Elektromos ív nagyfeszültségű megszakítókban. Az oltás módszerei

Az elektromos áramkör jelentős áramoknál és feszültségeknél történő megnyitását általában elektromos kisülés kíséri az eltérő érintkezők között. Amikor az érintkezők szétválnak, az érintkezési ellenállás és az áramsűrűség az utolsó érintkezési területen élesen megnő. Az érintkezőket olvadásig hevítik, és olvadt fém érintkezési mélysége keletkezik, amely az érintkezők további leválasztásával megszakad, és az érintkezők fémje elpárolog. Az érintkezők közötti légrés ionizálódik és vezetőképessé válik, elektromos ív jelenik meg benne a kommutációs törvényekből eredő nagyfeszültség hatására.

Az elektromos ív hozzájárul az érintkezők megsemmisítéséhez és csökkenti a kapcsolóberendezés sebességét, mivel az áramkörben az áram nem csökken nullára. Lehetséges az ív megjelenésének megakadályozása az áramkör ellenállásának növelésével, amelyben az érintkezők kinyílnak, az érintkezők közötti távolság növelésével vagy speciális ív -elnyomó intézkedések alkalmazásával.

Az áramkör feszültségének és áramának határértékeinek szorzatát, amelynél az ív az érintkezők közötti minimális távolságban nem fordul elő, az érintkezők megszakító- vagy kapcsolóteljesítményének nevezzük. Ahogy az áramkör feszültsége emelkedik, a maximális kapcsolt áramot korlátozni kell. A kapcsolási teljesítmény az áramkör időállandójától is függ: annál több
annál kevesebb energiát tudnak kapcsolni az érintkezők. A váltakozó áramú áramkörökben az elektromos ív kialszik abban a pillanatban, amikor az áram pillanatnyi értéke nulla. Az ív a következő félciklusban újra megjelenhet, ha az érintkezők feszültsége gyorsabban nő, mint az érintkezési rés dielektromos szilárdsága helyreáll. Mindazonáltal az ív a váltakozó áramkörben kevésbé stabil, és az érintkezők megszakító képessége többszörösen nagyobb, mint az egyenáramú áramkörben. Az alacsony teljesítményű elektromos készülékek érintkezőin ritkán jelenik meg elektromos ív, de gyakran szikrázás figyelhető meg-a szigetelő rés lebomlása, amelyet az érintkezők kis áramú áramkörökben történő gyors kinyitása okoz. Ez különösen veszélyes az érzékeny és gyorsan ható eszközöknél (relék), amelyeknél az érintkezők közötti távolság nagyon kicsi. Az ívelés lerövidíti az érintkezők élettartamát, és hamis riasztásokhoz vezethet. Az érintkezők szikrázásának csökkentése érdekében speciális szikraoltó készülékeket használnak.

Ív- és szikraoltó készülék.

Az elektromos ív oltásának leghatékonyabb módja, ha a levegőben történő mozgatásával lehűtjük, és speciális kamrák szigetelő falaival érintkezünk, amelyek elvonják az ív melegét.

A modern eszközökben széles körben használják a keskeny résű ívoltó kamrákat és a mágneses fúvást. Az ívet áramvezető vezetéknek lehet tekinteni; ha mágneses mezőbe helyezzük, akkor olyan erő keletkezik, amely az ív mozgását eredményezi. Mozgáskor az ívet levegővel fújják; két szigetelőlemez közötti keskeny résbe esve deformálódik, és a kamra résében tapasztalható nyomásnövekedés miatt kialszik (21. ábra).

Rizs. 21. Az íves oltókamra elrendezése keskeny réssel

A réskamrát két szigetelőanyagból készült 1 fal képezi. A falak közötti rés nagyon kicsi. A 4 főtekercs sorba kötve a 3 fő érintkezőkkel mágneses fluxust indukál
amelyet ferromágneses 2 csúcsok vezetnek az érintkezők közötti térbe. Az ív és a mágneses mező kölcsönhatásának eredményeként erő jelenik meg
az ív elmozdítása a lemezekre 1. Ezt az erőt Lorentz -erőnek nevezzük, amelyet a következőképpen határozunk meg:

ahol - részecske töltés [függő],

- egy töltött részecske sebessége a mezőben [m / s],

- a töltött részecskékre ható erő [Newton],

- a sebességvektor és a mágneses indukciós vektor közötti szög.

Azt mondhatjuk, hogy a részecskék sebessége egy vezetőben:
ahol - a vezető hossza (ív), és - egy töltött részecske ív mentén történő áthaladásának ideje. Viszont az áram A töltött részecskék száma másodpercenként a vezető keresztmetszetén keresztül történik
... Vagyis írhat:

ahol - áram a vezetőben (ív) [amper],

-a vezető hossza (ív) [méter],

- a mező mágneses indukciója [Tesla],

- a vezetőre ható erő (ív) [Newton],

- az áramvektor és a mágneses indukciós vektor közötti szög.

Az erő iránya a bal oldali szabályt követi: mágneses erővonalak támaszkodjon a tenyérhez, kiegyenesített négy ujja az áram irányában helyezkedik el a hajlított hüvelykujj az elektromágneses erő irányát mutatja
... A mágneses mező leírt hatása (indukció ) elektromechanikusnak vagy teljesítménynek nevezik, az így kapott kifejezést pedig elektromágneses erők törvényének.

Az ívcsatorna ezt a kialakítását váltakozó áramra is használják, mivel az áram irányának változásával az áramlás iránya megváltozik.
és az erő iránya
változatlanul marad.

A kis teljesítményű egyenáramú érintkezők szikrázásának csökkentése érdekében használjon a terhelési eszközzel párhuzamos diódacsatlakozást (22. ábra).

Rizs. 22. Dióda bekapcsolása a szikrázás csökkentése érdekében

Ebben az esetben a kapcsolás utáni áramkör (a forrás leválasztása után) a diódán keresztül lezáródik, így csökken a szikrázó energia.

Az áramkör érintkező eszközzel történő leválasztását a plazma megjelenése jellemzi, amely áthalad a gázkisülés különböző szakaszain, miközben az érintkezőrést elektromos áramvezetőből szigetelővé alakítja.

0,5-1 A feletti áramoknál ívkisülés lép fel (terület 1 ) (1. ábra.); az áram csökkenésével a katódon (régió) izzó kisülés lép fel 2 ); következő szakasz (terület 3 ) A települési mentesítés, és végül a terület 4 - az elszigeteltség szakasza, amelyben az áramhordozók - elektronok és ionok - nem ionizáció hatására keletkeznek, hanem csak a környezetből származhatnak.

Rizs. 1. A gázok elektromos kisülésének szakaszaira jellemző volt-amper jellemzők

A görbe első szakasza ívkisülés (terület 1) - alacsony feszültségcsökkenés az elektródáknál és nagy áramsűrűség. Az áram növekedésével az ívrés feszültsége először meredeken csökken, majd jelentéktelenül változik.

A második szakasz (terület 2 ) görbét, amely egy izzó kisülés régiója, nagy feszültségcsökkenés jellemzi a katódon (250 - 300 V) és alacsony áramok. Az áram növekedésével a feszültségcsökkenés a kisülési résen keresztül növekszik.

Townsend mentesítés (terület 3 ) rendkívül alacsony áramok jellemzik nagy feszültségeken.

Elektromos ív magas hőmérséklet kíséri és ehhez a hőmérséklethez kapcsolódik. Ezért az ív nemcsak elektromos jelenség, hanem termikus is.

Normál körülmények között a levegő jó szigetelő. Tehát az 1 cm -es légrés lebontásához legalább 30 kV feszültséget kell alkalmazni. Annak érdekében, hogy a légrés vezetővé váljon, szükség van egy bizonyos koncentrációjú töltött részecskék létrehozására: negatív - főleg szabad elektronok és pozitív - ionok. Azt a folyamatot nevezzük, amikor egy vagy több elektronot elkülönítünk egy semleges részecskéből, szabad elektronokat és ionokat képezve ionizálás.

Gáz ionizáció fény, röntgensugarak, magas hőmérséklet hatására, elektromos mező és számos más tényező hatására fordulhat elő. Az elektromos készülékek ívfolyamatai esetében a legfontosabbak az alábbiak: az elektródáknál lejátszódó folyamatok - termikus és mezei emisszió, valamint az ívrésben előforduló folyamatok - termikus ionizáció és impulzusionizáció.

Az elektromos kapcsolóberendezésekben, amelyeket áramkör zárására és megnyitására terveztek, lekapcsoláskor kisülés következik be a gázban izzó kisülés vagy ív formájában. Izzó kisülés akkor következik be, ha a lekapcsolási áram 0,1 A alatt van, és az érintkezők feszültsége eléri a 250-300 V. Az ilyen kisülés vagy kis teljesítményű relék érintkezőinél, vagy átmeneti fázisként történik elektromos ív alakja.

