Процес утворення електричної дуги і способи її гасіння, онлайн журнал електрика
При розмиканні електронної ланцюга з'являється електричний розряд у вигляді електронної дуги. Для виникнення електронної дуги досить, щоб напруга на контактах було вище 10 В при струмі в ланцюзі порядку 0,1А і більше. При значних напругах і токах температура всередині дуги може досягати 10 ... 15 тис. ° С, в результаті чого плавляться контакти і струмопровідні частини.
При напрузі 110 кВ і вище довжина дуги може досягати декількох метрів. Тому електронна дуга, особливо в масивних силових ланцюгах, на напругу вище 1 кВ є величезну небезпеку, хоча суворі наслідки можуть бути і в установках на напругу нижче 1 кВ. Внаслідок цього електронну дугу потрібно максимально обмежити і стрімко погасити в ланцюгах на напругу як вище, так і нижче 1 кВ.
Причини виникнення електронний дуги
У момент розбіжності контактів, іншими словами розриву ланцюга, на контактному проміжку стрімко відновлюється напруга. Так як при
цьому відстань між контактами мало, з'являється електричне поле високої напруженості, під впливом якого з поверхні електрода вириваються електрони. Вони розганяють в
електронному поле і при ударі в нейтральний атом віддають йому свою кінетичну енергію. Якщо цієї енергії досить, щоб відірвати хоча б один електрон з оболонки нейтрального атома,
то відбувається процес іонізації.
Утворилися вільні електрони і іони складають плазму стовбура дуги, іншими словами іонізованого каналу, в якому палає дуга і забезпечується безперервний рух частинок. При цьому негативно заряджені частинки, спочатку електрони, рухаються в одному напрямку (до анода), а атоми і молекули газів, позбавлені 1-го або декількох електронів, - позитивно заряджені частинки - в зворотному напрямку (до катода).
У стовбурі дуги проходить великий струм і створюється висока температура. Така температура стовбура дуги призводить до термоіонізації - процесу утворення іонів внаслідок зіткнення молекул і атомів, які володіють велику кінетичну енергію при великих швидкостях їх руху (молекули й атоми середовища, де
палає дуга, розпадаються на електрони і позитивно заряджені іони). Насичена термоіонізація підтримує вищу
провідність плазми. Тому падіння напруги по довжині дуги
невелика.
В електронній дузі безперервно протікають два процеси: крім іонізації, також деионизация атомів і молекул. Остання відбувається в головному методом дифузії, іншими словами перенесення заряджених частинок у навколишнє середовище, і рекомбінації електронів і позитивно заряджених іонів, які возз'єднуються в нейтральні частинки з віддачею енергії, витраченої на їх розпад. При цьому відбувається тепловідвід в навколишнє середовище.
Таким чином, можна розрізнити три стадії даного процесу: запалювання дуги, коли внаслідок ударної іонізації і емісії електронів з катода починається дугового розряд і інтенсивність іонізації вище, ніж деионизации, стійке горіння дуги, підтримуване термоіонізація в стовбурі дуги, коли інтенсивність іонізації і деионизации схожа, згасання дуги, коли інтенсивність деионизации вище, ніж іонізації.
Методи гасіння дуги в комутаційних електронних апаратах
Для того щоб відключити елементи електронної ланцюга і виключити при цьому пошкодження комутаційного апарату, потрібно не тільки розімкнути його контакти, та й погасити з'являється між ними дугу. Процеси гасіння дуги, так само як і горіння, при змінному та постійному струмі різні. Це залежить від того, що в першому випадку струм в дузі кожен напівперіод проходить через нуль. У ці моменти виділення енергії в дузі припиняється і дуга щоразу мимоволі згасає, а потім знову запалюється.
Фактично ток в дузі стає близьким нулю дещо раніше переходу через нуль, тому що при зниженні струму енергія, що підводиться до дуги, зменшується, відповідно знижується температура дуги і припиняється термоіонізація. При цьому в дуговому проміжку активно йде процес деионизации. Якщо на цей момент розімкнути і стрімко розвести контакти, то наступний електронний пробій може не відбутися і ланцюг буде відключена без появи дуги. Але фактично це зробити дуже важко, і тому приймають особливі заходи прискореного гасіння дуги, що забезпечують охолодження дугового місця і зменшення числа заряджених частинок.
В результаті деионизации поступово збільшується електронна міцність проміжку і відразу виростає відновлюється напруга на ньому. Від співвідношення цих величин і залежить, займеться чи на ще одну половину періоду дуга або немає. Якщо електронна міцність проміжку зростає швидше і виявляється більше, що відновлює напруги, дуга більше не загориться, в іншому ж випадку буде забезпечено стійке горіння дуги. 1-е умова і визначає завдання гасіння дуги.
У комутаційних апаратах використовують різні методи гасіння дуги.