breaker para sa mga boltahe sa itaas ng 1 kV.

Iba pang mga paraan upang patayin ang arko sa mga aparato para sa mga boltahe sa itaas ng 1 kV

Bilang karagdagan sa mga pamamaraan sa itaas ng pag-aalis ng arko, ginagamit din nila ang: naka-compress na hangin, ang daloy ng kung saan humihip ang arko sa kahabaan o sa kabuuan, na nagbibigay ng masinsinang paglamig nito (sa halip na hangin, ginagamit din ang iba pang mga gas, kadalasang nakuha mula sa solidong gas- bumubuo ng mga materyales - fiber, vinyl plastic, atbp. - dahil sa kanilang pagkabulok ng nasusunog na arko mismo), na may mas mataas na lakas ng kuryente kaysa sa hangin at hydrogen, bilang isang resulta kung saan ang arko na nasusunog sa gas na ito ay mabilis na napatay kahit na sa atmospheric pressure, isang napakabihirang gas (vacuum), kapag ang mga contact ay nabuksan kung saan ang arko ay hindi muling umiilaw (napupunta) pagkatapos ng unang pagpasa ng kasalukuyang sa zero.

LECTURE 5

ELECTRIC ARC

Pangyayari at pisikal na proseso sa isang electric arc. Ang pagbubukas ng electrical circuit sa makabuluhang mga alon at boltahe ay sinamahan ng isang electric discharge sa pagitan ng magkakaibang mga contact. Ang agwat ng hangin sa pagitan ng mga contact ay ionized at nagiging conductive, isang arko ang sumunog sa loob nito. Ang proseso ng pag-disconnect ay binubuo sa deionization ng air gap sa pagitan ng mga contact, ibig sabihin, sa pagwawakas ng electric discharge at ang pagpapanumbalik ng mga dielectric na katangian. Sa ilalim ng mga espesyal na kondisyon: mababang alon at boltahe, isang pagkagambala ng alternating current circuit sa sandaling ang kasalukuyang pumasa sa zero, ay maaaring mangyari nang walang electric discharge. Ang shutdown na ito ay tinatawag na non-sparking break.

Ang pag-asa ng pagbaba ng boltahe sa buong discharge gap sa kasalukuyang ng electric discharge sa mga gas ay ipinapakita sa Fig. isa.

Ang electric arc ay sinamahan ng mataas na temperatura. Samakatuwid, ang arko ay hindi lamang isang electrical phenomenon, kundi isang thermal din. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang hangin ay isang mahusay na insulator. Ang breakdown ng 1 cm air gap ay nangangailangan ng boltahe na 30 kV. Upang ang puwang ng hangin ay maging isang konduktor, kinakailangan upang lumikha ng isang tiyak na konsentrasyon ng mga sisingilin na mga particle sa loob nito: mga libreng electron at positibong ion. Ang proseso ng paghihiwalay ng mga electron mula sa isang neutral na particle at ang pagbuo ng mga libreng electron at positively charged ions ay tinatawag na ionization. Ang gas ionization ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura at electric field. Para sa mga proseso ng arc sa electrical apparatus, ang mga proseso sa mga electrodes (thermoelectronic at field emission) at mga proseso sa arc gap (thermal at impact ionization) ang pinakamahalaga.

Thermionic emission ay tinatawag na paglabas ng mga electron mula sa isang pinainit na ibabaw. Kapag ang mga contact ay naghihiwalay, ang contact resistance ng contact at ang kasalukuyang density sa contact area ay tumataas nang husto. Ang platform ay umiinit, natutunaw at isang contact isthmus ay nabuo mula sa tinunaw na metal. Ang isthmus ay nasira habang ang mga contact ay lalong naghihiwalay, at ang metal ng mga contact ay sumingaw. Ang isang mainit na lugar (cathode spot) ay nabuo sa negatibong elektrod, na nagsisilbing base ng arko at ang pinagmulan ng electron radiation. Ang Thermionic emission ay ang sanhi ng paglitaw ng isang electric arc kapag binuksan ang mga contact. Thermionic emission kasalukuyang density ay depende sa temperatura at elektrod materyal.

Autoelectronic na paglabas tinatawag na phenomenon ng paglabas ng mga electron mula sa cathode sa ilalim ng impluwensya ng isang malakas na electric field. Kapag ang mga contact ay bukas, ang mains boltahe ay inilalapat sa kanila. Kapag ang mga contact ay sarado, habang ang gumagalaw na contact ay lumalapit sa nakapirming isa, ang lakas ng electric field sa pagitan ng mga contact ay tumataas. Sa isang kritikal na distansya sa pagitan ng mga contact, ang lakas ng field ay umabot sa 1000 kV/mm. Ang gayong lakas ng patlang ng kuryente ay sapat upang ilabas ang mga electron mula sa isang malamig na katod. Ang field emission current ay maliit at nagsisilbi lamang bilang simula ng arc discharge.

Kaya, ang paglitaw ng isang arc discharge sa divergent contact ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng thermionic at autoelectronic emissions. Ang paglitaw ng isang electric arc kapag ang mga contact ay sarado ay dahil sa autoelectronic emission.

epekto ionization tinatawag na paglitaw ng mga libreng electron at positibong ion sa banggaan ng mga electron na may neutral na particle. Ang isang libreng elektron ay naghiwa-hiwalay ng isang neutral na butil. Ang resulta ay isang bagong libreng elektron at isang positibong ion. Ang bagong elektron, sa turn, ay nag-ionize sa susunod na particle. Upang ang isang elektron ay makapag-ionize ng isang gas particle, dapat itong gumalaw sa isang tiyak na bilis. Ang bilis ng isang elektron ay nakasalalay sa potensyal na pagkakaiba sa ibig sabihin ng libreng landas. Samakatuwid, ito ay karaniwang ipinahiwatig hindi ang bilis ng elektron, ngunit ang pinakamababang potensyal na pagkakaiba sa haba ng libreng landas, upang makuha ng elektron ang kinakailangang bilis. Ang potensyal na pagkakaiba na ito ay tinatawag na potensyal ng ionization. Ang potensyal ng ionization ng isang halo ng gas ay tinutukoy ng pinakamababa sa mga potensyal ng ionization ng mga sangkap na kasama sa pinaghalong gas at kaunti ang nakasalalay sa konsentrasyon ng mga bahagi. Ang potensyal ng ionization para sa mga gas ay 13 ÷ 16V (nitrogen, oxygen, hydrogen), para sa metal vapors ito ay humigit-kumulang dalawang beses na mas mababa: 7.7V para sa copper vapors.