Az ívkisülés fő tulajdonságai.

1) Az ívkisülés csak nagy áramoknál megy végbe; a fémek minimális ívárama körülbelül 0,5 A;

2) Az ív középső részének hőmérséklete nagyon magas, és az eszközökben elérheti a 6000 - 18000 K -t;

3) Az áram sűrűsége a katódon rendkívül magas és eléri a 10 2 - 10 3 A / mm 2 értéket;

4) A feszültségcsökkenés a katódon csak 10 - 20 V, és gyakorlatilag független az áramtól.

Egy ívkisülésnél három jellegzetes régió különböztethető meg: a katód közeli régió, az ívoszlop régiója (ívszár) és a közeli anód régió (2. ábra).

Ezen területek mindegyikén az ionizációs és ioncserélési folyamatok eltérő módon zajlanak, az ott fennálló körülményektől függően. Mivel az ebből eredő áram áthalad ezen a három területen, mindegyikben folyamatok zajlanak, amelyek biztosítják a szükséges töltésmennyiség megjelenését.

Rizs. 2. Feszültség és elektromos térerősség megoszlása ​​álló DC ívben

Termionikus emisszió. A termionikus emisszió az elektronok felmelegített felületről történő kibocsátásának jelensége.

Amikor az érintkezők szétválnak, az érintkezési ellenállás és az áramsűrűség az utolsó érintkezési területen élesen megnő. Ezt a területet olvadáspontra hevítik, és olvadt fémből álló érintkezőhéjat képeznek, amely az érintkezők további leválasztásával megszakad. Itt az érintkezők fémje elpárolog. A negatív elektródán úgynevezett katódfolt (forró terület) keletkezik, amely az ív alapjaként és az elektronsugárzás forrásaként szolgál az érintkezési eltérés első pillanatában. A termionikus emisszió áramsűrűsége függ a hőmérséklettől és az elektróda anyagától. Kicsi, és elegendő lehet egy elektromos ív megjelenéséhez, de nem elegendő az égéséhez.

Autoelektronikus emisszió. Ez a jelenség az elektronok kisugárzása a katódból erős elektromos mező hatására.

Az elektromos áramkör megszakadása változó kondenzátorként ábrázolható. A kapacitás a kezdeti pillanatban egyenlő a végtelennel, majd csökken, amikor az érintkezők eltérnek. Az áramkör ellenállása révén ez a kondenzátor feltöltődik, és a rajta lévő feszültség fokozatosan növekszik nulláról a hálózati feszültségre. Ugyanakkor az érintkezők közötti távolság nő. A feszültségnövekedés során az érintkezők közötti térerősség áthalad a 100 MV / cm -t meghaladó értékeken. Az elektromos térerősség ilyen értékei elegendőek ahhoz, hogy elektronokat húzzanak ki a hideg katódból.

A mezei emissziós áram szintén nagyon kicsi, és csak az ívkisülés kialakulásának kezdetéül szolgálhat.

Így az ívkisülés előfordulása a szétágazó érintkezőkön a termionikus és a térbeli emisszió jelenlétével magyarázható. Az egyik vagy másik tényező elterjedtsége a kikapcsolandó áram értékétől, az érintkező felület anyagától és tisztaságától, azok eltérésének mértékétől és számos más tényezőtől függ.

Ionizálás nyomással. Ha egy szabad elektron elegendő sebességgel rendelkezik, akkor amikor ütközik egy semleges részecskével (atom, és néha egy molekula), akkor kiüthet belőle egy elektronot. Az eredmény egy új szabad elektron és egy pozitív ion. Az újonnan kapott elektron viszont ionizálhatja a következő részecskét. Ezt az ionizációt push ionizációnak nevezik.

Ahhoz, hogy az elektron ionizálja a gázrészecskét, bizonyos meghatározott sebességgel kell mozognia. Az elektron sebessége a szabad útvonal hossza közötti potenciálkülönbségtől függ. Ezért általában nem az elektron sebességét jelzik, hanem a potenciális különbség minimális értékét, amelyet meg kell adni a szabad út hosszában, hogy az elektron elérje a kívánt sebességet az út végére. Ezt a potenciális különbséget ún ionizációs potenciál.

A gázok ionizációs potenciálja 13 - 16 V (nitrogén, oxigén, hidrogén) és legfeljebb 24,5 V (hélium), a fémgőzök esetében körülbelül kétszer alacsonyabb (7,7 V rézgőz esetén).

Termikus ionizáció. Ez az ionizációs folyamat magas hőmérsékletnek kitéve. Az ív fenntartása a kezdeményezése után, azaz a keletkezett ívkisülés biztosítását elegendő számú szabad töltéssel magyarázza a fő és gyakorlatilag az egyetlen ionizációs típus - a termikus ionizáció.

Az ívoszlop hőmérséklete átlagosan 6000 - 10000 K, de elérheti a még magasabb értékeket is - akár 18000 K. Ezen a hőmérsékleten a gyorsan mozgó gázrészecskék száma és a mozgás sebessége is jelentősen megnő. Amikor gyorsan mozgó atomok vagy molekulák ütköznek, a legtöbbjük megsemmisül, és töltött részecskéket képez, azaz gázionizáció lép fel. A termikus ionizáció fő jellemzője az ionizáció mértéke, amely az ívrésben lévő ionizált atomok számának és a rés összes atomjának aránya. Az ívben lévő ionizációs folyamatokkal egyidejűleg fordított folyamatok is előfordulnak, vagyis a töltött részecskék újraegyesítése és semleges részecskék képződése. Ezeket a folyamatokat ún ionizáció.

A deionizáció elsősorban annak köszönhető rekombinációkés diffúzió.

Rekombináció. Rekombinációnak nevezik azt a folyamatot, amelynek során a különböző töltésű részecskék kölcsönös érintkezésbe kerülve semleges részecskéket képeznek.

Elektromos ívben a negatív részecskék főként elektronok. Az elektronok közvetlen kapcsolata pozitív ionnal nem valószínű a nagy sebességkülönbség miatt. Általában a rekombináció egy semleges részecskével történik, amelyet egy elektron tölt fel. Amikor ez a negatív töltésű részecske pozitív ionnal ütközik, egy vagy két semleges részecske keletkezik.

Diffúzió. A töltött részecskék diffúziója az a folyamat, amikor a töltött részecskéket eltávolítják az ívrésből a környező térbe, ami csökkenti az ív vezetőképességét.

A diffúziót mind elektromos, mind termikus tényezők okozzák. Az ívoszlop töltéseinek sűrűsége a perifériától a középpontig növekszik. Ennek fényében elektromos mező jön létre, amely arra kényszeríti az ionokat, hogy a középpontból a perifériára mozogjanak, és elhagyják az ívrégiót. Az ívoszlop és a környező tér közötti hőmérsékletkülönbség ugyanabban az irányban hat. Stabilizált és szabadon égő ívben a diffúzió elhanyagolható szerepet játszik.

A helyhez kötött ív feszültségcsökkenése egyenetlenül oszlik el az ív mentén. Feszültségcsökkenési minta U D és elektromos térerősség (hosszirányú feszültséggradiens) E D = dU / dx az ív mentén látható az ábrán (2. ábra). Stressz gradiens alatt E D a feszültségcsökkenés egységnyi ívhosszonként. Amint az ábrán látható, a jellemzők menete U D és E D az elektróda közeli régiókban élesen eltér az ív többi részének jellemzőitől. Az elektródák közelében, a katód közeli és az anód közeli régiókban, körülbelül 10-4 cm hosszúságú intervallumban éles feszültségcsökkenés, ún. katódos Ués anód U a. Ennek a feszültségcsökkenésnek az értéke függ az elektródák anyagától és a környező gáztól. A közeli anód és a katód közeli feszültségesések összértéke 15 - 30 V, a feszültséggradiens eléri a 10 5 - 10 6 V / cm értéket.

Az ív többi részében, amelyet ívoszlopnak neveznek, a feszültségesés U D szinte egyenesen arányos az ív hosszával. A gradiens itt megközelítőleg állandó a törzs mentén. Ez sok tényezőtől függ, és széles skálán mozoghat, elérheti a 100-200 V / cm -t.

Elektróda közeli feszültségesés U E nem függ az ív hosszától, az ívoszlop feszültségcsökkenése arányos az ív hosszával. Így a feszültségcsökkenés az ívrésen keresztül

U D = U E + E D l D,

ahol: E D az ívoszlopban lévő elektromos mező erőssége;

l D az ív hossza; U E = U+ U a.

