Elektrický oblúk je silný, dlhodobý elektrický výboj medzi elektródami pod napätím vo vysoko ionizovanej zmesi plynov a pár. Vyznačuje sa vysokou teplotou plynu a vysokým prúdom vo výbojovej zóne.

Elektródy sú pripojené k zdrojom striedavého prúdu ( zvárací transformátor) alebo jednosmerný prúd (zvárací generátor alebo usmerňovač) s priamou a obrátenou polaritou.

Pri zváraní jednosmerným prúdom sa elektróda pripojená k kladnému pólu nazýva anóda a záporná katóda. Medzera medzi elektródami sa nazýva oblasť oblúkovej medzery alebo oblúková medzera (obrázok 3.4). Oblúková medzera je zvyčajne rozdelená do 3 charakteristických oblastí:

1. anódovú oblasť susediacu s anódou;
2. katódová oblasť;
3. oblúkový stĺpik.

Akékoľvek zapálenie oblúka začína skratom, t.j. od skratu elektródy s produktom. V tomto prípade U d \u003d 0 a prúd I max \u003d I skrat. V mieste uzáveru sa objaví katódová škvrna, ktorá je nevyhnutnou (nevyhnutnou) podmienkou existencie oblúkového výboja. Vzniknutý tekutý kov sa pri vyťahovaní elektródy naťahuje, prehrieva a teplota dosahuje až k bodu varu – oblúk sa vybudí (zapáli).

Oblúk je možné zapáliť bez kontaktu elektród v dôsledku ionizácie, t.j. rozpad dielektrickej vzduchovej (plynovej) medzery v dôsledku zvýšenia napätia oscilátormi (argónové zváranie).

Oblúková medzera je dielektrické médium, ktoré musí byť ionizované.

Na existenciu oblúkového výboja stačí U d \u003d 16 ÷ 60 V. Prechod elektrického prúdu vzduchovou (oblúkovou) medzerou je možný len vtedy, ak sú v nej elektróny (elementárne negatívne častice) a ióny: kladné ( +) ióny - všetky molekuly a atómy prvkov (ľahšie formy kovov Me); negatívne (-) ióny - ľahšie tvoria F, Cr, N 2, O 2 a ďalšie prvky s elektrónovou afinitou e.

Obrázok 3.4 - Schéma horenia oblúka

Katódová oblasť oblúka je zdrojom elektrónov, ktoré ionizujú plyny v oblúkovej medzere. Elektróny uvoľnené z katódy sú urýchľované elektrickým poľom a vzďaľujú sa od katódy. Zároveň sa pod vplyvom tohto poľa do katódy posielajú + ióny:

U d \u003d U k + U c + U a;

Anódová oblasť má oveľa väčší objem Ua< U к.

Oblúkový stĺpec - hlavná časť oblúkovej medzery je zmesou elektrónov, + a - iónov a neutrálnych atómov (molekúl). Stĺpec oblúka je neutrálny:

∑ náboj neg. = ∑ náboje kladných častíc.

Energia na udržanie stacionárneho oblúka pochádza z napájacieho zdroja.

Rôzne teploty, veľkosti anódových a katódových zón a rôzne množstvo uvoľneného tepla – určuje existenciu priamej a opačnej polarity pri zváraní jednosmerným prúdom:

Qa > Q to; U a< U к.

• keď je potrebné veľké množstvo tepla na ohrev hrán veľkých hrúbok kovu, používa sa priama polarita (napríklad pri naváraní);
• s tenkostennými a neprehrievajúcimi sa zváranými kovmi, obrátená polarita (+ na elektróde).

• Elektrický oblúk (elektrický oblúk, oblúkový výboj) je fyzikálny jav, jeden z typov elektrického výboja v plyne.

  Prvýkrát ho opísal v roku 1802 ruský vedec V. Petrov v knihe „Správy o galvanicko-voltaických experimentoch pomocou obrovskej batérie, niekedy pozostávajúcej zo 4200 medených a zinkových kruhov“ (Petrohrad, 1803). Elektrický oblúk je špeciálnym prípadom štvrtej formy stavu hmoty – plazmy – a pozostáva z ionizovaného, ​​elektricky kvázi-neutrálneho plynu. Prítomnosť voľných elektrických nábojov zabezpečuje vodivosť elektrického oblúka.

  Elektrický oblúk medzi dvoma elektródami vo vzduchu pri atmosferický tlak sa tvorí nasledovne:

  Keď sa napätie medzi dvoma elektródami zvýši na určitú úroveň vo vzduchu, dôjde k elektrickému rozpadu medzi elektródami. Elektrické prierazné napätie závisí od vzdialenosti medzi elektródami a iných faktorov. Ionizačný potenciál prvého elektrónu atómov kovu je približne 4,5 - 5 V a napätie elektrického oblúka je dvojnásobné (9 - 10 V). Je potrebné vynaložiť energiu na výstup elektrónu z atómu kovu jednej elektródy a na ionizáciu atómu druhej elektródy. Proces vedie k vytvoreniu plazmy medzi elektródami a vyhoreniu oblúka (pre porovnanie: minimálne napätie na vytvorenie iskrového výboja mierne prevyšuje potenciál výstupu elektrónov - do 6 V).

  Na spustenie poruchy pri dostupnom napätí sa elektródy priblížia k sebe. Počas poruchy zvyčajne medzi elektródami dôjde k iskrovému výboju, ktorý pulzne uzavrie elektrický obvod.

  Elektróny v iskrových výbojoch ionizujú molekuly vo vzduchovej medzere medzi elektródami. Pri dostatočnom výkone zdroja napätia vo vzduchovej medzere sa vytvorí dostatočné množstvo plazmy pre výrazný pokles prierazného napätia alebo odporu vzduchovej medzery. V tomto prípade sa iskrové výboje menia na oblúkový výboj - plazmový kábel medzi elektródami, čo je plazmový tunel. Výsledný oblúk je v skutočnosti vodič a uzatvára elektrický obvod medzi elektródami. V dôsledku toho sa priemerný prúd ešte viac zvyšuje, pričom sa oblúk zahrieva až na 5000-50000 K. V tomto prípade sa má za to, že zapálenie oblúka je dokončené. Po zapálení je stabilné horenie oblúka zabezpečené emisiou termionov z katódy vyhrievanej prúdom a iónovým bombardovaním.

  Interakcia elektród s oblúkovou plazmou vedie k ich zahrievaniu, čiastočnému taveniu, vyparovaniu, oxidácii a iným druhom korózie.

  Po zapálení môže oblúk zostať stabilný, keď sú elektrické kontakty oddelené do určitej vzdialenosti.

  Počas prevádzky vysokonapäťových elektrických inštalácií, v ktorých je nevyhnutný výskyt elektrického oblúka, sa boj proti nemu uskutočňuje pomocou elektromagnetických cievok kombinovaných s oblúkovými žľabmi. Okrem iných metód je známe použitie vákuových, vzduchových, SF6 a olejových ističov, ako aj metódy na odvádzanie prúdu na živé zaťaženie, ktoré nezávisle preruší elektrický obvod.