Thermal ionization nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura. Ang temperatura ng arc shaft ay umabot sa 4000÷7000 K, at kung minsan ay 15000 K. Sa temperatura na ito, ang bilang at bilis ng paglipat ng mga particle ng gas ay tumataas nang husto. Sa pagbangga, ang mga atomo at molekula ay nawasak, na bumubuo ng mga sisingilin na particle. Ang pangunahing katangian ng thermal ionization ay ang antas ng ionization, na kung saan ay ang ratio ng bilang ng mga ionized atoms sa kabuuang bilang ng mga atom sa arc gap. Ang pagpapanatili ng arisen arc discharge sa pamamagitan ng sapat na bilang ng mga libreng singil ay ibinibigay ng thermal ionization.

Kasabay ng mga proseso ng ionization sa arko, nangyayari ang mga reverse na proseso deionization– reunion ng mga sisingilin na particle at pagbuo ng mga neutral na molekula. Kapag naganap ang isang arko, ang mga proseso ng ionization ay nangingibabaw, sa isang patuloy na nasusunog na arko, ang mga proseso ng ionization at deionization ay pantay na matindi, na may pamamayani ng mga proseso ng deionization, ang arko ay lumalabas.

Pangunahing nangyayari ang deionization dahil sa recombination at diffusion. recombination ay ang proseso kung saan ang iba't ibang sisingilin na mga particle, pagdating sa contact, ay bumubuo ng mga neutral na particle. Pagsasabog of charged particles ay ang proseso ng pagdadala ng mga charged particle mula sa arc gap papunta sa nakapalibot na espasyo, na binabawasan ang conductivity ng arc. Ang pagsasabog ay dahil sa parehong mga electrical at thermal factor. Ang density ng singil sa arc shaft ay tumataas mula sa periphery hanggang sa gitna. Dahil dito, nilikha ang isang electric field, na pinipilit ang mga ion na lumipat mula sa gitna patungo sa paligid at umalis sa rehiyon ng arko. Ang pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng arc shaft at ng nakapalibot na espasyo ay kumikilos din sa parehong direksyon. Sa isang nagpapatatag at malayang nasusunog na arko, ang pagsasabog ay gumaganap ng isang hindi gaanong mahalagang papel. Sa isang arko na hinipan ng naka-compress na hangin, gayundin sa isang mabilis na gumagalaw na bukas na arko, ang deionization dahil sa diffusion ay maaaring malapit sa halaga sa recombination. Sa isang arko na nasusunog sa isang makitid na puwang o isang saradong silid, ang deionization ay nangyayari dahil sa recombination.

VOLTAGE DROP SA ELECTRIC ARC

Ang pagbaba ng boltahe sa kahabaan ng nakatigil na arko ay hindi pantay na ipinamamahagi. Pattern ng pagbaba ng boltahe U d at longitudinal boltahe gradient (boltahe pagbaba sa bawat yunit ng haba ng arko) E d kasama ang arko ay ipinapakita sa Fig. 2.

AT anode rehiyon, isang negatibong singil sa espasyo ay nabuo, na nagdudulot ng potensyal na pagkakaiba U a. Ang mga electron na patungo sa anode ay pinabilis at pinatumba ang mga pangalawang electron mula sa anode na umiiral malapit sa anode.

Ang kabuuang halaga ng pagbaba ng boltahe ng anode at cathode ay tinatawag na malapit-electrode voltage drop:
at 20-30V.

Sa natitirang bahagi ng arko, na tinatawag na arc stem, ang pagbagsak ng boltahe U d direktang proporsyonal sa haba ng arko:

,

saan E ST ay ang longitudinal stress gradient sa arc shaft, l ST ay ang haba ng arc shaft.

Ang gradient dito ay pare-pareho sa kahabaan ng stem. Depende ito sa maraming salik at maaaring mag-iba-iba, na umaabot sa 100÷200 V/cm.

Kaya, ang pagbaba ng boltahe sa agwat ng arko:

DC ELECTRIC ARC STABILITY

Upang patayin ang isang direktang kasalukuyang electric arc, kinakailangan na lumikha ng mga kondisyon kung saan ang mga proseso ng deionization sa arc gap ay lalampas sa mga proseso ng ionization sa lahat ng kasalukuyang halaga.

Sa mga punto a at b Ang equation (2) ay wasto, kaya
. May equilibrium dito. Sa punto a ekwilibriyo ay hindi matatag, sa punto b napapanatiling.

Sa agos
, Boltahe
, a
, at kung sa ilang kadahilanan ang kasalukuyang ay nagiging mas mababa ako a , pagkatapos ay bumaba ito sa zero - lumabas ang arko.

Kung, sa anumang kadahilanan, ang kasalukuyang ay bahagyang mas mataas ako a, pagkatapos ito ay
, sa circuit, tulad noon, magkakaroon ng "labis" na boltahe, na hahantong sa pagtaas ng kasalukuyang sa isang halaga ako b . Para sa anumang halaga ako a < i < ako b ang kasalukuyang sa arko ay tataas sa isang halaga ako b .

sa pagitan ng mga puntos a at b magnitude
. Ang pagtaas ng kasalukuyang sa circuit ay sinamahan ng akumulasyon ng electromagnetic energy.

Sa kasalukuyan
lumalabas na naman
, a
, ibig sabihin, upang mapanatili ang naturang kasalukuyang halaga, ang boltahe U hindi sapat. Ang kasalukuyang sa circuit ay bababa sa isang halaga ako b. Ang arko sa puntong ito ay patuloy na masusunog.

Upang patayin ang arko, kinakailangan na ang kondisyon (3) ay masiyahan sa anumang kasalukuyang halaga, iyon ay, ang katangian ng I–V ng arko ay dapat na nasa itaas ng katangian.
(Larawan 5) sa buong haba nito at walang kahit isang punto ng kontak sa katangiang ito.

Pisikal na batayan ng pagsunog ng arko. Kapag ang mga contact ng isang electrical apparatus ay binuksan, ang isang electric arc ay nangyayari dahil sa ionization ng espasyo sa pagitan nila. Kasabay nito, ang puwang sa pagitan ng mga contact ay nananatiling conductive at ang pagpasa ng kasalukuyang sa pamamagitan ng circuit ay hindi hihinto.