Összefoglalva, még egyszer meg kell jegyeznünk, hogy az ívkisülési szakaszban a termikus ionizáció dominál - az atomok elektronokra és pozitív ionokra történő felosztása a termikus mező energiája miatt. Izzáskor ütközési ionizáció lép fel a katódon az elektromos mező által felgyorsított elektronokkal való ütközések miatt, és Townsend kisülésnél az ütközési ionizáció érvényesül a gázkisülés teljes résén.

Statikus áram-feszültség jellemzője az elektromos

DC ív.

Az ív legfontosabb jellemzője, hogy a rajta lévő feszültség függ az áram nagyságától. Ezt a jellemzőt volt-ampernek nevezik. Az áram növekedésével én az ív hőmérséklete nő, a hőionizáció növekszik, az ionizált részecskék száma a kisülésben nő, és az ív elektromos ellenállása csökken r stb.

Az ívfeszültség az ir Az áram növekedésével az ívellenállás olyan meredeken csökken, hogy az ív keresztüli feszültsége csökken, annak ellenére, hogy az áramkör megnövekszik. Egyensúlyi állapotban az áram minden értéke megfelel a töltött részecskék számának saját dinamikus egyensúlyának.

Amikor az egyik áramértékről a másikra megy, az ív termikus állapota nem változik azonnal. Az ívrésnek van termikus tehetetlenség... Ha az áram idővel lassan változik, akkor a kisülés hőtehetetlensége nincs hatással. Minden áramérték az ívellenállás vagy a rajta lévő feszültség egyedi értékének felel meg.

Az ívfeszültség függését az áramtól lassú változással nevezzük statikus áram-feszültség karakterisztikaívek.

Az ív statikus jellemzője függ az elektródák közötti távolságtól (ívhossz), az elektródák anyagától és a közeg paramétereitől, amelyben az ív ég.

Az ív statikus volt-amper karakterisztikája az ábrán látható görbéknek felel meg. 3.

Rizs. 3. Az ív statikus áram-feszültség jellemzői

Minél hosszabb az ívhossz, annál nagyobb a statikus volt-amper karakterisztikája. A közeg nyomásának növekedésével, amelyben az ív ég, a feszültség is nő E D és a volt-amper karakterisztika az ábrához hasonlóan emelkedik. 3.

Az ívhűtés jelentősen befolyásolja ezt a jellemzőt. Minél intenzívebben hűtik az ívet, annál több energiát vonnak el belőle. Ebben az esetben az ív által kibocsátott teljesítménynek növekednie kell. Adott áramnál ez az ívfeszültség növelésével lehetséges. Így a hűtés növekedésével az áram-feszültség karakterisztikája magasabb. Ezt széles körben használják ívoltó készülékekben.

Dinamikus áram-feszültség jellemzője az elektromos

DC ív.

Ha az áramkörben az áram lassan változik, akkor az áram én 1 az ívellenállásnak felel meg r D1, nagy áram én 2 kisebb ellenállásnak felel meg rÁbrán látható D2. 4. (lásd az ívgörbe statikus jellemzőit A).

Rizs. 4. Az ív dinamikus volt-amper jellemzője.

Valódi telepítéseknél az áram meglehetősen gyorsan változhat. Az ívoszlop hőtehetetlensége miatt az ívellenállás változása elmarad az áramváltozástól.

Az ívfeszültség függését az áramtól gyors változással nevezzük dinamikus áram-feszültség karakterisztika.

Az áram hirtelen növekedésével a dinamikus karakterisztika meghaladja a statikus értéket (görbe) V), mivel az áram gyors növekedésével az ívellenállás lassabban esik, mint az áram. Csökkenéssel alacsonyabb, mivel ebben az üzemmódban az ívellenállás kisebb, mint az áram lassú változásakor (görbe) VAL VEL).

A dinamikus választ nagymértékben meghatározza az ívben lévő áram változásának sebessége. Ha nagyon nagy ellenállást vezetnek be az áramkörbe végtelenül kicsi ideig az ív termikus időállandójához képest, akkor az áram nullára csökkenése alatt az ívellenállás állandó marad. Ebben az esetben a dinamikus karakterisztikát a pontból átmenő egyenesként ábrázolják 2 az eredethez (egyenes D), T. Vagyis az ív úgy viselkedik, mint egy fémvezető, mivel az ív feszültsége arányos az árammal.

DC ívű oltási feltételek.

Az egyenáramú elektromos ív kioltásához olyan feltételeket kell teremteni, hogy az ívrésben minden áramértéknél az ionizációs folyamatok intenzívebben haladjanak, mint az ionizációs folyamatok.

Rizs. 5. Feszültségek egyensúlya elektromos ívű áramkörben.

Vegyünk egy elektromos áramkört, amely ellenállást tartalmaz R, induktivitás Lés ívrés feszültségcsökkenéssel U D amelyre feszültséget alkalmaznak U(5. ábra, a). Állandó hosszúságú ív esetén az áramkör feszültségkiegyenlítési egyenlete minden pillanatban érvényes lesz:

hol van a feszültségcsökkenés az induktivitáson, amikor az áram változik.

Az álló mód olyan lesz, amelyben az áramkörben az áram nem változik, azaz és a feszültségmérleg egyenlete a következő formában jelenik meg:

Az elektromos ív eloltásához szükséges, hogy a benne lévő áram folyamatosan csökkenjen, azaz , a

A feszültségmérleg egyenletének grafikus megoldását az 1. ábra mutatja. 5, b... Itt egy egyenes 1 a forrásfeszültség U; ferde vonal 2 - feszültségcsökkenés az ellenálláson keresztül R(az áramkör reosztát jellemzője) levonva a feszültségből U, azaz U - iR; ív 3 - az ívrés áram-feszültség jellemzője U D.

A váltakozó áramú elektromos ív jellemzői.

Ha az egyenáramú ív kioltásához olyan körülményeket kell teremteni, amelyek mellett az áram nullára csökken, akkor váltakozó árammal az ívben lévő áram, függetlenül az ívrés ionizációjának mértékétől, minden nulla fél időszak, azaz minden félciklusban az ív kialszik és újra meggyullad. Az ív oltásának feladatát nagyban megkönnyíti. Itt olyan feltételeket kell teremteni, amelyek mellett az áram a nullán való áthaladás után nem térne vissza.

A váltakozó áramú ív áramerősségi jellemzői egy periódusra az ábrán láthatók. 6. Mivel 50 Hz -es ipari frekvencián is az íváram meglehetősen gyorsan változik, a bemutatott jellemző dinamikus. Szinuszos áram esetén az ívfeszültség először a szakaszban nő 1, majd az áramlat növekedése miatt a szakaszba esik 2 (telek 1 és 2 a félidő első felére vonatkozik). Miután az áram áthalad a maximumon, a dinamikus I - V karakterisztika a görbe mentén növekszik 3 az áram csökkenése miatt, majd csökken a szakaszban 4 a nullához közeledő feszültség miatt (szakaszok 3 és 4 ugyanazon félidő második felére vonatkozik).

Rizs. 6. A váltakozó áramú ív feszültség-áram jellemzője

Váltóáram esetén az ívhőmérséklet változó. A gáz termikus tehetetlensége azonban meglehetősen jelentősnek bizonyul, és mire az áram átlépi a nullát, az ívhőmérséklet, bár csökken, meglehetősen magas marad. Mindazonáltal a hőmérséklet csökkenése a jelenlegi nulla kereszteződés során hozzájárul a rés ionizációjához és megkönnyíti a váltakozó áramú elektromos ív kioltását.

Elektromos ív mágneses térben.

Az elektromos ív gázhalmazállapotú áramvezető. Egy mágneses mező hat erre a vezetőre, valamint egy fémre is, ami a tér indukciójával és az ívben lévő árammal arányos erőt hoz létre. Az ívre ható mágneses mező megnöveli annak hosszát és mozgatja az ív elemeit a térben. Az ívelemek oldalirányú mozgása intenzív hűtést eredményez, ami az ívoszlop feszültséggradiensének növekedéséhez vezet. Amikor az ív nagy sebességgel mozog egy gázközegben, az ív külön párhuzamos szálakra oszlik. Minél hosszabb az ív, annál inkább bekövetkezik az ív leválasztása.

Az ív rendkívül rugalmas vezető. Ismeretes, hogy olyan erők hatnak az áramvezető részre, amelyek hajlamosak növelni az áramkör elektromágneses energiáját. Mivel az energia arányos az induktivitással, az ív saját mező hatására hajlamos fordulatokat, hurkokat képezni, mivel ez növeli az áramkör induktivitását. Az ívnek ez a képessége annál erősebb, minél hosszabb a hossza.