Z Wikipédie, voľnej encyklopédie

Elektrický oblúk (voltaický oblúk, oblúkový výboj) je fyzikálny jav, jeden z typov elektrického výboja v plyne.

Oblúková štruktúra

Elektrický oblúk pozostáva z katódových a anódových oblastí, oblúkového stĺpca, prechodových oblastí. Hrúbka anódovej oblasti je 0,001 mm, katódová oblasť je asi 0,0001 mm.

Teplota v oblasti anódy počas zvárania spotrebnou elektródou je asi 2500 ... 4000 ° C, teplota v oblúkovom stĺpci je od 7000 do 18 000 ° C, v oblasti katódy - 9000 - 12000 ° C.

Stĺpec oblúka je elektricky neutrálny. V ktorejkoľvek z jeho sekcií je rovnaký počet nabitých častíc s opačným znamienkom. Pokles napätia v stĺpci oblúka je úmerný jeho dĺžke.

Zváracie oblúky sú klasifikované podľa:

• Materiály elektród - s tavnou a nekonzumovateľnou elektródou;
• Stupne kompresie stĺpca - voľný a stlačený oblúk;
• Podľa použitého prúdu - oblúk jednosmerného prúdu a oblúk striedavého prúdu;
• Podľa polarity jednosmerného elektrického prúdu - priama polarita ("-" na elektróde, "+" - na výrobku) a opačná polarita;
• Pri použití striedavého prúdu - jednofázové a trojfázové oblúky.

Samoregulačný oblúk

Keď dôjde k externej kompenzácii - zmene sieťového napätia, rýchlosti podávania drôtu atď., dôjde k narušeniu stanovenej rovnováhy medzi rýchlosťou posuvu a rýchlosťou tavenia. So zvyšujúcou sa dĺžkou oblúka v obvode sa zvárací prúd a rýchlosť tavenia elektródového drôtu zmenšujú a rýchlosť posuvu, ktorá zostáva konštantná, je väčšia ako rýchlosť tavenia, čo vedie k obnoveniu dĺžky oblúka. So znížením dĺžky oblúka je rýchlosť tavenia drôtu väčšia ako rýchlosť posuvu, čo vedie k obnoveniu normálnej dĺžky oblúka.

Účinnosť procesu samoregulácie oblúka je výrazne ovplyvnená tvarom prúdovo-napäťovej charakteristiky zdroja energie. Vysoká rýchlosť kmitania dĺžky oblúka je vypočítaná automaticky s tuhou prúdovo-napäťovou charakteristikou obvodu.

Boj elektrickým oblúkom

V mnohých zariadeniach je jav elektrického oblúka škodlivý. Ide predovšetkým o kontaktné spínacie zariadenia používané v napájaní a elektrickom pohone: vysokonapäťové spínače, automatické spínače, stýkače, sekcionálne izolátory na kontaktnú sieť elektrifikované železnice a mestská elektrická doprava. Keď sú záťaže odpojené vyššie uvedenými zariadeniami, medzi vypínacími kontaktmi vznikne oblúk.

Mechanizmus vzniku oblúka je v tomto prípade nasledujúci:

• Zníženie kontaktného tlaku - počet kontaktných bodov klesá, odpor v kontaktnom uzle sa zvyšuje;
• Začiatok divergencie kontaktov - tvorba "mostíkov" z roztaveného kovu kontaktov (v miestach posledných kontaktných bodov);
• Roztrhnutie a odparenie "mostov" z roztaveného kovu;
• Tvorba elektrického oblúka v kovových parách (čo prispieva k väčšej ionizácii kontaktnej medzery a ťažkostiam pri hasení oblúka);
• Stabilný oblúk s rýchlym vyhorením kontaktov.

Pre minimálne poškodenie kontaktov je potrebné oblúk v čo najkratšom čase uhasiť, pričom vynaložíme maximálne úsilie, aby sa oblúk nenachádzal na jednom mieste (keď sa oblúk pohybuje, teplo v ňom uvoľnené sa rovnomerne rozloží po telese kontaktu ).

Na splnenie vyššie uvedených požiadaviek sa používajú nasledujúce metódy potlačenia oblúka:

• chladenie oblúka prietokom chladiaceho média - kvapaliny (olejový spínač); plyn - (vzduchový istič, automatický istič plynu, olejový istič, istič SF6) a tok chladiaceho média môže prechádzať pozdĺž hriadeľa oblúka (pozdĺžne tlmenie) aj naprieč (priečne tlmenie); niekedy sa používa pozdĺžne priečne tlmenie;
• využitie schopnosti vákuového zhášania oblúka - je známe, že keď tlak plynov obklopujúcich spínané kontakty klesne na určitú hodnotu, vákuový istič vedie k efektívnemu zhášaniu oblúka (kvôli nedostatku nosičov pre tvorbu oblúka).
• použitie kontaktného materiálu odolnejšieho voči oblúku;
• použitie kontaktného materiálu s vyšším ionizačným potenciálom;
• použitie oblúkových mriežok (automatický spínač, elektromagnetický spínač). Princíp aplikovania potlačenia oblúka na mriežkach je založený na uplatnení efektu takmer katódového úbytku v oblúku (väčšina úbytku napätia v oblúku je úbytok napätia na katóde; zhášacia komora je vlastne séria sériových kontaktov pre oblúk, ktorý sa tam dostal).
• použitie oblúkových žľabov - dostať sa do komory vyrobenej z materiálu odolného voči oblúku, ako je sľudový plast, s úzkymi, niekedy cikcakovitými kanálmi, oblúk sa pri kontakte so stenami komory intenzívne naťahuje, sťahuje a ochladzuje.
• použitie "magnetického výbuchu" - keďže oblúk je silne ionizovaný, potom ho v prvom priblížení možno považovať za pružný vodič s prúdom; Vytvorením špeciálnych elektromagnetov (zapojených do série s oblúkom) môže magnetické pole vytvoriť pohyb oblúka, aby sa teplo rovnomerne rozložilo po kontakte a aby sa vháňalo do zhášacieho žľabu alebo roštu. Niektoré konštrukcie ističov vytvárajú radiálne magnetické pole, ktoré dodáva oblúku krútiaci moment.
• posunutie kontaktov v momente rozopnutia výkonového polovodičového kľúča s tyristorom alebo triakom zapojeným paralelne s kontaktmi, po otvorení kontaktov sa polovodičový kľúč vypne v momente prechodu napätia nulou (hybridný stýkač, tyrikón).

pozri tiež

Napíšte recenziu na článok "Elektrický oblúk"

Literatúra

• Elektrický oblúk- článok z .
• iskrový výboj- článok z Veľkej sovietskej encyklopédie.
• Reiser Yu.P. Fyzika výboja plynu. - 2. vyd. - M .: Nauka, 1992. - 536 s. - ISBN 5-02014615-3.
• Rodshtein L. A. Electric devices, L 1981
• Clerici, Matteo; Hu, Yi; Lassonde, Philippe; Milian, Carles; Couairon, Arnaud; Christodoulides, Demetrios N.; Chen, Zhigang; Razzari, Luca; Vidal, Francois (2015-06-01). "Laserom podporované vedenie elektrických výbojov okolo predmetov". Science Advances 1(5): e1400111. Bibcode:2015SciA....1E0111C. doi:10.1126/sciadv.1400111. ISSN 2375-2548.