Para sa ionization at arc formation, kinakailangan na ang boltahe sa pagitan ng mga contact ay humigit-kumulang 15-30 V at ang kasalukuyang circuit ay 80-100 mA.

Kapag ang espasyo sa pagitan ng mga contact ay na-ionize, ang gas (air) na mga atomo na pumupuno dito ay nabubulok sa mga sisingilin na particle - mga electron at positibong ion. Ang daloy ng mga electron na ibinubuga mula sa ibabaw ng isang contact sa ilalim ng isang negatibong potensyal (cathode) ay gumagalaw patungo sa isang positibong sisingilin contact (anode); ang daloy ng mga positibong ion ay gumagalaw patungo sa katod (Larawan 303a).

Ang mga pangunahing kasalukuyang carrier sa arc ay mga electron, dahil ang mga positibong ion, na may malaking masa, ay gumagalaw nang mas mabagal kaysa sa mga electron at samakatuwid ay nagdadala ng mas kaunting mga singil sa kuryente bawat yunit ng oras. Gayunpaman, ang mga positibong ion ay may mahalagang papel sa proseso ng arcing. Papalapit sa katod, lumilikha sila ng isang malakas na patlang ng kuryente malapit dito, na nakakaapekto sa mga electron na naroroon sa metal na katod at hinila ang mga ito mula sa ibabaw nito. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na field emission (Fig. 303b). Bilang karagdagan, ang mga positibong ion ay patuloy na binomba ang katod at binibigyan ito ng kanilang enerhiya, na nagiging init; sa kasong ito, ang temperatura ng cathode ay umabot sa 3000-5000 °C.

Sa pagtaas ng temperatura, ang paggalaw ng mga electron sa metal ng cathode ay nagpapabilis, nakakakuha sila ng mas maraming enerhiya at nagsimulang umalis sa katod, lumilipad sa kapaligiran. Ang kababalaghang ito ay tinatawag thermionic emission. Kaya, sa ilalim ng pagkilos ng auto- at thermionic emission, parami nang parami ang mga electron na pumapasok sa electric arc mula sa katod.

Kapag lumilipat mula sa katod patungo sa anode, ang mga electron, na nagbabanggaan sa kanilang paraan sa mga neutral na atomo ng gas, ay hinati ang mga ito sa mga electron at positibong ion (Larawan 303, c). Ang prosesong ito ay tinatawag na epekto ionization. Ang bago, tinatawag na mga pangalawang electron na lumitaw bilang isang resulta ng impact ionization ay nagsisimulang lumipat patungo sa anode at, sa panahon ng kanilang paggalaw, nahati ang higit pa at higit pang mga bagong atom ng gas. Ang itinuturing na proseso ng gas ionization ay may mala-avalanche na karakter, tulad ng isang bato na itinapon mula sa isang bundok na kumukuha ng parami nang paraming mga bato sa daan nito, na nagbubunga ng isang avalanche. Bilang isang resulta, ang puwang sa pagitan ng dalawang mga contact ay napuno ng isang malaking bilang ng mga electron at mga positibong ion. Ang pinaghalong mga electron at positibong ion ay tinatawag na plasma. Ang thermal ionization ay may mahalagang papel sa pagbuo ng plasma, na nangyayari bilang isang resulta ng pagtaas ng temperatura, na nagiging sanhi ng pagtaas sa bilis ng paggalaw ng mga sisingilin na mga particle ng gas.

Ang mga electron, ion, at neutral na mga atomo na bumubuo sa plasma ay patuloy na nagbabanggaan sa isa't isa at nagpapalitan ng enerhiya; sa kasong ito, ang ilang mga atomo sa ilalim ng epekto ng mga electron ay napupunta sa isang nasasabik na estado at naglalabas ng labis na enerhiya sa anyo ng liwanag na radiation. Gayunpaman, ang electric field na kumikilos sa pagitan ng mga contact ay nagiging sanhi ng karamihan ng mga positibong ion na lumipat patungo sa katod, at ang karamihan ng mga electron patungo sa anode.

Sa isang DC electric arc sa steady state, ang thermal ionization ay mapagpasyahan. Sa isang alternating current arc, kapag ang kasalukuyang pumasa sa zero, ang impact ionization ay gumaganap ng isang mahalagang papel, at sa panahon ng natitirang oras ng arc burning, ang thermal ionization ay gumaganap ng isang mahalagang papel.

Kapag nasusunog ang arko, kasabay ng ionization ng puwang sa pagitan ng mga contact, nangyayari ang reverse process. Ang mga positibong ion at electron, na nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa intercontact space o kapag tumama sila sa mga dingding ng silid kung saan nasusunog ang arko, ay bumubuo ng mga neutral na atomo. Ang prosesong ito ay tinatawag na recombination; sa pagwawakas ng ionization recombination humahantong sa pagkawala ng electronosis at mga ions mula sa interelectrode space - ito ay deionized. Kung ang recombination ay nagaganap sa dingding ng silid, pagkatapos ito ay sinamahan ng pagpapalabas ng enerhiya sa anyo ng init; sa panahon ng recombination sa interelectrode space, ang enerhiya ay inilabas sa anyo ng radiation.

Kapag nakikipag-ugnay sa mga dingding ng silid kung saan matatagpuan ang mga contact, ang arko ay pinalamig, kung saan. humahantong sa pagtaas ng deionization. Nagaganap din ang deionization bilang resulta ng paggalaw ng mga sisingilin na particle mula sa mga gitnang rehiyon ng arko na may mas mataas na konsentrasyon patungo sa mga peripheral na rehiyon na may mas mababang konsentrasyon. Ang prosesong ito ay tinatawag na pagsasabog ng mga electron at positibong ion.

Ang arc burning zone ay may kondisyon na nahahati sa tatlong mga seksyon: ang cathode zone, ang arc shaft at ang anode zone. Sa cathode zone, ang matinding paglabas ng elektron mula sa negatibong contact ay nangyayari, ang pagbaba ng boltahe sa zone na ito ay halos 10 V.