A levegőben mozgó ív legyőzi a levegő aerodinamikai ellenállását, amely függ az ív átmérőjétől, az elektródák közötti távolságtól, a gáz sűrűségétől és a mozgás sebességétől. A tapasztalatok azt mutatják, hogy minden esetben egyenletes mágneses térben az ív állandó sebességgel mozog. Következésképpen az elektrodinamikai erőt kiegyensúlyozza az aerodinamikai ellenállási erő.

A hatékony hűtés érdekében az ívet mágneses tér húzza egy keskeny (az ívátmérő nagyobb, mint a rés szélessége) résbe a falak közötti, íválló anyagból, nagy hővezető képességgel. A rés falai felé történő hőátadás növekedése miatt az ívoszlop feszültséggradiense keskeny rés jelenlétében sokkal magasabb, mint az elektródák között szabadon mozgó ívé. Ez lehetővé teszi a leállításhoz szükséges leállítás időtartamának és idejének csökkentését.

Módszerek az elektromos ív befolyásolására a kapcsolóberendezésekben.

A készülékben fellépő ív pólusára gyakorolt ​​ütközés célja, hogy az elektromos elektromos ellenállást a végtelenig növelje, amikor a kapcsoló szerv szigetelő állapotba kerül. Ezt szinte mindig az ívoszlop intenzív hűtésével, annak hőmérsékletének és hőtartalmának csökkentésével érik el, aminek következtében csökken az ionizáció mértéke, valamint az elektromos és ionizált részecskék hordozóinak száma, és nő a plazma elektromos ellenállása.

Az elektromos ív sikeres eloltásához kisfeszültségű kapcsolóberendezésekben a következő feltételeknek kell teljesülniük:

1) növelje az ív hosszát annak nyújtásával vagy a megszakítók számának növelésével a megszakító pólusán;

2) mozgassa az ívet az ívoltó rács fémlemezére, amelyek mind radiátorok, amelyek elnyelik az ívoszlop hőenergiáját, és sorba kötött ívsorokra bontják;

3) mozgassa az ívoszlopot mágneses térrel egy íválló, nagy hővezető képességű szigetelőanyagból készült réskamrába, ahol az ív intenzíven lehűl, és érintkezik a falakkal;

4) ív kialakítása zárt csőben gázképző anyagból - szálból; a hőmérséklet hatására kibocsátott gázok nagy nyomást hoznak létre, ami hozzájárul az ív eloltásához;

5) a fémgőzök koncentrációjának csökkentése az ívben, amelyhez a berendezés tervezési szakaszában megfelelő anyagokat használnak;

6) az ív kioltása vákuumban; nagyon alacsony gáznyomás esetén nincs elegendő gázatom ahhoz, hogy ionizálja őket és fenntartsa az áramot az ívben; az ívoszlop csatorna elektromos ellenállása nagyon magas lesz, és az ív kialszik;

7) szinkron módon nyissa ki az érintkezőket a váltakozó áram nullán keresztüli átmenete előtt, ami jelentősen csökkenti a hőenergia felszabadulását a kialakult ívben, azaz segít az ív eloltásában;

8) tisztán aktív ellenállások alkalmazása az ív tolatására és az oltás feltételeinek megkönnyítése;

9) használjon félvezető elemeket, amelyek tolatják az érintkezési rést, és magukra kapcsolják az íváramot, ami gyakorlatilag kizárja az ív kialakulását az érintkezőkön.

) nagy árammal, alacsony feszültséggel, magas hőmérséklettel. Ez a jelenség elektromos és termikus is.

Nyitáskor két érintkező között előfordulhat.

Térjünk rá az I -V diagramra:

Ebben a grafikonban az áram függ a feszültségtől, kissé skálán kívül, de így világosabb. Ez azt jelenti, hogy három terület van:

• az első területen nagy feszültségcsökkenés van a katódon és alacsony áramok - ez egy izzó kisülés területe
• a második régióban a feszültségcsökkenés meredeken csökken, és az áram tovább növekszik - ez az átmeneti tartomány az izzás és az ívkisülés között
• a harmadik terület az ívkisülést jellemzi - alacsony feszültségcsökkenés és nagy áramsűrűség, tehát magas hőmérséklet.

Az ívmechanizmus a következő lehet: az érintkezők kinyílnak, és kisülés történik közöttük. A nyitás során az érintkezők közötti levegő ionizálódik, elnyeri a vezető tulajdonságait, majd ív keletkezik. Az ívgyújtás a légrés ionizációs folyamata, az ív kioltása a légrés ionizációjának jelensége.

Ionizációs és ionizációs jelenségek

Az ívégetés kezdetén az ionizációs folyamatok uralkodnak, amikor az ív stabil, akkor az ionizációs és ionizációs folyamatok ugyanolyan gyakran fordulnak elő, amint az ionizációs folyamatok uralkodni kezdenek az ionizációs folyamatokkal szemben, az ív kialszik.

ionizálás:

• termikus emisszió- az elektronok leválnak a katódfolt forró felületéről;
• autoelektronikus emisszió- az elektronok kilökődnek a felületről az elektromos mező nagy szilárdsága miatt.
• push ionizáció- egy elektron elegendő sebességgel kirepül, és útközben ütközik egy semleges részecskével, ennek eredményeként elektron és ion keletkezik.
• termikus ionizáció- az ionizáció fő típusa, meggyújtása után fenntartja az ívet. Az ívhőmérséklet elérheti a Kelvin ezreit, és ilyen környezetben a részecskék száma és sebessége nő, ami hozzájárul az aktív ionizációs folyamatokhoz.

ionizáció:

• rekombináció- a kölcsönhatásban ellentétes töltésű semleges részecskék képződése
• diffúzió- a pozitív töltésű részecskék „a fedélzetre” kerülnek az ív elektromos mezőjének hatására a közepétől a határig

Vannak helyzetek, amikor az érintkezők kinyitásakor az ív nem gyullad ki, akkor szikrátlan törésről beszélnek. Ez lehetséges alacsony áram- és feszültségértékek esetén, vagy akkor, amikor lekapcsolják, amikor az áramérték nulla.

DC ív tulajdonságai

Az ív állandó áramfeszültség mellett és váltakozó feszültség mellett is előfordulhat. Kezdjük egy állandóval:

Anódos és katódos régiók- méret = 10 -4 cm; teljes feszültségesés = 15-30V; feszültség = 10 5 -10 6 V / cm; a katód régióban az ütközési ionizáció folyamata nagy intenzitás miatt következik be, az ionizáció eredményeként képződött elektronok és ionok ívplazmát alkotnak, amelynek nagy a vezetőképessége, ez a régió felelős az ív meggyulladásáért.

Íves hordó- a feszültségesés arányos az ív hosszával; 10 kA / cm 2 nagyságú áramsűrűség, ami miatt a hőmérséklet 6000K nagyságrendű és magasabb. Az ív ezen területén hőionizációs folyamatok zajlanak, ez a terület felelős az égés fenntartásáért.

Egyenáramú ívkisülési áram-feszültség jellemző

Ez a görbe a legfelső ábra 3. görbéjének felel meg. Van:

• Uz - gyújtási feszültség
• Ug - kioltó feszültség

Ha az áramerősség azonnal csökken Io -ról 0 -ra, akkor egy egyenest kap, amely alul található. Ezek a görbék jellemzik az ívrést vezetőként, megmutatva, hogy mekkora feszültséget kell alkalmazni, hogy ív jöjjön létre a résen.

Az egyenáramú ív kioltásához szükséges, hogy az ionizációs folyamatok érvényesüljenek az ionizációs folyamatokkal szemben.

Ív ellenállás:

• az ív I - V karakterisztikájából határozható meg
• aktív, függetlenül az áram típusától
• változó
• az áram növekedésével csökken

Ha megszakítja az ampermérő áramkört terhelés alatt, akkor ív is látható.

AC ív tulajdonságai

A váltóáramú ív jellemzője, hogy időben viselkedik. Ha megnézi az alábbi grafikont, láthatja, hogy az ív minden félperióduson áthalad a nullán.

Látható, hogy az áram körülbelül 90 fokkal elmarad a feszültségtől. Először egy áram jelenik meg, és a feszültség élesen emelkedik a gyújtási értékre (Uz). Továbbá az áram tovább emelkedik, és a feszültségesés csökken. A maximális csúcsáram értékénél az ívfeszültség értéke minimális. Ezenkívül az áram nullára hajlik, és a feszültségcsökkenés ismét a csillapítási értékre (Ug) nő, ami megfelel annak a pillanatnak, amikor az áram nullán áthalad. Ezután minden újra megismétlődik. Az időjellemzőtől balra található az áram-feszültség karakterisztika.