Odkazy

Poznámky

Terminológia Elektrický oblúk tlakové zváranie kontaktné zváranie Iné druhy zvárania Vybavenie a vybavenie Choroby z povolania Profesijné organizácie

Úryvok charakterizujúci elektrický oblúk

- Na fera du chemin cette fois ci. Oh! quand il s "en mele lui meme ca chauffe... Nom de Dieu... Le voila!.. Vive l" Empereur! Les voila donc les Steppes de l "Asie! Vilain platí tout de meme. Au revoir, Beauche; je te rezervácia le plus beau palais de Moscou. Au revoir! Bonne chance... L" ako tu vu, l "Empereur? Vive l" Empereur!.. preur! Si on fait gouverneur aux Indes, Gerard, you fais minister du Cachemire, c "est arrete. Vive l" Empereur! Vive! vive! vive! Les gredins de Cosaques, comme ils filent. Vive l "Empereur! Le voila! Le vois tu? Je l" ai vu deux fois comme jete vois. Le petit caporal ... Je l "ai vu donner la croix a l" un des vieux ... Vive l "Empereur! tu sú, ázijské stepi... Ale zlá krajina. Zbohom, Boche. Nechám ťa najlepší palác v Moskve. Zbohom, prajem vám úspech. Videli ste cisára? Hurá! Ak ma urobia guvernérom v Indii, urobím z vás ministra Kašmíru... Hurá! Tu je cisár! Vidíte ho? Ja videl ho dvakrát ako ty. Malý kaprál... videl som, ako zavesil kríž na jedného zo starcov... Hurá, cisár!] - ozvali sa hlasy starých a mladých ľudí, najrozmanitejších postáv a postavení v r. všetky tváre týchto ľudí mali na začiatku dlho očakávanej kampane jeden spoločný výraz radosti a radosti a oddanosti mužovi v sivom kabáte stojacom na hore.
13. júna Napoleon dostal malého plnokrvného arabského koňa, posadil sa a odcválal k jednému z mostov cez Neman, neustále ohlušovaný nadšenými výkrikmi, ktoré zjavne znášal len preto, že im nebolo možné zakázať prejaviť si lásku. pre neho s týmito výkrikmi; no tieto výkriky, sprevádzajúce ho všade, ho ťažili a odvádzali od vojenskej starostlivosti, ktorá sa ho zmocňovala od chvíle, keď vstúpil do armády. Prešiel cez jeden z mostov kolísajúcich sa na člnoch na druhú stranu, prudko zabočil doľava a cválal smerom ku Kovnu, predchádzali ho nadšení gardisti, umierajúci od šťastia, uvoľňujúci cestu pred ním cválajúcim jednotkám. Keď sa priblížil k širokej rieke Viliya, zastavil sa pri poľskom hulánskom pluku, ktorý stál na brehu.
- Vivat! - kričali Poliaci nadšene, rozbúrili front a rozdrvili sa, aby ho videli. Napoleon preskúmal rieku, zosadol z koňa a sadol si na poleno ležiace na brehu. Na znamenie bez slova mu dali trúbku, položil ju na zadnú stranu šťastnej stránky, ktorá pribehla a začal sa pozerať na druhú stranu. Potom šiel hlbšie do skúmania listu mapy rozloženého medzi kmeňmi. Bez toho, aby zdvihol hlavu, niečo povedal a dvaja jeho pobočníci odcválali k poľským hulánom.
- Čo? Čo hovoril? - bolo počuť v radoch poľských kopijníkov, keď k nim cválal jeden pobočník.
Po nájdení brodu bolo nariadené prejsť na druhú stranu. Poľský plukovník kopijníkov, pekný starý muž, začervenaný a zmätený vzrušením, sa spýtal pobočníka, či by mu dovolili prejsť rieku s kopijníkmi bez toho, aby našiel brod. On, so zjavným strachom z odmietnutia, ako chlapec, ktorý žiada o povolenie nasadnúť na koňa, požiadal, aby mu dovolili preplávať rieku v očiach cisára. Adjutant povedal, že cisár pravdepodobne nebude nespokojný s touto prílišnou horlivosťou.
Len čo to pobočník povedal, starý fúzatý dôstojník s veselou tvárou a iskrivými očami, zdvihol šabľu, zakričal: „Vivat! - a keď prikázal kopijníkom, aby ho nasledovali, dal ostrohy koňovi a odcválal k rieke. Zlomyseľne postrčil koňa, ktorý pod ním zaváhal, a vrazil do vody a zamieril hlbšie do perejí prúdu. Za ním cválali stovky kopijníkov. V strede a v perejách prúdu bolo chladno a strašidelne. Lanceri sa k sebe prilepili, spadli z koní, niektoré kone sa utopili, ľudia sa utopili, ostatní sa snažili plávať, niektorí na sedle, niektorí sa držali hrivy. Snažili sa preplávať vpred na druhú stranu a napriek tomu, že o pol versty bol prechod, boli hrdí, že plávajú a topia sa v tejto rieke pod pohľadom muža sediaceho na kláte a ani sa nepozerá. v tom, čo robili. Keď si vracajúci sa adjutant, ktorý si vybral vhodnú chvíľu, dovolil upriamiť cisárovu pozornosť na oddanosť Poliakov k jeho osobe, vstal malý muž v sivom kabáte, zavolal Berthiera a začal kráčať. po brehu s ním, dával mu rozkazy a občas s nevôľou hľadel na topiacich sa kopijníkov, ktorí bavili jeho pozornosť.
Pre neho nebolo nové presvedčenie, že jeho prítomnosť na všetkých koncoch sveta, od Afriky až po pižmové stepi, rovnako udivuje a ponára ľudí do šialenstva sebazabúdania. Rozkázal, aby mu priviedli koňa a odviezol sa do jeho tábora.
V rieke sa utopilo asi štyridsať kopijníkov, a to aj napriek člnom vyslaným na pomoc. Väčšina sa odplavila späť na tento breh. Plukovník a niekoľko mužov preplávali cez rieku a s ťažkosťami vyliezli na druhú stranu. Ale len čo vystúpili v mokrých šatách, ktoré na nich tečú potokmi, kričali: „Vivat!“, nadšene hľadeli na miesto, kde stál Napoleon, ale kde už nebol, a v tej chvíli sa považovali za šťasný.
Večer Napoleon medzi dvoma rozkazmi – jedným čo najskôr dodať pripravené falošné ruské bankovky na dovoz do Ruska a druhým zastreliť Saxana, v ktorého zachytenom liste sa našli informácie o objednávkach pre francúzsku armádu – vydal tretí rozkaz - o zúčtovaní poľského plukovníka, ktorý sa zbytočne vrhol do rieky čestnej kohorte (Legion d "honneur), ktorej bol Napoleon na čele.
Qnos vult perdere - dementný. [Kto chce zničiť - zbaviť rozumu (lat.)]