Ang plasma ay nabuo sa arc shaft na may humigit-kumulang sa parehong konsentrasyon ng mga electron at positibong ion. Samakatuwid, sa bawat sandali ng oras, ang kabuuang singil ng mga positibong ion ng plasma ay nagbabayad para sa kabuuang negatibong singil ng mga electron nito. Ang mataas na konsentrasyon ng mga sisingilin na particle sa plasma at ang kawalan ng electric charge dito ay tumutukoy sa mataas na electrical conductivity ng arc shaft, na malapit sa electrical conductivity ng mga metal. Ang pagbaba ng boltahe sa arc shaft ay humigit-kumulang na proporsyonal sa haba nito. Ang anode zone ay pangunahing puno ng mga electron na nagmumula sa arc shaft hanggang sa positibong contact. Ang pagbaba ng boltahe sa zone na ito ay depende sa kasalukuyang sa arko at ang laki ng positibong contact. Ang kabuuang pagbaba ng boltahe sa arko ay 15-30 V.

Ang pagtitiwala ng boltahe drop U dg kumikilos sa pagitan ng mga contact sa kasalukuyang I na dumadaan sa electric arc ay tinatawag na kasalukuyang-boltahe na katangian ng arc (Fig. 304, a). Ang boltahe U c, kung saan posible na mag-apoy ang arko sa isang kasalukuyang I \u003d 0, ay tinatawag boltahe ng pag-aapoy. Ang halaga ng boltahe ng pag-aapoy ay tinutukoy ng materyal ng mga contact, ang distansya sa pagitan nila, ang temperatura at ang kapaligiran. Pagkatapos ng pangyayari

electric arc, ang kasalukuyang nito ay tumataas sa isang halaga na malapit sa load current na dumaloy sa mga contact bago ang biyahe. Sa kasong ito, ang paglaban ng contact gap ay bumaba nang mas mabilis kaysa sa kasalukuyang pagtaas, na humahantong sa isang pagbawas sa boltahe drop U dg. Ang arc burning mode na tumutugma sa curve a ay tinatawag static.

Kapag ang kasalukuyang ay bumaba sa zero, ang proseso ay tumutugma sa curve b at ang arko ay humihinto sa isang mas mababang boltahe drop kaysa sa ignition boltahe. Ang boltahe U g, kung saan lumabas ang arko, ay tinatawag boltahe na pumapatay. Ito ay palaging mas mababa kaysa sa boltahe ng pag-aapoy dahil sa isang pagtaas sa temperatura ng mga contact at isang pagtaas sa kondaktibiti ng intercontact gap. Ang mas malaki ang rate ng kasalukuyang pagtanggi, mas mababa ang arc quenching boltahe sa sandali ng kasalukuyang pagwawakas. Ang mga katangian ng volt-ampere b at c ay tumutugma sa isang pagbaba ng kasalukuyang sa iba't ibang mga rate (para sa curve c higit sa para sa curve b), at ang tuwid na linya d ay tumutugma sa isang halos madalian na pagbaba ng kasalukuyang. Ang ganitong katangian ng kasalukuyang-boltahe na mga katangian ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na, sa isang mabilis na pagbabago sa kasalukuyang, ang estado ng ionization ng intercontact gap ay walang oras upang sundin ang pagbabago sa kasalukuyang. Ito ay tumatagal ng isang tiyak na oras upang i-deionize ang puwang, at samakatuwid, sa kabila ng katotohanan na ang kasalukuyang sa arko ay bumagsak, ang kondaktibiti ng puwang ay nanatiling pareho, na tumutugma sa isang malaking kasalukuyang.

Ang mga katangian ng volt-ampere b - d, na nakuha sa isang mabilis na pagbabago sa kasalukuyang sa zero, ay tinatawag pabago-bago. Para sa bawat intercontact gap, electrode material at medium, mayroong isang static na katangian ng arc at maraming mga dynamic na nakapaloob sa pagitan ng mga curve a at d.

Kapag nagsusunog ng AC arc sa bawat kalahating cycle, ang parehong mga pisikal na proseso ay nagaganap tulad ng sa isang DC arc. Sa simula ng kalahating cycle, ang boltahe sa arc ay tumataas ayon sa isang sinusoidal na batas sa halaga ng boltahe ng pag-aapoy U c - seksyon 0-a (Larawan 304, b), at pagkatapos ay pagkatapos ng simula ng arko bumababa ito habang tumataas ang kasalukuyang - seksyon a - b. Sa ikalawang bahagi ng kalahating ikot, kapag ang kasalukuyang ay nagsimulang bumaba, ang arc boltahe ay muling tumataas sa halaga ng pagsusubo ng boltahe U g kapag ang kasalukuyang bumaba sa zero - seksyon b - c.

Sa susunod na kalahating ikot, ang boltahe ay nagbabago ng tanda at, ayon sa sinusoidal na batas, ay tumataas sa halaga ng boltahe ng pag-aapoy na tumutugma sa point a' ng kasalukuyang boltahe na katangian. Habang tumataas ang kasalukuyang, bumababa ang boltahe at tumataas muli habang bumababa ang kasalukuyang. Ang kurba ng boltahe ng arko, tulad ng nakikita sa fig. 304, b, ay may hugis ng isang cut sinusoid. Ang proseso ng deionization ng mga sisingilin na particle sa agwat sa pagitan ng mga contact ay nagpapatuloy lamang sa isang hindi gaanong mahalagang bahagi ng panahon (mga seksyon 0 - a at c - a ') at, bilang panuntunan, ay hindi nagtatapos sa panahong ito, bilang isang resulta kung saan muling lumitaw ang arko. Ang huling pagkalipol ng arko ay magaganap lamang pagkatapos ng isang serye ng mga muling pag-aapoy sa panahon ng isa sa mga kasunod na zero crossing ng kasalukuyang.

Ang pagpapatuloy ng arko pagkatapos ng kasalukuyang pumasa sa zero ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na pagkatapos ng kasalukuyang ay bumaba sa zero, ang ionization na umiiral sa arc shaft ay hindi agad nawawala, dahil ito ay nakasalalay sa temperatura ng plasma sa natitirang arc shaft. Habang bumababa ang temperatura, tumataas ang lakas ng kuryente ng intercontact gap. Gayunpaman, kung sa ilang mga punto sa oras ang agarang halaga ng inilapat na boltahe ay mas malaki kaysa sa breakdown na boltahe ng puwang, kung gayon ang pagkasira nito ay magaganap, ang isang arko ay magaganap at ang isang kasalukuyang ng ibang polarity ay dadaloy.