A változó ív különlegessége a gyújtás és a félperces kialvás mellett az, hogy az áram hogyan keresztezi a nullát. Ez nem szinuszos alakban fordul elő, hanem hirtelen. Áramtalan szünet jön létre, amely során az ismert ioncserélési folyamatok játszódnak le. Vagyis az ívrés ellenállása nő. És minél jobban nő az ellenállás, annál nehezebb lesz az ív visszagyulladni.

Ha az ív elég hosszú ideig ég, akkor nemcsak az érintkezők, hanem maga az elektromos berendezés is megsemmisül. Az ív eloltásának feltételeit a tervezési szakaszban határozták meg; folyamatosan új módszereket vezetnek be e káros jelenség elleni küzdelemben a kapcsolóberendezésekben.

Maga az ív jelensége nem hasznos az elektromos berendezéseknél, mivel az érintkezők működési tulajdonságainak romlásához vezet: kiégés, korrózió, mechanikai sérülések.

De nem minden olyan szomorú, mert a fényes elmék hasznos alkalmazásokat találtak az ívkisülésre - ívhegesztés, kohászat, világítástechnika, higany egyenirányítók.

Legfrissebb cikkek

Legnepszerubb

Az elektromos ív rendkívül káros lehet a berendezésekre, és ami még fontosabb, veszélyes lehet az emberekre. Riasztóan sok baleset történik évente, amelyek gyakran súlyos égési sérüléseket vagy halált okoznak. Szerencsére az elektromos iparban jelentős előrelépés történt az ívvédelmi eszközök és módszerek tekintetében.

Előfordulási okok és helyek

Az elektromos ív az egyik leghalálosabb és legkevésbé tanulmányozott elektromos veszély, és a legtöbb iparágban elterjedt. Széles körben elfogadott, hogy minél nagyobb egy elektromos rendszer feszültsége, annál nagyobb a veszély az áram alatt lévő vezetékeken és berendezéseken dolgozó emberekre.

Az ívvillanásból származó hőenergia azonban valójában magasabb lehet, és gyakrabban fordulhat elő alacsonyabb feszültségeken, ugyanazokkal a pusztító következményekkel.

Az elektromos ív általában akkor fordul elő, ha véletlenül érintkezésbe kerül egy feszültség alatt álló vezető, például trolibusz vagy villamospálya felső vezetéke egy másik vezetővel, vagy földelt felülettel.

Amikor ez megtörténik, a keletkező rövidzárlati áram megolvasztja a vezetékeket, ionizálja a levegőt, és jellegzetes, ívelt alakú tüzes, vezető plazmacsatornát hoz létre (innen a név), és a magjában lévő elektromos ív hőmérséklete meghaladhatja a 20 000 ° -ot C.

Mi az elektromos ív?

Valójában így hívják a mindennapi életben a fizikában és az elektrotechnikában jól ismert ívkisülést - egyfajta független elektromos kisülést a gázban. Melyek az elektromos ív fizikai tulajdonságai? A gáznyomás széles tartományában ég, állandó vagy váltakozó (1000 Hz -ig) feszültséggel az elektródák között a több voltos (hegesztőív) és több tíz kilovolt közötti tartományban. A maximális íváram -sűrűséget a katódnál figyeljük meg (10 2 -10 8 A / cm 2), ahol egy nagyon világos és kicsi katódfoltba húzódik. Véletlenszerűen és folyamatosan mozog az elektróda teljes területén. Hőmérséklete olyan, hogy a katód anyaga forrni kezd benne. Ezért ideális körülmények adódnak az elektronok termikus sugárzásához a katódtérbe. Fölötte egy kis réteg képződik, amely pozitív töltéssel rendelkezik, és biztosítja a kibocsátott elektronok gyorsulását olyan sebességre, amellyel ütközésig ionizálják a közeg atomjait és molekuláit az interektróda résben.

Ugyanez a pont, de valamivel nagyobb és kevésbé mobil, az anódon is kialakul. A hőmérséklet közel van a katódfolthoz.

Ha az íváram több tíz amper nagyságrendű, akkor mindkét elektródából plazma fúvókák vagy fáklyák áramlanak a normál sebességgel a felületükhöz (lásd az alábbi fotót).

Nagy áramoknál (100-300 A) további plazmasugarak jelennek meg, és az ív hasonlóvá válik egy plazma szálak kötegéhez (lásd az alábbi fotót).

Hogyan nyilvánul meg az ív az elektromos berendezésekben

Amint fentebb említettük, katalizátora annak előfordulásához erős hőleadás a katódfoltban. Az elektromos ív hőmérséklete, mint már említettük, elérheti a 20 000 ° C -ot, körülbelül négyszer magasabb, mint a nap felszínén. Ez a hő gyorsan megolvaszthatja vagy akár elpárologtathatja a vezetők rézét, amelynek olvadáspontja 1084 ° C körül van, sokkal alacsonyabb, mint egy ívben. Ezért gyakran rézgőzök és olvadt fémcseppek képződnek benne. Amikor a réz szilárd anyagból gőzré válik, az eredeti térfogat tízezerszeresére tágul. Ez egyenértékű azzal, hogy egy köbcentiméteres rézdarab másodperc törtrésze alatt 0,1 köbméterre változik. Ez nagy intenzitású nyomást és hanghullámokat hoz létre, amelyek nagy sebességgel terjednek (ami több mint 1100 km / óra lehet).

Elektromos ívütés

Súlyos sérülések, sőt halálesetek is előfordulhatnak, amikor nemcsak az elektromos berendezéseken dolgozó személyek, hanem a közelben lévő emberek is szenvedhetnek. Az ívsérülések közé tartozhatnak a külső bőr égési sérülései, a belső égési sérülések a forró gázok és elpárologtatott fémek belélegzéséből, halláskárosodás, látáskárosodás, például a vakutól származó ultraibolya fény vaksága és sok más károsító sérülés.

Egy különösen erős ív robbanást is okozhat, ami több mint 100 kilopascal (kPa) nyomást eredményez, és törmeléket, mint repeszeket bocsát ki, akár 300 méter / másodperc sebességgel.

Az elektromos íváramnak kitett személyek komoly kezelést és rehabilitációt igényelhetnek, és sérüléseik költségei extrémek lehetnek - fizikailag, érzelmileg és anyagilag. Bár a jogszabályok előírják a vállalkozások számára, hogy kockázatértékelést végezzenek minden típusú munkára, az ívsérülés kockázatát gyakran figyelmen kívül hagyják, mert a legtöbb ember nem tudja, hogyan kell ezt a veszélyt felmérni és hatékonyan kezelni. Az elektromos ív hatásai elleni védelem számos eszköz használatát foglalja magában, beleértve a speciális elektromos védőfelszerelések, overallok és magának a berendezésnek a használatát, különösen a nagyfeszültségű elektromos kapcsolóberendezéseket. ívoltó eszköz, ha feszültség alatt álló elektromos berendezéssel dolgozik.

Ív az elektromos készülékekben

Az elektromos eszközök ezen osztályában (megszakítók, kontaktorok, mágneses indítók) különösen fontos a jelenség elleni küzdelem. Amikor egy olyan kapcsoló érintkezői, amelyek nincsenek felszerelve speciális ívgátló eszközökkel, kinyílnak, akkor biztosan meggyullad közöttük.

Abban a pillanatban, amikor az érintkezők elválnak, az utóbbiak területe gyorsan csökken, ami az áram sűrűségének növekedéséhez és ennek következtében a hőmérséklet növekedéséhez vezet. Az érintkezők (normál olaj vagy levegő) között keletkező hő elegendő a levegő ionizálásához vagy az olaj elpárologtatásához és ionizálásához. Az ionizált levegő vagy gőz az érintkezők közötti íváram vezetőjeként működik. A potenciális különbség köztük nagyon kicsi, de elegendő az ív fenntartásához. Következésképpen az áramkör az áramkör folyamatos marad, amíg az ív el nem távolodik. Ez nemcsak késlelteti az aktuális megszakítási folyamatot, hanem hatalmas mennyiségű hőt termel, ami károsíthatja magát a megszakítót. Így a kapcsoló (főleg nagyfeszültségű) kapcsolójának fő problémája az elektromos ív lehető legrövidebb idő alatt történő eloltása, hogy a benne felszabaduló hő ne érhessen el veszélyes értéket.

Ív karbantartási tényezők a megszakító érintkezői között

Ezek tartalmazzák:

2. Ionizált részecskék között.

Figyelembe véve ezenkívül a következőket:

• Ha egy kis rés van az érintkezők között, még egy kis potenciálkülönbség is elegendő az ív fenntartásához. Az oltás egyik módja az érintkezők olyan távolságra történő elkülönítése, hogy a potenciálkülönbség elégtelenné válik az ív fenntartásához. Ez a módszer azonban gyakorlatilag nem valósítható meg nagyfeszültségű berendezésekben, ahol sok méter elválasztására lehet szükség.
• Az érintkezők közötti ionizált részecskék hajlamosak ív fenntartására. Ha az útvonalat ionmentesítik, akkor a kioltási folyamat megkönnyül. Ezt az ív hűtésével vagy az ionizált részecskék eltávolításával érhetjük el az érintkezők közötti térből.
• Az ívvédelemnek két módja van a megszakítókban:

Nagy ellenállású módszer;

Zéróáramú módszer.