Medzitým ruský cisár už viac ako mesiac žil vo Vilne a robil recenzie a manévre. Nič nebolo pripravené na vojnu, ktorú všetci očakávali av príprave na ktorú prišiel cisár z Petrohradu. Neexistoval žiadny všeobecný akčný plán. Váhania, ktorý plán zo všetkých navrhovaných prijať, sa po cisárovom mesačnom pobyte v hlavnom byte ešte zväčšili. V troch armádach bol v každej samostatný hlavný veliteľ, ale nebol spoločný veliteľ pre všetky armády a cisár tento titul neprevzal.
Čím dlhšie žil cisár vo Vilne, tým menej a menej sa pripravovali na vojnu, unavení z čakania na ňu. Zdalo sa, že všetky túžby ľudí okolo panovníka smerovali iba k tomu, aby panovník pri dobrom bavení zabudol na nadchádzajúcu vojnu.
Po mnohých plesoch a sviatkoch s poľskými magnátmi, s dvoranmi a so samotným panovníkom, v mesiaci jún, jedného z poľských generálnych adjutantov panovníka napadlo dať panovníkovi večeru a ples v mene jeho panovníka. generálni adjutanti. Tento nápad všetci privítali. Cisár súhlasil. Generálny adjutant vyberal peniaze predplatným. Za hostiteľku plesu bola pozvaná osoba, ktorá sa mohla panovníkovi najviac páčiť. Gróf Benigsen, statkár v provincii Vilna, ponúkol na tento sviatok svoj vidiecky dom a 13. júna bola v Zakrete naplánovaná večera, ples, člnkovanie a ohňostroj. vidiecky dom gróf Benigsen.
Práve v deň, keď Napoleon vydal rozkaz na prekročenie Nemanu a jeho predsunuté jednotky, zatláčajúc kozákov, prekročili ruskú hranicu, Alexander strávil večer na Benigsenovej dači - na plese, ktorý organizovali generálovi pobočníci.
Bola to veselá, brilantná dovolenka; experti v biznise uviedli, že toľko krás sa len zriedka zhromaždilo na jednom mieste. Na tomto plese bola okrem iných ruských dám, ktoré prišli za panovníkom z Petrohradu do Vilnu aj grófka Bezukhova, ktorá svojou ťažkou, takzvanou ruskou krásou zatemňovala sofistikované poľské dámy. Všimli si ju a panovník ju poctil tancom.
Boris Drubetskoy, en garcon (mládenec), ako povedal, po tom, čo opustil svoju manželku v Moskve, bol tiež na tomto plese a hoci nebol generálnym pobočníkom, bol veľkým účastníkom predplatného na ples. Boris bol teraz bohatý muž, ktorý zašiel ďaleko v poctách, už nehľadal sponzorstvo, ale stál na rovnakej úrovni s najvyššími zo svojich rovesníkov.
O dvanástej ráno sa ešte tancovalo. Helena, ktorá nemala dôstojného pána, sama ponúkla mazurku Borisovi. Sedeli v treťom páre. Boris, chladne hľadiac na Helenine lesklé obnažené ramená, vyčnievajúce z tmavých gázových šiat so zlatom, rozprával o starých známych a zároveň nepostrehnuteľne pre seba a ostatných ani na chvíľu neprestal sledovať panovníka, ktorý bol v tom istom hala. Panovník netancoval; stál pri dverách a zastavil jedného alebo druhého s tými láskavými slovami, ktoré vedel vysloviť len on.
Na začiatku mazurky Boris videl, že k nemu pristúpil generálny pobočník Balašev, jedna z najbližších osôb panovníka, a dvorne sa zastavil pri panovníkovi, ktorý sa rozprával s poľskou dámou. Po rozhovore s dámou sa cisár spýtavo pozrel a zrejme si uvedomil, že Balašev to urobil len preto, že na to boli dôležité dôvody, mierne prikývol dáme a obrátil sa k Balashevovi. Balashev práve začal hovoriť, keď sa na tvári panovníka objavilo prekvapenie. Vzal Balaševa za ruku a kráčal s ním chodbou, pričom nevedomky čistil sazheny po oboch stranách troch širokých ciest, ktoré stáli pred ním. Boris si všimol rozrušenú tvár Arakčeeva, zatiaľ čo panovník išiel s Balashevom. Arakčejev, zamračene hľadiac na panovníka a čuchajúc si červený nos, vyšiel z davu, akoby očakával, že sa panovník k nemu obráti. (Boris si uvedomil, že Arakčeev žiarlil na Balasheva a bol nespokojný s tým, že niektoré, zjavne dôležité, správy neboli cez neho odovzdané panovníkovi.)
Ale panovník s Balashevom prešli bez povšimnutia Arakcheeva cez východové dvere do osvetlenej záhrady. Arakčejev, držiac meč a nahnevane sa rozhliadajúci, prešiel dvadsať krokov za nimi.

Vypnutie obvodu kontaktným zariadením sa vyznačuje výskytom plazmy, ktorá prechádza rôznymi štádiami výboja plynu v procese premeny medzikontaktnej medzery z vodiča elektrického prúdu na izolátor.

Pri prúdoch nad 0,5-1 A nastáva stupeň oblúkového výboja (reg 1 )(obr. 1); keď sa prúd zníži, na katóde (oblasti) nastane doutnavý výboj 2 ); ďalšia fáza (oblasť 3 ) je Townsendovo absolutórium a nakoniec región 4 - štádium izolácie, v ktorom sa vďaka ionizácii nevytvárajú nosiče elektriny - elektróny a ióny, ale môžu pochádzať len z prostredia.

Ryža. 1. Prúdová charakteristika elektrických výbojových stupňov v plynoch

Prvá časť krivky je oblúkový výboj (reg 1) - vyznačuje sa malým poklesom napätia na elektródach a vysokou prúdovou hustotou. Keď sa prúd zvyšuje, napätie v oblúkovej medzere najprv prudko klesá a potom sa mierne mení.

Druhá časť (región 2 ) krivka, ktorá je oblasťou žeravého výboja, je charakterizovaná vysokým poklesom napätia na katóde (250–300 V) a nízkymi prúdmi. So zvyšujúcim sa prúdom sa bude úbytok napätia cez výbojovú medzeru zvyšovať.

Townsendov výboj (oblasť 3 ) sa vyznačuje extrémne nízkymi hodnotami prúdu pri vysokých napätiach.