Mga kondisyon ng pagsusubo ng arko. Ang mga kondisyon para sa pagpatay ng isang DC arc ay nakasalalay hindi lamang sa kasalukuyang boltahe na katangian nito, kundi pati na rin sa mga parameter ng electrical circuit (boltahe, kasalukuyang, paglaban at inductance), na naka-on at naka-off ng mga contact ng device. Sa fig. 305, at ang kasalukuyang-boltahe na katangian ng arko ay ipinapakita

(curve 1) at ang pag-asa ng pagbaba ng boltahe sa risistor R na kasama sa circuit na ito (tuwid na linya 2). Sa steady state, ang boltahe U at ang kasalukuyang pinagmumulan ay katumbas ng kabuuan ng mga boltahe na bumaba sa arc U dg at IR sa risistor R. Kapag ang kasalukuyang sa circuit ay nagbabago, ang e ay idinagdag sa kanila. d.s. self-induction ±e L (ipinapakita bilang shaded ordinates). Ang pangmatagalang arcing ay posible lamang sa mga mode na naaayon sa mga punto A at B, kapag ang boltahe U at - IR na inilapat sa puwang sa pagitan ng mga contact ay katumbas ng boltahe drop U dg. Sa kasong ito, sa mode na naaayon sa punto A, ang pagsunog ng arko ay hindi matatag. Kung, sa ilang kadahilanan, ang kasalukuyang tumaas sa panahon ng arcing sa puntong ito ng katangian, kung gayon ang boltahe U dg ay magiging mas mababa kaysa sa inilapat na boltahe U at - IR. Ang labis na inilapat na boltahe ay magdudulot ng pagtaas sa kasalukuyang, na tataas hanggang sa maabot nito ang halaga ng Iv.

Kung, sa mode na tumutugma sa punto A, ang kasalukuyang bumababa, ang inilapat na boltahe U at - IR ay magiging mas mababa sa U dg at ang kasalukuyang ay patuloy na bababa hanggang sa lumabas ang arko. Sa mode na naaayon sa punto B, ang arko ay patuloy na nasusunog. Sa pagtaas ng kasalukuyang sa I v, ang pagbaba ng boltahe sa arc U dg ay magiging mas malaki kaysa sa inilapat na boltahe U at - IR at ang kasalukuyang ay magsisimulang bumaba. Kapag ang kasalukuyang sa circuit ay naging mas mababa kaysa sa I v, ang inilapat na boltahe U at - IR ay magiging mas malaki kaysa sa U dg at ang kasalukuyang ay magsisimulang tumaas.

Malinaw, upang matiyak ang pagkalipol ng arko sa buong ibinigay na hanay ng kasalukuyang pagbabago I mula sa pinakamalaking halaga sa zero kapag ang circuit ay naka-off, kinakailangan na ang kasalukuyang-boltahe na katangian 1 ay matatagpuan sa itaas ng tuwid na linya 2 para sa circuit ay naka-off (Larawan 305, b). Sa ilalim ng kondisyong ito, ang pagbaba ng boltahe sa arc U dg ay palaging mas malaki kaysa sa boltahe na inilapat dito U at - IR at ang kasalukuyang sa circuit ay bababa.

Ang pangunahing paraan ng pagtaas ng pagbaba ng boltahe sa arko ay upang madagdagan ang haba ng arko. Kapag binubuksan ang mga circuit na may mababang boltahe na may medyo maliit na alon, ang pagsusubo ay sinisiguro ng isang naaangkop na pagpipilian ng solusyon sa pakikipag-ugnay, kung saan nangyayari ang isang arko. Sa kasong ito, lumabas ang arko nang walang anumang karagdagang mga aparato.

Para sa mga contact na sumisira sa mga circuit ng kuryente, ang haba ng arko na kinakailangan para sa pagpatay ay napakalaki na hindi na posible na ipatupad ang gayong solusyon sa pakikipag-ugnay sa pagsasanay. Sa naturang mga de-koryenteng kagamitan, naka-install ang mga espesyal na arc extinguishing device.

Mga aparatong pamatay. Maaaring magkakaiba ang mga paraan ng pagpapapatay ng arko, ngunit lahat sila ay nakabatay sa mga sumusunod na prinsipyo: sapilitang extension ng arko; pinapalamig ang intercontact gap sa pamamagitan ng hangin, singaw o gas; paghahati ng arko sa ilang magkakahiwalay na maikling arko.

Kapag ang arc ay humahaba at lumayo sa mga contact, ang pagbaba ng boltahe sa arc column ay tataas at ang boltahe na inilapat sa mga contact ay nagiging hindi sapat upang mapanatili ang arc.

Ang paglamig ng intercontact gap ay nagdudulot ng pagtaas ng paglipat ng init mula sa haligi ng arko patungo sa nakapalibot na espasyo, bilang isang resulta kung saan ang mga sisingilin na particle, na lumilipat mula sa loob ng arko patungo sa ibabaw nito, ay nagpapabilis sa proseso ng deionization.

Ang paghahati ng arko sa isang bilang ng mga hiwalay na maikling arko ay humahantong sa isang pagtaas sa kabuuang pagbaba ng boltahe sa kanila, at ang boltahe na inilapat sa mga contact ay nagiging hindi sapat upang mapanatili ang arko, kaya ito ay pinapatay.

Ang prinsipyo ng extinguishing sa pamamagitan ng pagpapahaba ng arko ay ginagamit sa mga device na may mga proteksiyon na sungay at sa mga switch ng kutsilyo. Ang electric arc na nangyayari sa pagitan ng mga contact 1 at 2 (Fig. 306, a) kapag bumukas ang mga ito, ay tumataas sa ilalim ng pagkilos ng puwersa F B na nilikha ng daloy ng hangin na pinainit nito, ay umaabot at nagpapahaba sa magkakaibang mga nakapirming sungay, na humahantong. sa pagkalipol nito. Ang pagpapahaba at pagpatay ng arko ay pinadali din ng electrodynamic na puwersa na nilikha bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng kasalukuyang arko sa magnetic field na lumitaw sa paligid nito. Sa kasong ito, ang arko ay kumikilos tulad ng isang kasalukuyang nagdadala ng conductor sa isang magnetic field (Larawan 307, a), na, tulad ng ipinakita sa Kabanata III, ay may posibilidad na itulak ito palabas ng field.