Az ív kioltása az ellenállás növelésével

Ennél a módszernél az ívpálya mentén az ellenállás idővel növekszik, így az áram a fenntartásához elégtelen értékre csökken. Ennek következtében megszakad, és az elektromos ív kialszik. Ennek a módszernek a fő hátránya, hogy az oltási idő elég hosszú, és hatalmas energiának van ideje eloszlani az ívben.

Az ívállóság növelhető:

• Ívnyúlások - az ív ellenállása egyenesen arányos a hosszával. Az ívhossz növelhető az érintkezési rés megváltoztatásával.
• Az ív, vagy inkább az érintkezők közötti közeg hűtésével. A hatékony robbantásos hűtést az ív mentén kell irányítani.
• Az érintkezőket nehezen ionizálható gázkörnyezetbe (gázkapcsolók) vagy vákuumkamrába (vákuumkapcsolók) helyezve.
• Az ív keresztmetszetének csökkentése keskeny nyíláson való átvezetéssel vagy az érintkezési terület csökkentésével.
• Az ív felosztása - Ellenállása növelhető, ha sorba kapcsolt kis ívek sorozatára osztjuk. Mindegyikük megtapasztalja a megnyúlás és a hűtés hatását. Az ív feldarabolható, ha néhány vezető lemezt helyezünk az érintkezők közé.

Ívoltás nulla áramú módszerrel

Ezt a módszert csak váltakozó áramú áramköröknél használják. Ebben az ívellenállást alacsonyan tartják, amíg az áram nullára nem csökken, ahol természetesen kialszik. Újragyulladása megakadályozható az érintkezők feszültségének növekedése ellenére. Minden modern nagyfeszültségű megszakító ezt az ívoltási módszert használja.

Váltóáramú rendszerben az utóbbi minden ciklus után nullára csökken. Minden újraindításkor az ív rövid időre kialszik. Ebben az esetben az érintkezők közötti közeg ionokat és elektronokat tartalmaz, így dielektromos szilárdsága alacsony, és könnyen elpusztítható az érintkezőkön növekvő feszültség hatására.

Ha ez megtörténik, az elektromos ív az áram következő félciklusában ég. Ha közvetlenül a nullázás után az érintkezők közötti közeg dielektromos szilárdsága gyorsabban nő, mint a rajtuk lévő feszültség, akkor az ív nem gyullad meg, és az áram megszakad. A közeg dielektromos szilárdságának gyors növekedése a nulla áram közelében a következőképpen érhető el:

• az érintkezők közötti térben lévő ionizált részecskék rekombinációja semleges molekulákká;
• eltávolítani az ionizált részecskéket, és semleges részecskékkel helyettesíteni.

Így az igazi probléma az ív váltakozó áramának megszakításában a közeg gyors ionmentesítése az érintkezők között, amint az áram nullává válik.

Módszerek a közeg ionmentesítésére az érintkezők között

1. A rés megnyúlása: a közeg dielektromos szilárdsága arányos az érintkezők közötti rés hosszával. Így az érintkezők gyors kinyitásával a közeg nagyobb dielektromos szilárdsága érhető el.

2. Nagy nyomás. Ha az ív közvetlen közelében van, akkor nő, nő az ívkisülési csatornát alkotó részecskék sűrűsége is. A részecskék megnövekedett sűrűsége nagyfokú ionmentesítésükhöz vezet, és ennek következtében a közeg dielektromos szilárdsága nő az érintkezők között.

3. Hűtés. Az ionizált részecskék természetes rekombinációja gyorsabban megy végbe, amikor lehűlnek. Így az érintkezők közötti közeg dielektromos szilárdsága növelhető az ív hűtésével.

4. Robbanáshatás. Ha az érintkezők közötti ionizált részecskéket elsöpri és nem ionizált részecskékre cseréli, akkor a közeg dielektromos szilárdsága növelhető. Ezt a kisülési zónába irányított gázrobbanással vagy olaj befecskendezésével érhetjük el.

Ezek a megszakítók kén -hexafluorid (SF6) gázt használnak ívoltó közegként. Erős hajlama van a szabad elektronok felszívására. A kapcsolóérintkezők nagynyomású áramlásban (SF6) nyílnak közöttük (lásd az alábbi ábrát).

A gáz elfogja a szabad elektronokat az ívben, és feleslegben képviseli az alacsony mobilitású negatív ionokat. Az ívben lévő elektronok száma gyorsan csökken, és kialszik.

Az ívégetés fizikai alapja... Az elektromos készülék érintkezőinek kinyitásakor elektromos ív keletkezik a köztük lévő tér ionizációja miatt. Ebben az esetben az érintkezők közötti rés vezetőképes marad, és az áramkör áramlása nem áll le.

Az ionizáláshoz és az íváramláshoz szükséges, hogy az érintkezők közötti feszültség megközelítőleg 15-30 V, az áramkör pedig 80-100 mA legyen.

Amikor az érintkezők közötti teret ionizálják, az azt kitöltő gáz (levegő) atomok töltött részecskékre - elektronokra és pozitív ionokra - bomlanak. A negatív potenciál (katód) alatt az érintkező felületről kibocsátott elektronok áramlása a pozitív töltésű érintkező (anód) felé mozog; a pozitív ionok áramlása a katódra mozog (303. ábra, a).

Az ívben az áram fő hordozói az elektronok, mivel a nagy tömegű pozitív ionok sokkal lassabban mozognak, mint az elektronok, és ezért sokkal kevesebb elektromos töltést hordoznak egységnyi idő alatt. A pozitív ionok azonban nagy szerepet játszanak az ívégetési folyamatban. A katódhoz közeledve erős elektromos mezőt hoznak létre a közelében, amely a fémkatódban lévő elektronokra hat, és kihúzza őket a felületéből. Ezt a jelenséget mezei emissziónak nevezzük (303. ábra, b). Ezenkívül a pozitív ionok folyamatosan bombázzák a katódot, és energiát adnak neki, ami hővé alakul; ebben az esetben a katód hőmérséklete eléri a 3000-5000 ° C-ot.

A hőmérséklet emelkedésével felgyorsul az elektronok mozgása a katód fémében, több energiát nyernek és elkezdenek kilépni a katódból, kirepülve a környezetbe. Ezt a jelenséget ún termikus emisszió... Így az auto- és termionkibocsátás hatására egyre több elektron lép be az elektromos ívbe a katódból.

Ahogy a katódról az anódra lépnek, az elektronok, útközben ütközve semleges gázatomokkal, elektronokra és pozitív ionokra osztják őket (303. ábra, c). Ezt a folyamatot ún ütközési ionizáció... Az ütközési ionizáció eredményeként megjelenő új, úgynevezett másodlagos elektronok az anód felé kezdenek mozogni, és mozgásuk során minden új gázatomot feldarabolnak. A gázionizáció megfontolt folyamata lavinaszerű jellegű, mint ahogy egy hegyről kidobott kő egyre több követ rögzít útközben, és lavinát okoz. Ennek eredményeként a két érintkező közötti rést nagyszámú elektron és pozitív ion tölti ki. Ezt az elektronok és pozitív ionok keverékét nevezik vérplazma. A termikus ionizáció jelentős szerepet játszik a plazma képződésében, ami a hőmérséklet emelkedése következtében következik be, ami a töltött gázrészecskék mozgási sebességének növekedését okozza.

A plazmát alkotó elektronok, ionok és semleges atomok folyamatosan ütköznek egymással és energiát cserélnek; ebben az esetben néhány atom az elektronok hatása alatt gerjesztett állapotba kerül, és fénysugárzás formájában felesleges energiát bocsát ki. Az érintkezők között ható elektromos mező azonban a pozitív ionok nagy részét a katód felé, az elektronok nagy részét pedig az anód felé mozgatja.

Egyenáramú elektromos ívben állandó állapotban a termikus ionizáció a döntő. Váltóáramú ívben, amikor az áram keresztezi a nullát, az ütközési ionizáció jelentős szerepet játszik, az ívégési idő többi részében pedig a termikus ionizáció.