Elektrický oblúk je sprevádzaná vysokou teplotou a je s ňou spojená. Oblúk preto nie je len elektrickým javom, ale aj tepelným.

Za normálnych podmienok je vzduch dobrým izolantom. Takže na prerušenie vzduchovej medzery 1 cm je potrebné použiť napätie najmenej 30 kV. Aby sa vzduchová medzera stala vodičom, je potrebné v nej vytvoriť určitú koncentráciu nabitých častíc: negatívnych - väčšinou voľných elektrónov a pozitívnych - iónov. Proces oddeľovania jedného alebo viacerých elektrónov od neutrálnej častice za vzniku voľných elektrónov a iónov sa nazýva ionizácia.

Ionizácia plynu sa môže vyskytnúť pod vplyvom svetla, röntgenového žiarenia, vysokej teploty, pod vplyvom elektrického poľa a mnohých ďalších faktorov. Pre oblúkové procesy v elektrických zariadeniach sú najdôležitejšie: z procesov prebiehajúcich na elektródach, termionické a autoelektronické emisie az procesov prebiehajúcich v oblúkovej medzere, tepelná ionizácia a ionizácia tlakom.

Pri spínaní elektrických zariadení určených na uzatváranie a otváranie okruhu prúdom dochádza pri odpojení k výboju v plyne buď vo forme žeravého výboja alebo vo forme oblúka. Žiarivý výboj nastáva, keď je vypínaný prúd nižší ako 0,1 A a napätie na kontaktoch dosiahne 250–300 V. K takémuto výboju dochádza buď na kontaktoch relé s nízkym výkonom, alebo ako prechodná fáza k výboju. vo forme elektrického oblúka.

Hlavné vlastnosti oblúkového výboja.

1) Oblúkový výboj prebieha iba pri vysokých prúdoch; minimálny oblúkový prúd pre kovy je približne 0,5 A;

2) Teplota strednej časti oblúka je veľmi vysoká a v prístrojoch môže dosiahnuť 6000 - 18000 K;

3) Prúdová hustota na katóde je extrémne vysoká a dosahuje 10 2 - 10 3 A / mm 2;

4) Úbytok napätia na katóde je len 10 - 20 V a prakticky nezávisí od prúdu.

Pri oblúkovom výboji možno rozlíšiť tri charakteristické oblasti: blízku katódu, oblasť stĺpca oblúka (oblúkový hriadeľ) a blízku anódu (obr. 2.).

V každej z týchto oblastí prebiehajú procesy ionizácie a deionizácie odlišne v závislosti od podmienok, ktoré tam existujú. Keďže výsledný prúd cez tieto tri oblasti je rovnaký, v každej z nich prebiehajú procesy, ktoré zabezpečia výskyt potrebného počtu nábojov.

Ryža. 2. Rozloženie napätia a intenzity elektrického poľa v stacionárnom jednosmernom oblúku

Termionická emisia. Termionická emisia je fenomén emisie elektrónov z vyhrievaného povrchu.

Keď sa kontakty rozchádzajú, kontaktný odpor kontaktu a hustota prúdu v poslednej kontaktnej oblasti sa prudko zvyšujú. Táto oblasť sa zahreje na teplotu topenia a vytvorenie kontaktnej šírky roztaveného kovu, ktorá sa rozbije s ďalšou divergenciou kontaktov. Tu sa kontaktný kov odparí. Na negatívnej elektróde sa vytvorí takzvaná katódová škvrna (horúca podložka), ktorá slúži ako základ oblúka a zdroj elektrónového žiarenia v prvom momente kontaktnej divergencie. Hustota termionického emisného prúdu závisí od teploty a materiálu elektródy. Je malý a môže stačiť na vznik elektrického oblúka, ale na jeho spálenie nepostačuje.

Autoelektronické vyžarovanie. Ide o jav emisie elektrónov z katódy pod vplyvom silného elektrického poľa.

Miesto, kde je elektrický obvod prerušený, môže byť reprezentované ako variabilný kondenzátor. Kapacita v počiatočnom momente sa rovná nekonečnu, potom klesá, keď sa kontakty rozchádzajú. Cez odpor obvodu sa tento kondenzátor nabíja a napätie na ňom postupne stúpa z nuly na sieťové napätie. Zároveň sa zväčšuje vzdialenosť medzi kontaktmi. Intenzita poľa medzi kontaktmi počas nárastu napätia prechádza cez hodnoty presahujúce 100 MV/cm. Takéto hodnoty intenzity elektrického poľa sú dostatočné na vyvrhnutie elektrónov zo studenej katódy.

Emisný prúd poľa je tiež veľmi malý a môže slúžiť len ako začiatok vývoja oblúkového výboja.

Výskyt oblúkového výboja na divergentných kontaktoch sa teda vysvetľuje prítomnosťou termionických a autoelektronických emisií. Prevaha jedného alebo druhého faktora závisí od hodnoty vypínaného prúdu, materiálu a čistoty kontaktnej plochy, rýchlosti ich divergencie a množstva ďalších faktorov.

Tlačová ionizácia. Ak má voľný elektrón dostatočnú rýchlosť, potom keď sa zrazí s neutrálnou časticou (atómom a niekedy molekulou), môže z nej vyradiť elektrón. Výsledkom je nový voľný elektrón a kladný ión. Novo získaný elektrón môže zase ionizovať ďalšiu časticu. Táto ionizácia sa nazýva tlaková ionizácia.

Aby elektrón mohol ionizovať časticu plynu, musí sa pohybovať určitou určitou rýchlosťou. Rýchlosť elektrónu závisí od rozdielu potenciálu na jeho strednej voľnej dráhe. Preto sa väčšinou neudáva rýchlosť elektrónu, ale minimálna hodnota rozdielu potenciálov, ktorá musí byť na dĺžke voľnej dráhy, aby elektrón nadobudol potrebnú rýchlosť do konca dráhy. Tento potenciálny rozdiel sa nazýva ionizačný potenciál.

Ionizačný potenciál pre plyny je 13 - 16 V (dusík, kyslík, vodík) a do 24,5 V (hélium), pre pary kovov je približne dvakrát nižší (7,7 V pre pary medi).

Tepelná ionizácia. Ide o proces ionizácie pod vplyvom vysokej teploty. Udržiavanie oblúka po jeho vzniku, t.j. poskytnutie vzniknutého oblúkového výboja dostatočným počtom voľných nábojov sa vysvetľuje hlavným a prakticky jediným typom ionizácie - tepelnou ionizáciou.