Upang madagdagan ang electrodynamic force F e kumikilos sa arc, sa ilang mga kaso, ang isang espesyal na arc extinguishing coil 2 (Fig. 307, b) ay kasama sa circuit ng isa sa mga contact 1 (Fig. 307, b), na lumilikha isang malakas na magnetic field sa arcing zone, magnetic

ang daloy ng filament kung saan ang F, na nakikipag-ugnayan sa kasalukuyang I ng arko, ay nagbibigay ng masinsinang pamumulaklak at pagpatay ng arko. Ang mabilis na paggalaw ng arko sa kahabaan ng mga sungay 3, 4 ay nagdudulot ng matinding paglamig nito, na nag-aambag din sa deionization nito sa silid 5 at pagkapatay.

Ang ilang mga aparato ay gumagamit ng mga paraan ng sapilitang paglamig at pag-uunat ng arko gamit ang naka-compress na hangin o iba pang gas.

Kapag ang mga contact 1 at 2 ay nakabukas (tingnan ang Fig. 306, b), ang resultang arc ay pinalamig at tinatangay ng hangin sa labas ng contact zone sa pamamagitan ng isang jet ng compressed air o gas na may puwersang FB.

Ang isang mabisang paraan ng pagpapalamig ng electric arc kasama ang kasunod na pagpapatay nito ay ang mga arc chute ng iba't ibang disenyo (Larawan 308). Ang electric arc, sa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field, daloy ng hangin, o sa iba pang paraan, ay hinihimok sa makitid na mga puwang o isang labirint ng silid (Larawan 308, a at b), kung saan ito ay malapit na nakikipag-ugnay sa mga dingding nito. 1, mga partisyon 2, nagbibigay sa kanila ng init at lumalabas. Malawak na aplikasyon sa mga de-koryenteng kagamitan e. p.s. nakakahanap sila ng mga labyrinth-slotted chamber, kung saan ang arc ay pinahaba hindi lamang sa pamamagitan ng pag-uunat sa pagitan ng mga contact, kundi pati na rin ng zigzag curvature nito sa pagitan ng mga partition ng chamber (Fig. 308, c). Ang makitid na puwang 3 sa pagitan ng mga dingding ng silid ay nag-aambag sa paglamig at deionization ng arko.

Ang mga arc quenching device, na ang aksyon ay batay sa paghahati ng arc sa isang serye ng mga maikling arc, ay may kasamang deionic grid (Fig. 309, a), na binuo sa arc chute.

Ang deion grating ay isang set ng isang bilang ng mga indibidwal na steel plates 3 na nakahiwalay sa isa't isa. Ang electric arc na lumitaw sa pagitan ng pagbubukas ng mga contact 1 at 2 ay hinati ng grid sa isang bilang ng mga mas maikling arc na konektado sa serye. Upang mapanatili ang pagkasunog ng arko nang walang dibisyon nito, kinakailangan ang isang boltahe U, katumbas ng kabuuan ng malapit-electrode (anode at cathode) boltahe drop U e at ang boltahe drop sa arc column U st.

Kapag ang isang arko ay nahahati sa n maikling arko, ang kabuuang pagbaba ng boltahe sa column ng lahat ng maiikling arko ay magiging katumbas pa rin ng nU e, tulad ng sa isang karaniwang arko, ngunit ang kabuuang pagbaba ng boltahe na malapit sa electrode sa lahat ng mga arko ay magiging katumbas ng nU e. Samakatuwid, upang mapanatili ang arko sa kasong ito, kinakailangan ang isang boltahe

U \u003d nU e + U st.

Ang bilang ng mga arko n ay katumbas ng bilang ng mga lattice plate at maaaring mapili upang ang posibilidad ng matatag na pagsunog ng arko sa isang ibinigay na boltahe U ay ganap na hindi kasama. Ang pagkilos ng naturang prinsipyo ng pamamasa ay epektibo kapwa sa direktang at alternating na kasalukuyang. Kapag ang alternating current ay dumaan sa zero, ang boltahe ng 150-250 V ay kinakailangan upang mapanatili ang arko. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang bilang ng mga plate ay maaaring mapili na mas maliit kaysa sa direktang kasalukuyang.

Sa mga piyus na may isang tagapuno, kapag ang insert ay natutunaw at isang electric arc ay nangyayari, dahil sa tumaas na presyon ng mga gas sa kartutso, ang mga ionized na particle ay gumagalaw sa nakahalang direksyon. Kasabay nito, nahuhulog sila sa pagitan ng mga pinagsama-samang butil, lumalamig at nag-deionize. Ang mga butil ng tagapuno, na gumagalaw sa ilalim ng pagkilos ng labis na presyon, ay sinisira ang arko sa isang malaking bilang ng mga microarc, na nagsisiguro sa kanilang pagkalipol.

Sa mga piyus na walang tagapuno, ang katawan ay kadalasang gawa sa isang materyal na naglalabas ng gas nang sagana kapag pinainit. Ang mga naturang materyales ay kinabibilangan, halimbawa, hibla. Kapag nakikipag-ugnay sa arko, ang katawan ay umiinit at naglalabas ng gas, na nag-aambag sa pag-aalis ng arko. Katulad nito, ang arko ay pinapatay sa mga switch ng langis ng alternating current (Fig. 309, b), na ang pagkakaiba lamang ay ang hindi nasusunog na langis ay ginagamit dito sa halip na dry filler. Kapag ang isang arko ay naganap sa sandali ng pagbubukas ng movable 1, 3 at fixed 2 contact, ang pagpatay nito ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng dalawang mga kadahilanan: ang pagpapalabas ng isang malaking halaga ng hydrogen na hindi sumusuporta sa pagkasunog (ang langis na ginamit para sa layuning ito. ay may nilalamang hydrogen na 70-75%), at masinsinang paglamig ng arko na may langis dahil sa mataas na kapasidad ng init nito. Ang arko ay lumalabas sa sandaling ang kasalukuyang ay zero. Ang langis ay hindi lamang nag-aambag sa pinabilis na pagkalipol ng arko, ngunit nagsisilbi rin bilang isang pagkakabukod para sa kasalukuyang dala at pinagbabatayan na mga bahagi ng istraktura. Ang langis ay hindi ginagamit upang patayin ang isang arko sa isang DC circuit, dahil sa ilalim ng impluwensya ng isang arko mabilis itong nabubulok at nawawala ang mga katangian ng insulating nito.