Amikor az ív ég, az ellenkező folyamat egyidejűleg történik az érintkezők közötti rés ionizációjával. A pozitív ionok és elektronok, amelyek kölcsönhatásba lépnek egymással az érintkező térben, vagy ütik a kamra falait, amelyben az ív ég, semleges atomokat képeznek. Ezt a folyamatot rekombinációnak nevezik; amikor az ionizáció leáll rekombináció elektronok és ionok eltűnéséhez vezet az interektród térből - ionizációja következik be. Ha a rekombinációt a kamra falán hajtják végre, akkor azt az energia hő formájában történő felszabadulása kíséri; a rekombináció során az interelektróda térben az energia sugárzás formájában szabadul fel.

Amikor az érintkezők a kamra falaival érintkeznek, az ív lehűl, ami. fokozott ionizációhoz vezet. Az ionizáció annak következménye is, hogy a töltött részecskék a nagyobb koncentrációjú ív központi régióiból a kisebb koncentrációjú perifériás régiókba kerülnek. Ezt a folyamatot ún elektronok és pozitív ionok diffúziója.

Az ívégető zóna hagyományosan három részre oszlik: a katódzónára, az ívhordóra és az anódzónára. A katódzónában intenzív elektronkibocsátás következik be a negatív érintkezőből; a feszültségcsökkenés ebben a zónában körülbelül 10 V.

Az ívtengelyben körülbelül azonos koncentrációjú elektronokat és pozitív ionokat tartalmazó plazma képződik. Ezért minden egyes pillanatban a pozitív plazmaionok teljes töltése kompenzálja elektronjainak összes negatív töltését. A plazmában lévő töltött részecskék nagy koncentrációja és az elektromos töltés hiánya meghatározza az ívcső nagy elektromos vezetőképességét, amely közel van a fémek elektromos vezetőképességéhez. Az ívtengely feszültségcsökkenése megközelítőleg arányos a hosszával. Az anódzónát főként az ívtengelytől a pozitív érintkező felé érkező elektronok töltik meg. A feszültségcsökkenés ezen a területen az íváramtól és a pozitív érintkező méretétől függ. Az ív teljes feszültségcsökkenése 15-30 V.

Az érintkezők között ható feszültségcsökkenés U dg függését az elektromos íven áthaladó I áramról az ív áram-feszültség jellemzőjének nevezzük (304. ábra, a). Az U s feszültséget, amelynél az ív meggyújtható I = 0 áramnál, hívják gyújtási feszültség... A gyújtási feszültség értékét az érintkezők anyaga, a köztük lévő távolság, a hőmérséklet és a környezet határozza meg. Az előfordulás után

elektromos ív, árama a lekapcsolás előtt az érintkezőkön átáramló terhelési áramhoz közeli értékre nő. Ebben az esetben az érintkezési rés ellenállása gyorsabban esik, mint az áram, ami az U dg feszültségcsökkenés csökkenéséhez vezet. Az ívnek megfelelő ívégetési módot hívjuk statikus.

Amikor az áram nullára csökken, a folyamat megfelel a b görbének, és az ív leáll a gyújtási feszültségnél kisebb feszültségcsökkenésnél. Az U g feszültséget, amelynél az ív kialszik, hívják kioltó feszültség. Ez mindig kisebb, mint a gyújtási feszültség az érintkezési hőmérséklet növekedése és az érintkezési rés vezetőképességének növekedése miatt. Minél nagyobb az áramcsökkenés üteme, annál kisebb az ívoltó feszültség az áram megszűnésének pillanatában. A b és c áramfeszültség-jellemzők különböző sebességű áramcsökkenésnek felelnek meg (a c görbe esetén nagyobb, mint a b görbénél), a d egyenes pedig szinte pillanatnyi áramcsökkenésnek felel meg. Az áram-feszültség jellemzőinek ezt a jellegét az magyarázza, hogy az áram gyors változásával az érintkezők közötti ionizációs állapotnak nincs ideje követni az áram változását. A rés ionizálása bizonyos időt vesz igénybe, ezért annak ellenére, hogy az ívben lévő áram csökkent, a rés vezetőképessége változatlan marad, ami nagy áramnak felel meg.

Az áram -feszültség jellemzőit b - d, amelyeket az áram gyors nulla változással kapunk, hívjuk dinamikus... Minden érintkezési résnél, elektródaanyagnál és közegnél van egy statikus ívjellemző és sok dinamikus jellemző az a és d görbék között.

A váltakozó áramú ív égetése során, minden félperiódus során ugyanazok a fizikai folyamatok játszódnak le, mint az egyenáramú ívben. A félidő elején az ív keresztüli feszültsége egy szinuszos törvény szerint az U s gyújtófeszültség értékére nő-0-a szakasz (304. ábra, b), majd az ív megjelenése után csökken az áram növekedésével - a - b szakasz. A félidőszak második felében, amikor az áram csökkenni kezd, az ívfeszültség ismét emelkedik az U g kioltó feszültség értékére, amikor az áram nullára csökken - b - c szakasz.

A következő félidőben a feszültség előjelet vált, és egy szinuszos törvény szerint az áram-feszültség jellemző a 'pontjának megfelelő gyújtási feszültségértékre nő. Az áram növekedésével a feszültség csökken, majd az áram csökkenésével ismét emelkedik. Az ívfeszültség görbéje, amint az az 1. ábrán látható. A 304, b ábrán látható szinusz alakú. A feltöltött részecskék ionmentesítésének folyamata az érintkezők közötti intervallumban csak az időszak egy kis töredékében tart (0 - a és ca 'szakasz), és általában nem ér véget ez idő alatt, aminek következtében az ív újra megjelenik. Az ív végleges kioltására csak az ezt követő nulla-keresztezések egyikének ismételt ütése után kerül sor.

Az ív újraindulását, miután az áram nullán áthalad, az magyarázza, hogy az áram nullára csökkenése után az ívhordóban meglévő ionizáció nem tűnik el azonnal, mivel ez függ a maradék ívhordó plazmahőmérsékletétől. A hőmérséklet csökkenésével nő az érintkezési rés dielektromos szilárdsága. Ha azonban az adott pillanatban az alkalmazott feszültség pillanatnyi értéke nagyobb, mint a rés megszakítási feszültsége, akkor megtörténik, ív keletkezik, és más polaritású áram folyik.

Ívoltási feltételek. Az egyenáramú ív kioltásának feltételei nemcsak az áram-feszültség karakterisztikájától függenek, hanem az elektromos áramkör paramétereitől (feszültség, áram, ellenállás és induktivitás) is, amelyeket a készülék érintkezői kapcsolnak ki és be. Ábrán. 305, és az ív áram-feszültség karakterisztikája látható

(1. görbe) és az ebben az áramkörben szereplő R ellenállás feszültségcsökkenésének függősége (2. egyenes). Egyensúlyi állapotban az U feszültség és az áramforrás megegyezik az U dg és IR ív feszültségcsökkenéseinek összegével az R ellenálláson. stb. önindukció ± e L (árnyékolt ordinátákkal látható). Hosszú távú ívégetés csak az A és B pontoknak megfelelő üzemmódokban lehetséges, ha az érintkezők közötti résre alkalmazott U és - IR feszültség megegyezik az U dg feszültségcsökkenéssel. Ebben az esetben az A pontnak megfelelő üzemmódban az ívégetés instabil. Ha az ív égetése során a karakterisztika ezen pontján az áram valamilyen okból megnőtt, akkor az U dg feszültség kisebb lesz, mint az alkalmazott U és - IR feszültség. Az alkalmazott feszültség túllépése az áram növekedését okozza, amely addig emelkedik, amíg el nem éri az I in értéket.

Ha az A pontnak megfelelő üzemmódban az áram csökken, az U és - IR feszültség kisebb lesz, mint U dg, és az áram tovább csökken, amíg az ív kialszik. A B pontnak megfelelő üzemmódban az ív folyamatosan ég. Az I feletti áram növekedésével az U dg ív feszültségcsökkenése nagyobb lesz, mint az alkalmazott U és - IR feszültség, és az áram csökkenni kezd. Amikor az áramkörben az áram kisebb lesz, mint I in, az alkalmazott U és - IR feszültség nagyobb lesz, mint U dg, és az áram növekedni kezd.

Nyilvánvalóan annak biztosítása érdekében, hogy az ív az I áram teljes meghatározott tartományában kialszik a maximális értékről nullára, amikor az áramkört leválasztják, szükség van arra, hogy az 1 áram-feszültség karakterisztika a 2 egyenes felett legyen, hogy az áramkört le lehessen kapcsolni. leválasztva (305. ábra, b). Ilyen körülmények között az U dg ív feszültségcsökkenése mindig nagyobb lesz, mint a rá alkalmazott U és - IR feszültség, és az áramkör csökken.