Teplota oblúkového stĺpca je v priemere 6000 - 10000 K, ale môže dosiahnuť aj vyššie hodnoty - až 18000 K. Pri tejto teplote sa výrazne zvyšuje počet rýchlo sa pohybujúcich častíc plynu, ako aj rýchlosť ich pohybu. Pri zrážke rýchlo sa pohybujúcich atómov alebo molekúl sa väčšina z nich zničí, pričom vznikajú nabité častice, t.j. plyn je ionizovaný. Hlavnou charakteristikou tepelnej ionizácie je stupeň ionizácie, čo je pomer počtu ionizovaných atómov v oblúkovej medzere k celkovému počtu atómov v tejto medzere. Súčasne s ionizačnými procesmi v oblúku dochádza k reverzným procesom, teda k opätovnému zjednocovaniu nabitých častíc a tvorbe neutrálnych častíc. Tieto procesy sú tzv deionizácia.

K deionizácii dochádza najmä v dôsledku rekombinácia a difúzia.

Rekombinácia. Proces, pri ktorom rôzne nabité častice prichádzajúce do vzájomného kontaktu vytvárajú neutrálne častice, sa nazýva rekombinácia.

V elektrickom oblúku sú negatívne častice väčšinou elektróny. Priame spojenie elektrónov s kladným iónom je nepravdepodobné kvôli veľkému rozdielu v rýchlostiach. Zvyčajne k rekombinácii dochádza pomocou neutrálnej častice, ktorú elektrón nabíja. Keď sa táto záporne nabitá častica zrazí s kladným iónom, vytvorí sa jedna alebo dve neutrálne častice.

Difúzia. Difúzia nabitých častíc je proces vynášania nabitých častíc z oblúkovej medzery do okolitého priestoru, čo znižuje vodivosť oblúka.

Difúzia je spôsobená elektrickými aj tepelnými faktormi. Hustota náboja v stĺpci oblúka sa zvyšuje od okraja k stredu. Vzhľadom na to vytvára elektrické pole, čo spôsobuje, že ióny sa pohybujú od stredu k okraju a opúšťajú oblasť oblúka. V rovnakom smere pôsobí aj teplotný rozdiel medzi oblúkovým stĺpom a okolitým priestorom. V stabilizovanom a voľne horiacom oblúku hrá difúzia zanedbateľnú úlohu.

Pokles napätia na stacionárnom oblúku je rozdelený nerovnomerne pozdĺž oblúka. Vzor poklesu napätia U D a intenzita elektrického poľa (pozdĺžny gradient napätia) E D = dU/dx pozdĺž oblúka je znázornené na obrázku (obr. 2). Pod stresovým gradientom E D označuje pokles napätia na jednotku dĺžky oblúka. Ako je zrejmé z obrázku, priebeh charakteristík U D a E D v oblastiach blízkych elektróde sa výrazne líši od správania charakteristík vo zvyšku oblúka. Na elektródach v oblasti blízkej katódy a blízkej anódy v dĺžkovom intervale rádovo 10 - 4 cm dochádza k prudkému poklesu napätia, tzv. katódové U do a anóda U a. Hodnota tohto poklesu napätia závisí od materiálu elektród a okolitého plynu. Celková hodnota poklesu anódového a katódového napätia je 15–30 V, gradient napätia dosahuje 105–106 V/cm.

Vo zvyšku oblúka, ktorý sa nazýva stĺpec oblúka, pokles napätia U D je takmer priamo úmerné dĺžke oblúka. Gradient je tu pozdĺž stonky približne konštantný. Závisí od mnohých faktorov a môže sa značne líšiť, dosahujúc 100–200 V/cm.

Pokles napätia v blízkosti elektródy U E nezávisí od dĺžky oblúka, úbytok napätia v stĺpci oblúka je úmerný dĺžke oblúka. Teda pokles napätia cez oblúkovú medzeru

U D = U E + E D l D,

kde: E D je intenzita elektrického poľa v stĺpci oblúka;

l D je dĺžka oblúka; U E = U na + U a.

Na záver treba ešte raz podotknúť, že v štádiu oblúkového výboja prevažuje tepelná ionizácia – štiepenie atómov na elektróny a kladné ióny vplyvom energie tepelného poľa. Pri žeravej - nárazovej ionizácii na katóde dochádza v dôsledku kolízie s elektrónmi urýchlenými elektrickým poľom a pri Townsendovom výboji prevláda nárazová ionizácia po celej medzere plynového výboja.

Statická prúdovo-napäťová charakteristika elektro

DC oblúky.

Najdôležitejšou charakteristikou oblúka je závislosť napätia na ňom od veľkosti prúdu. Táto charakteristika sa nazýva prúdové napätie. So zvyšujúcim sa prúdom i zvyšuje sa teplota oblúka, zvyšuje sa tepelná ionizácia, zvyšuje sa počet ionizovaných častíc vo výboji a znižuje sa elektrický odpor oblúka r d.

Napätie oblúka je ir e) Keď sa prúd zvyšuje, odpor oblúka klesá tak rýchlo, že napätie na oblúku klesá, aj keď sa prúd v obvode zvyšuje. Každá hodnota prúdu v ustálenom stave zodpovedá jej vlastnej dynamickej bilancii počtu nabitých častíc.

Pri prechode z jednej aktuálnej hodnoty na druhú sa tepelný stav oblúka nemení okamžite. Oblúková medzera má tepelná zotrvačnosť. Ak sa prúd mení pomaly v čase, potom tepelná zotrvačnosť výboja nemá vplyv. Každá hodnota prúdu zodpovedá jednej hodnote odporu oblúka alebo napätia na nej.

Závislosť napätia oblúka od prúdu s jeho pomalou zmenou je tzv charakteristika statického prúdu oblúky.

Statická charakteristika oblúka závisí od vzdialenosti medzi elektródami (dĺžka oblúka), materiálu elektród a parametrov prostredia, v ktorom oblúk horí.

Statické prúdovo-napäťové charakteristiky oblúka majú tvar kriviek znázornených na obr. 3.

Ryža. 3. Statické prúdovo-napäťové charakteristiky oblúka

Čím dlhší je oblúk, tým vyššia je jeho charakteristika statického prúdu a napätia. So zvyšovaním tlaku média, v ktorom horí oblúk, sa zvyšuje aj intenzita E D a prúdovo-napäťová charakteristika stúpa podobne ako na obr. 3.

Oblúkové chladenie výrazne ovplyvňuje túto charakteristiku. Čím intenzívnejšie je ochladzovanie oblúka, tým viac energie sa z neho odoberá. To by malo zvýšiť výkon generovaný oblúkom. Pre daný prúd je to možné zvýšením napätia oblúka. S rastúcim chladením je teda charakteristika prúdového napätia umiestnená vyššie. Toto je široko používané v zariadeniach na zhášanie oblúka prístrojov.

Dynamická prúdovo-napäťová charakteristika elektriky

DC oblúky.

Ak sa prúd v obvode mení pomaly, potom prúd i 1 zodpovedá oblúkovému odporu r D1, vyšší prúd i 2 zodpovedá menšiemu odporu r D2, ktorý je znázornený na obr. 4. (pozri statickú charakteristiku oblúka - krivka ALE).

Ryža. 4. Dynamická prúdovo-napäťová charakteristika oblúka.