Sa modernong mga de-koryenteng kagamitan, ang arc extinguishing ay madalas na isinasagawa sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng dalawa o higit pa sa mga isinasaalang-alang

mga pamamaraan sa itaas (halimbawa, gamit ang isang arc chute, mga proteksiyon na sungay at isang deion grid).

Ang mga kondisyon para sa pag-aalis ng electric arc ay tumutukoy sa kapasidad ng pagsira ng mga proteksiyon na aparato. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pinakamataas na kasalukuyang na maaaring trip ang aparato sa isang tiyak na oras ng pagsusubo ng arko.

Sa kaganapan ng isang maikling circuit sa isang de-koryenteng circuit na konektado sa isang mapagkukunan ng elektrikal na enerhiya, ang kasalukuyang sa circuit ay tumataas sa kahabaan ng curve 1 (Larawan 310). Sa sandaling t 1, kapag naabot nito ang halaga kung saan ang proteksiyon na aparato ay nababagay (pagtatakda ng kasalukuyang I y), ang aparato ay nagpapatakbo at pinapatay ang protektadong circuit, bilang isang resulta kung saan ang kasalukuyang ay bumababa kasama ang curve 2.

Ang oras na binibilang mula sa sandaling ibinigay ang signal upang i-off (o i-on) ang device hanggang sa sandaling magsimula ang pagbubukas (o pagsasara) ng mga contact ay tinatawag na sariling oras ng pagtugon ng device t s. Kapag na-disconnect, ang sandali ng simula ng pagbubukas ng mga contact ay tumutugma sa paglitaw ng isang arko sa pagitan ng mga divergent na contact. Sa mga circuit breaker, ang oras na ito ay sinusukat mula sa sandaling naabot ng kasalukuyang ang setting na halaga t 1 hanggang lumitaw ang arko sa pagitan ng mga contact t 2. Oras ng pagsunog ng arko Ang t dg ay ang oras mula sa sandaling lumitaw ang arko t 2 hanggang sa sandaling huminto ang pagpasa ng kasalukuyang t 3. Ang kabuuang off time t p ay ang kabuuan ng tamang oras at ang arcing time.

Panimula

Mga paraan upang patayin ang isang electric arc ... Ang paksa ay may kaugnayan at kawili-wili. Kaya, magsimula tayo. Nagtatanong kami: Ano ang electric arc? Paano ito kontrolin? Anong mga proseso ang nagaganap sa panahon ng pagbuo nito? Ano ang binubuo nito? At kung ano ang hitsura nito.

Ano ang isang electric arc?

Electric arc (voltaic arc, arc discharge) ay isang pisikal na kababalaghan, isa sa mga uri ng electric discharge sa isang gas. Una itong inilarawan noong 1802 ng Russian scientist na si V.V. Petrov.

Electric arc ay isang espesyal na kaso ng ikaapat na anyo ng estado ng bagay - plasma - at binubuo ng isang ionized, electrically quasi-neutral na gas. Ang pagkakaroon ng mga libreng singil sa kuryente ay nagsisiguro sa kondaktibiti ng electric arc.

Ang pagbuo at pag-aari ng arko

Kapag ang boltahe sa pagitan ng dalawang electrodes ay tumaas sa isang tiyak na antas sa hangin, isang electrical breakdown ang nangyayari sa pagitan ng mga electrodes. Ang boltahe ng pagkasira ng kuryente ay nakasalalay sa distansya sa pagitan ng mga electrodes, atbp. Kadalasan, upang simulan ang isang pagkasira sa magagamit na boltahe, ang mga electrodes ay dinadala nang mas malapit sa isa't isa. Sa panahon ng pagkasira, kadalasang nangyayari ang isang spark discharge sa pagitan ng mga electrodes, na isinasara ng pulso ang electrical circuit.

Ang mga electron sa spark discharges ay nag-ionize ng mga molekula sa air gap sa pagitan ng mga electrodes. Sa sapat na kapangyarihan ng pinagmumulan ng boltahe, ang isang sapat na dami ng plasma ay nabuo sa air gap upang ang breakdown boltahe (o paglaban ng air gap) sa lugar na ito ay bumaba nang malaki. Sa kasong ito, ang mga spark discharge ay nagiging isang arc discharge - isang plasma cord sa pagitan ng mga electrodes, na isang plasma tunnel. Ang arko na ito ay mahalagang isang konduktor, at isinasara ang de-koryenteng circuit sa pagitan ng mga electrodes, ang average na kasalukuyang pagtaas ng higit pa sa pamamagitan ng pag-init ng arko sa 5000-50000 K. Sa kasong ito, isinasaalang-alang na ang pag-aapoy ng arko ay nakumpleto.

Ang pakikipag-ugnayan ng mga electrodes na may arc plasma ay humahantong sa kanilang pag-init, bahagyang pagkatunaw, pagsingaw, oksihenasyon at iba pang mga uri ng kaagnasan. Ang electric welding arc ay isang malakas na electric discharge na dumadaloy sa isang gaseous medium. Ang arc discharge ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang pangunahing tampok: ang pagpapalabas ng isang malaking halaga ng init at isang malakas na epekto ng liwanag. Ang temperatura ng isang conventional welding arc ay humigit-kumulang 6000°C.

Ang ilaw ng arko ay nakakabulag na maliwanag at ginagamit sa iba't ibang mga aplikasyon sa pag-iilaw. Ang arko ay naglalabas ng malaking bilang ng nakikita at hindi nakikitang thermal (infrared) at kemikal (ultraviolet) ray. Ang mga hindi nakikitang sinag ay nagdudulot ng pamamaga ng mga mata at nasusunog ang balat ng tao, kaya ang mga welder ay gumagamit ng mga espesyal na kalasag at oberols upang maprotektahan laban sa kanila.

Gamit ang isang arko

Depende sa kapaligiran kung saan nangyayari ang paglabas ng arko, ang mga sumusunod na welding arc ay nakikilala:

1. Buksan ang arko. Nasusunog sa hangin Ang komposisyon ng gaseous medium ng arc zone ay hangin na may admixture ng mga singaw ng welded metal, electrode material at electrode coatings.

2. Saradong arko. Nasusunog sa ilalim ng isang layer ng flux. Ang komposisyon ng gaseous medium ng arc zone ay isang pares ng base metal, electrode material at protective flux.