Az ív feszültségcsökkenésének növelésének fő eszköze az ívhossz növelése. Viszonylag kis áramú kisfeszültségű áramkörök megnyitásakor az oltást az érintkezési megoldás megfelelő megválasztása biztosítja, amely között az ív keletkezik. Ebben az esetben az ív minden további eszköz nélkül kialszik.

A főáramköröket megszakító érintkezők esetében az oltáshoz szükséges ívhossz olyan nagy, hogy az érintkezők ilyen megoldásának gyakorlati megvalósítása már nem lehetséges. Az ilyen elektromos készülékekbe speciális ívoltó készülékeket szerelnek be.

Ívoltó készülékek. Az ív oltásának módszerei eltérőek lehetnek, de mindegyik a következő elveken alapul: az ív kényszerített megnyúlása; az érintkezőrés hűtése levegő, gőz vagy gáz segítségével; egy ívet külön rövid ívek sorozatára osztva.

Amikor az ív meghosszabbodik és eltávolodik az érintkezőktől, az ívoszlop feszültségcsökkenése nő, és az érintkezőkre kifejtett feszültség elégtelenné válik az ív fenntartásához.

Az érintkezési rés lehűlése az ívoszlop fokozott hőátadását okozza a környező térbe, aminek következtében az ív belső részéről a felszínére mozgó töltött részecskék felgyorsítják az ionmentesítési folyamatot.

Az ív több különálló ívre osztása az összes feszültségcsökkenés növekedéséhez vezet, és az érintkezőkre alkalmazott feszültség elégtelenné válik az ív stabil karbantartásához, ezért kialszik.

Az ív meghosszabbításával történő oltás elvét védőszarvú készülékekben és megszakítókban használják. Az 1. és 2. érintkezők között keletkező elektromos ív (306. ábra, a) kinyitáskor felemelkedik az FB erő hatására, amelyet az általa felmelegített levegő áramlása hoz létre, megnyúlik és meghosszabbodik a szerteágazó álló szarvakon, amelyek eloltásához vezet. Az ív megnyúlását és kioltását az íváram és a körülötte keletkező mágneses mező kölcsönhatásának eredményeként létrejött elektrodinamikai erő is elősegíti. Ebben az esetben az ív mágneses térben árammal rendelkező vezetőként viselkedik (307. ábra, a), amely, amint azt a III. Fejezet mutatja, hajlamos kiszorítani a mezőből.

Az ívre ható F e elektrodinamikai erő növelése érdekében számos esetben egy speciális 2 ívoltó tekercs van az egyik érintkező 1 áramkörében (307. ábra, b), amely erős mágneses teret hoz létre az ívképző zónában,

amelynek nitrogénáram Ф az ív I áramával kölcsönhatásba lépve biztosítja az ív intenzív kifújását és oltását. Az ív gyors mozgása a 3, 4 szarvak mentén intenzív lehűlését okozza, ami szintén hozzájárul az 5 -ös kamrában történő ionizációhoz és az oltáshoz.

Egyes eszközök kényszerhűtést és ívnyújtási módszereket alkalmaznak sűrített levegővel vagy más gázzal.

Az 1. és 2. érintkező kinyitásakor (lásd 306. ábra, b) a keletkező ív lehűl, és FB erővel sűrített levegő vagy gázsugár fújja ki az érintkezési területről.

Az elektromos ív hűtésének hatékony eszköze az azt követő oltással a különböző kialakítású ívkamrák (308. ábra). A villamos ív mágneses mező, légáramlás vagy más eszköz hatására keskeny résekbe vagy a kamra labirintusába kerül (308. ábra, a és b), ahol szorosan érintkezik falaival 1, válaszfalak 2 , meleget ad nekik és kialszik. Széles körben használják elektromos készülékekben pl. o. keressen labirintus-réses kamrákat, ahol az ív nemcsak az érintkezők közötti nyújtással, hanem a kamra válaszfalai közötti cikcakkos görbületével is meghosszabbodik (308. ábra, c). A kamra falai közötti keskeny 3 rés segít lehűteni és ionizálni az ívet.

Az ívoltó készülékek, amelyek működése az ív rövid ívsorozatra osztásán alapul, magukban foglalják az ívoltó kamrába épített deionos rácsot (309. ábra, a).

Az ioncserélő rács számos egymástól elkülönített 3 acéllemezből áll. Az 1 és 2 nyitóérintkezők közötti elektromos ívet a rács sorra osztott rövidebb ívek sorozatára osztja fel. Annak érdekében, hogy az ív égése fenntartható legyen felosztás nélkül, U feszültségre van szükség, amely megegyezik az U-közeli elektróda (anód és katód) feszültségcsökkenés és az ívoszlop feszültségcsökkenésének összegével.

Ha egy ívet n rövid ívre oszt, az összes rövid ív oszlopában a teljes feszültségcsökkenés továbbra is egyenlő lesz nU e-vel, mint egy közös ívben, de az összes ív közelében lévő teljes elektródafeszültség-csökkenés nU e . Ezért az ív égésének fenntartásához ebben az esetben feszültségre van szükség

U = nU e + U st.

Az n ívek száma megegyezik a rácslemezek számával, és úgy választható meg, hogy az adott U feszültségnél a stabil ívégés lehetősége teljesen kizárt. Ennek a csillapítási elvnek a működése hatékony mind egyenáramú, mind váltakozó áram mellett. Amikor a váltakozó áram áthalad a nulla értéken, az ív fenntartásához 150-250 V. feszültség szükséges.Ebben az összefüggésben a lemezek számát lényegesen kevesebbre lehet választani, mint az egyenáramnál.

A töltőanyaggal ellátott biztosítékokban, amikor a betét megolvad és elektromos ív keletkezik a patronban megnövekedett gáznyomás miatt, az ionizált részecskék keresztirányban mozognak. Ugyanakkor a töltőanyag szemcséi közé esnek, hűlnek és ionizálnak. Az aggregált szemcsék a túlnyomás hatására mozogva nagyszámú mikroívre törik az ívet, ami biztosítja azok oltását.

A töltőanyag nélküli biztosítékokban a test gyakran olyan anyagból készül, amely hevítéskor bőségesen felszabadítja a gázt. Ilyen anyagok például a rost. Amikor az ív érintkezik, a burkolat felmelegszik és gázt bocsát ki az ív eloltására. Hasonlóképpen az ív kialszik a váltakozó áramú olajmegszakítókban (309. ábra, b) azzal az egyetlen különbséggel, hogy a száraz töltőanyag helyett itt nem éghető olajat használnak. Ha ív fordul elő a mozgatható 1, 3 és álló 2 érintkezők kinyitásakor, akkor az oltás két tényező hatására következik be: nagy mennyiségű hidrogén felszabadulása, amely nem támogatja az égést (az erre a célra használt olajban) , a hidrogéntartalom 70-75%), és az ív olajjal történő intenzív hűtése a magas hőkapacitás miatt. Az ív kialszik, ha az áram nulla. Az olaj nemcsak hozzájárul az ív gyorsított oltásához, hanem szigetelésként is szolgál a szerkezet feszültség alatt álló és földelt részeihez. Az olajat nem használják az ív oltására az egyenáramú áramkörben, mivel az ív hatására gyorsan lebomlik és elveszíti szigetelő tulajdonságait.

A modern elektromos készülékekben az ívoltást gyakran kettő vagy több kombinációjával végzik

a fenti módszerek segítségével (például íves csúszda, védőszarvak és deionrács segítségével).

Az elektromos ív eloltásának feltételei határozzák meg a védőberendezések megszakító képességét. A legnagyobb áramerősség jellemzi, amelyet a készülék bizonyos ívoltási idővel kikapcsolhat.

Az elektromos áramforráshoz csatlakoztatott elektromos áramkör rövidzárlatával az áramkörben az áram az 1. görbe mentén növekszik (310. ábra). A t 1 pillanatban, amikor eléri azt az értéket, amelyre a védőberendezést beállították (I y beállítási áram), a készülék aktiválódik, és lekapcsolja a védett áramkört, aminek következtében az áram csökken a 2 görbe mentén.

Azt az időt, amelyet a készülék kikapcsolására (vagy bekapcsolására) adott jelzéstől az érintkezők nyitásának (vagy bekapcsolásának) kezdetéig számolnak, az eszköz saját t s válaszidejének nevezzük. Lekapcsoláskor az érintkezők nyitásának kezdete az ív megjelenésének felel meg a szétágazó érintkezők között. A megszakítóknál ezt az időt attól a pillanattól kezdve mérik, amikor az áram eléri a t 1 beállított értéket, és a t 2 érintkezők közötti ív kialakulásának pillanatáig. Íves égési idő t dg az ív megjelenésének pillanatától t 2 eltelt idő és az aktuális t 3 áthaladásának leállásának pillanata. A t p teljes leállási idő a belső idő és az ívidő összege.