V skutočných inštaláciách sa prúd môže meniť pomerne rýchlo. V dôsledku tepelnej zotrvačnosti stĺpca oblúka zmena odporu oblúka zaostáva za zmenou prúdu.

Závislosť napätia oblúka od prúdu s jeho rýchlou zmenou je tzv dynamická prúdovo-napäťová charakteristika.

Pri prudkom náraste prúdu dynamická charakteristika stúpa vyššie ako statická (krivka AT), pretože pri rýchlom náraste prúdu odpor oblúka klesá pomalšie, ako sa zvyšuje prúd. Pri znižovaní je nižší, keďže v tomto režime je odpor oblúka menší ako pri pomalej zmene prúdu (krivka OD).

Dynamická odozva je do značnej miery určená rýchlosťou zmeny prúdu v oblúku. Ak sa do obvodu zavedie veľmi veľký odpor na čas nekonečne malý v porovnaní s tepelnou časovou konštantou oblúka, potom počas doby, keď prúd klesne na nulu, odpor oblúka zostane konštantný. V tomto prípade bude dynamická charakteristika znázornená ako priamka prechádzajúca z bodu 2 k počiatku (priamka D), t. e) Oblúk sa správa ako kovový vodič, pretože napätie na oblúku je úmerné prúdu.

Podmienky zhášania jednosmerného oblúka.

Na uhasenie jednosmerného elektrického oblúka je potrebné vytvoriť také podmienky, aby v oblúkovej medzere pri všetkých prúdových hodnotách prebiehali deionizačné procesy intenzívnejšie ako ionizačné.

Ryža. 5. Rovnováha napätia v obvode s elektrickým oblúkom.

Zvážte elektrický obvod obsahujúci odpor R, indukčnosť L a oblúková medzera s poklesom napätia U D, na ktoré je privedené napätie U(obr. 5, a). Pri oblúku s konštantnou dĺžkou pre akýkoľvek časový okamih bude rovnica rovnováhy napätia v tomto obvode platná:

kde je pokles napätia na indukčnosti pri zmene prúdu.

Stacionárny režim bude taký, v ktorom sa prúd v obvode nemení, t.j. a rovnica stresovej rovnováhy bude mať tvar:

Na uhasenie elektrického oblúka je potrebné, aby prúd v ňom neustále klesal, t.j. , a

Grafické riešenie rovnice rovnováhy napätia je na obr. 5, b. Tu je priamka 1 je napätie zdroja U; šikmá čiara 2 - pokles napätia na odpore R(reostatická charakteristika obvodu) odpočítaná od napätia U, t.j. U-iR; krivka 3 – prúdovo-napäťová charakteristika oblúkovej medzery U D.

Vlastnosti elektrického oblúka striedavého prúdu.

Ak na zhasnutie jednosmerného oblúka je potrebné vytvoriť podmienky, pri ktorých by prúd klesol na nulu, potom pri striedavom prúde prúd v oblúku, bez ohľadu na stupeň ionizácie oblúkovej medzery, prechádza nulou každú polovicu- cyklu, t.j. každý polcyklus oblúk zhasne a znova sa zapáli. Úloha uhasiť oblúk je značne uľahčená. Tu je potrebné vytvoriť podmienky, pri ktorých by sa prúd po prechode nulou neobnovil.

Prúdovo-napäťová charakteristika oblúka striedavého prúdu pre jednu periódu je znázornená na obr. 6. Keďže aj pri priemyselnej frekvencii 50 Hz sa prúd v oblúku mení pomerne rýchlo, prezentovaná charakteristika je dynamická. Pri sínusovom prúde sa najskôr v úseku zvýši napätie oblúka 1, a potom v dôsledku zvýšenia prúdu klesá v oblasti 2 (sekcie 1 a 2 sa vzťahujú na prvú polovicu polcyklu). Po prechode prúdu maximom sa dynamická I–V charakteristika pozdĺž krivky zväčšuje 3 v dôsledku poklesu prúdu a potom klesá v oblasti 4 v dôsledku priblíženia sa napätia k nule (sekcie 3 a 4 patria do druhej polovice tej istej polovice periódy).

Ryža. 6. Prúdová charakteristika oblúka striedavého prúdu

Pri striedavom prúde je teplota oblúka premenlivá. Tepelná zotrvačnosť plynu sa však ukazuje ako dosť významná a v čase, keď prúd prechádza nulou, teplota oblúka, aj keď klesá, zostáva dosť vysoká. Napriek tomu pokles teploty, ku ktorému dochádza pri prechode prúdu nulou, prispieva k deionizácii medzery a uľahčuje uhasenie elektrického oblúka striedavého prúdu.

Elektrický oblúk v magnetickom poli.

Elektrický oblúk je vodičom plynného prúdu. Na tento vodič, ako aj na kovový, pôsobí magnetické pole, ktoré vytvára silu úmernú indukcii poľa a prúdu v oblúku. Magnetické pole, pôsobiace na oblúk, zväčšuje jeho dĺžku a posúva prvky oblúka v priestore. Priečny pohyb oblúkových prvkov vytvára intenzívne chladenie, čo vedie k zvýšeniu gradientu napätia na stĺpci oblúka. Keď sa oblúk pohybuje v plynnom médiu vysokou rýchlosťou, oblúk sa rozdelí na samostatné paralelné vlákna. Čím dlhší je oblúk, tým silnejšia je delaminácia oblúka.

Oblúk je mimoriadne mobilný vodič. Je známe, že na časť nesúcu prúd pôsobia také sily, ktoré majú tendenciu zvyšovať elektromagnetickú energiu obvodu. Pretože energia je úmerná indukčnosti, oblúk má pod vplyvom svojho vlastného poľa tendenciu vytvárať závity, slučky, pretože to zvyšuje indukčnosť obvodu. Táto schopnosť oblúka je tým silnejšia, čím väčšia je jeho dĺžka.

Oblúk pohybujúci sa vo vzduchu prekonáva aerodynamický odpor vzduchu, ktorý závisí od priemeru oblúka, vzdialenosti medzi elektródami, hustoty plynu a rýchlosti pohybu. Skúsenosti ukazujú, že vo všetkých prípadoch v rovnomernom magnetickom poli sa oblúk pohybuje konštantnou rýchlosťou. Preto je elektrodynamická sila vyvážená aerodynamickou odporovou silou.

Aby sa vytvorilo efektívne chladenie, oblúk sa pomocou magnetického poľa vtiahne do úzkej (priemer oblúka väčší ako šírka štrbiny) medzi stenami z materiálu odolného voči oblúku s vysokou tepelnou vodivosťou. V dôsledku zvýšenia prenosu tepla na steny štrbiny je gradient napätia v stĺpci oblúka v prítomnosti úzkej štrbiny oveľa vyšší ako v prípade oblúka, ktorý sa voľne pohybuje medzi elektródami. To umožňuje skrátiť dĺžku a čas hasenia potrebný na hasenie.