3. Arc na may supply ng mga proteksiyon na gas. Ang iba't ibang mga gas ay pinapakain sa arko sa ilalim ng presyon - helium, argon, carbon dioxide, hydrogen, lighting gas at iba't ibang mga mixtures ng mga gas. Ang komposisyon ng gaseous medium sa arc zone ay ang kapaligiran ng isang protective gas, isang pares ng electrode material at base metal.

Ang arko ay maaaring paandarin mula sa direkta o alternating kasalukuyang mga mapagkukunan. Sa kaso ng kapangyarihan ng DC, ang isang tuwid na polarity arc ay nakikilala (minus ng pinagmumulan ng kapangyarihan sa elektrod, kasama ang base metal) at reverse polarity (minus sa base metal, kasama ang elektrod). Depende sa materyal ng mga electrodes, ang mga arko ay nakikilala sa fusible (metal) at non-fusible (carbon, tungsten, ceramic, atbp.) Mga electrodes.

Kapag hinang, ang arko ay maaaring direktang aksyon (ang base metal ay nakikilahok sa electric circuit ng arc) at hindi direktang aksyon (ang base metal ay hindi nakikilahok sa electric circuit ng arc). Ang arko ng di-tuwirang pagkilos ay medyo maliit.

Ang kasalukuyang density sa welding arc ay maaaring magkakaiba. Ang mga arko ay ginagamit na may normal na kasalukuyang density - 10--20 A / mm2 (normal na manual welding, welding sa ilang mga shielding gas) at may mataas na kasalukuyang density - 80--120 A / mm2 at higit pa (awtomatiko, semi-awtomatikong nakalubog arc welding, sa isang proteksiyon na kapaligiran ng gas).

Ang paglitaw ng isang arc discharge ay posible lamang kapag ang gas column sa pagitan ng electrode at ng base metal ay ionized, ibig sabihin, ito ay maglalaman ng mga ions at electron. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagbibigay ng naaangkop na enerhiya, na tinatawag na ionization energy, sa isang molekula ng gas o atom, bilang isang resulta kung saan ang mga electron ay inilabas mula sa mga atomo at molekula. Ang arc discharge medium ay maaaring kinakatawan bilang isang gas conductor ng electric current, na may bilog na cylindrical na hugis. Ang arko ay binubuo ng tatlong rehiyon - ang rehiyon ng katod, ang haligi ng arko, ang rehiyon ng anode.

Sa panahon ng pagsunog ng arko, ang mga aktibong spot ay sinusunod sa elektrod at base metal, na pinainit na mga lugar sa ibabaw ng elektrod at base metal; ang buong arc current ay dumadaan sa mga spot na ito. Sa cathode, ang lugar ay tinatawag na cathode spot, sa anode, ang anode spot. Ang cross section ng gitnang bahagi ng arc column ay bahagyang mas malaki kaysa sa cathode at anode spot. Ang laki nito ay depende sa laki ng mga aktibong spot.

Ang boltahe ng arko ay nag-iiba sa kasalukuyang density. Ang pag-asa na ito, na ipinakita sa graphical, ay tinatawag na static na katangian ng arko. Sa mababang halaga ng kasalukuyang density, ang static na katangian ay may bumabagsak na karakter, ibig sabihin, bumababa ang boltahe ng arko habang tumataas ang kasalukuyang. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa pagtaas ng kasalukuyang, ang cross-sectional area ng arc column at electrical conductivity ay tumataas, habang ang kasalukuyang density at potensyal na gradient sa arc column ay bumababa. Ang magnitude ng cathode at anode boltahe ay bumaba ng arc ay hindi nagbabago sa magnitude ng kasalukuyang at nakasalalay lamang sa electrode material, base metal, gaseous medium at gas pressure sa arc zone.

Sa kasalukuyang densidad ng welding arc ng mga conventional mode na ginagamit sa manual welding, ang arc boltahe ay hindi nakasalalay sa magnitude ng kasalukuyang, dahil ang cross-sectional area ng arc column ay tumataas sa proporsyon sa kasalukuyang, at ang Ang kondaktibiti ng koryente ay napakaliit na nagbabago, at ang kasalukuyang density sa haligi ng arko ay nananatiling halos pare-pareho. Sa kasong ito, ang magnitude ng cathode at anode boltahe ay nananatiling hindi nagbabago. Sa isang arc ng mataas na kasalukuyang density, na may pagtaas ng kasalukuyang lakas, ang cathode spot at ang cross section ng arc column ay hindi maaaring tumaas, kahit na ang kasalukuyang density ay tumataas sa proporsyon sa kasalukuyang lakas. Sa kasong ito, medyo tumataas ang temperatura at electrical conductivity ng arc column.

Ang boltahe ng electric field at ang potensyal na gradient ng arc column ay tataas sa pagtaas ng kasalukuyang lakas. Ang cathodic voltage drop ay tumataas, bilang isang resulta kung saan ang static na katangian ay tataas sa kalikasan, ibig sabihin, ang arc boltahe ay tataas sa pagtaas ng arc current. Ang pagtaas ng static na katangian ay isang tampok ng arc ng mataas na kasalukuyang density sa iba't ibang gaseous media. Ang mga static na katangian ay tumutukoy sa steady state ng arc na ang haba nito ay hindi nagbabago.

Ang isang matatag na proseso ng pagsunog ng arko sa panahon ng hinang ay maaaring mangyari sa ilalim ng ilang mga kundisyon. Ang katatagan ng proseso ng arcing ay naiimpluwensyahan ng isang bilang ng mga kadahilanan; walang-load na boltahe ng arc power supply, uri ng kasalukuyang, magnitude ng kasalukuyang, polarity, pagkakaroon ng inductance sa arc circuit, pagkakaroon ng kapasidad, kasalukuyang dalas, atbp.

Mag-ambag sa pagpapabuti ng katatagan ng arc, isang pagtaas sa kasalukuyang, isang open-circuit na boltahe ng arc power source, ang pagsasama ng inductance sa arc circuit, isang pagtaas sa kasalukuyang dalas (kapag pinalakas ng alternating current) at isang numero ng iba pang kundisyon. Ang katatagan ay maaari ding makabuluhang mapabuti sa pamamagitan ng paggamit ng mga espesyal na electrode coatings, flux, shielding gas, at ilang iba pang mga teknolohikal na salik.

electric arc extinguishing welding