Spôsoby ovplyvňovania elektrického oblúka v spínacích zariadeniach.

Účelom dopadu na stĺpec oblúka vznikajúceho v aparáte je zvýšiť jeho aktívny elektrický odpor až do nekonečna, kedy spínací prvok prechádza do izolačného stavu. Takmer vždy sa to dosiahne intenzívnym chladením stĺpca oblúka, znížením jeho teploty a obsahu tepla, v dôsledku čoho sa znižuje stupeň ionizácie a počet nosičov elektriny a ionizovaných častíc a zvyšuje sa elektrický odpor plazmy.

Na úspešné uhasenie elektrického oblúka v nízkonapäťových spínacích zariadeniach musia byť splnené nasledujúce podmienky:

1) zväčšite dĺžku oblúka jeho natiahnutím alebo zvýšením počtu prestávok na pól spínača;

2) posuňte oblúk na kovové platne oblúkovej komory, čo sú obidva radiátory, ktoré absorbujú tepelnú energiu oblúkového stĺpca a rozdeľujú ho na sériu oblúkov zapojených do série;

3) premiestniť oblúkový stĺp magnetickým poľom do štrbinovej komory vyrobenej z oblúkovo odolného izolačného materiálu s vysokou tepelnou vodivosťou, kde sa oblúk pri styku so stenami intenzívne ochladzuje;

4) vytvorte oblúk v uzavretej trubici z materiálu generujúceho plyn - vlákna; plyny uvoľnené pod vplyvom teploty vytvárajú vysoký tlak, ktorý prispieva k uhaseniu oblúka;

5) znížiť koncentráciu kovových pár v oblúku, na tento účel vo fáze navrhovania zariadení použiť vhodné materiály;

6) uhasiť oblúk vo vákuu; pri veľmi nízkom tlaku plynu nie je dostatok atómov plynu na ich ionizáciu a podporu vedenia prúdu v oblúku; elektrický odpor kanála stĺpca oblúka je veľmi vysoký a oblúk zhasne;

7) synchrónne otvárať kontakty pred prechodom striedavého prúdu cez nulu, čo výrazne znižuje uvoľňovanie tepelnej energie vo výslednom oblúku, t.j. prispieva k zániku oblúka;

8) používať čisto aktívne odpory, posúvajúce oblúk a uľahčujúce podmienky na jeho zhasnutie;

9) používajú polovodičové prvky, ktoré posúvajú medzikontaktnú medzeru, čím prepínajú oblúkový prúd na seba, čo prakticky eliminuje tvorbu oblúka na kontaktoch.

Počas prevádzky sa elektrické obvody neustále uzatvárajú a otvárajú. Už dlho sa zistilo, že v okamihu otvorenia sa medzi kontaktmi vytvorí elektrický oblúk. Pre jeho vzhľad stačí napätie viac ako 10 voltov a prúd viac ako 0,1 ampéra. Pri vyšších hodnotách prúdu a napätia vnútorná teplota oblúka často dosahuje 3-15 tisíc stupňov. To sa stáva hlavnou príčinou roztavených kontaktov a živých častí.

Ak je napätie 110 kilovoltov a vyššie, v tomto prípade môže dĺžka oblúka dosiahnuť dĺžku viac ako jeden meter. Takýto oblúk predstavuje vážne nebezpečenstvo pre osoby pracujúce s výkonnými elektrárňami, preto je potrebné jeho maximálne obmedzenie a rýchle zhasnutie v akýchkoľvek obvodoch bez ohľadu na hodnotu napätia.

Čo je elektrický oblúk

Najtypickejším príkladom je elektrický zvárací oblúk, ktorý sa prejavuje vo forme nepretržitého elektrického výboja v plazme. Na druhej strane, plazma sú ionizované plyny zmiešané medzi sebou a pary zložiek ochrannej atmosféry, základného a prídavného kovu.

Elektrický oblúk je teda spaľovanie elektrického výboja medzi dvoma elektródami umiestnenými v horizontálnej rovine. Pôsobením zahriatych plynov smerujúcich nahor sa tento výboj ohne a stane sa viditeľným ako oblúk alebo oblúk.

Tieto vlastnosti umožnili v praxi využiť oblúk ako vodič plynu, pomocou ktorého Elektrická energia premenený na teplo, čím vzniká vysoká intenzita ohrevu. Tento proces je možné pomerne jednoducho riadiť zmenou elektrických parametrov.

Za normálnych podmienok plyny nevedú elektrický prúd. Ak však nastanú priaznivé podmienky, môžu byť ionizované. Ich atómy alebo molekuly sa stávajú kladnými alebo zápornými iónmi. Pôsobením vysokej teploty a vonkajšieho elektrického poľa s vysokou intenzitou sa plyny menia a prechádzajú do stavu plazmy, ktorá má všetky vlastnosti vodiča.

Ako vzniká zvárací oblúk

• Najprv sa objaví kontakt medzi koncom elektródy a obrobkom, ktorý ovplyvňuje oba povrchy.
• Pôsobením prúdu s vysokou hustotou sa povrchové častice rýchlo roztavia a vytvoria vrstvu tekutého kovu. Neustále sa zvyšuje v smere elektródy, po ktorej sa zlomí.
• V tomto momente sa kov veľmi rýchlo vyparí a výbojová medzera sa začne zapĺňať iónmi a elektrónmi. Aplikované napätie spôsobuje ich pohyb smerom k anóde a katóde, čo vedie k budeniu zváracieho oblúka.
• Začína sa proces tepelnej ionizácie, v ktorom sa kladné ióny a voľné elektróny naďalej koncentrujú, plyn v oblúkovej medzere je ešte viac ionizovaný a samotný oblúk sa stáva stabilným.
• Pod jeho vplyvom sa kovy obrobku a elektródy roztavia a v kvapalnom stave sa navzájom zmiešajú.
• Po ochladení sa na tomto mieste vytvorí zvarový šev.

Zhášanie elektrického oblúka v spínacích zariadeniach

Odpojenie prvkov elektrického obvodu musí byť vykonané veľmi opatrne, bez poškodenia spínacieho zariadenia. Samotné otvorenie kontaktov nestačí, je potrebné správne uhasiť oblúk, ktorý medzi nimi vzniká.

Procesy horenia a zhášania oblúka sa medzi sebou výrazne líšia v závislosti od použitia v sieti. Ak nie je žiadny konkrétny problém s jednosmerným prúdom, potom so striedavým prúdom je potrebné zvážiť niekoľko faktorov. Po prvé, prúd oblúka prechádza nulovou značkou v každom polcykle. V tomto okamihu sa uvoľňovanie energie zastaví, v dôsledku čoho oblúk spontánne zhasne a znova sa rozsvieti. V praxi sa prúd blíži k nule ešte pred prekročením nulovej značky. Je to spôsobené znížením prúdu a znížením energie dodávanej do oblúka.

V súlade s tým klesá aj jeho teplota, čo spôsobuje ukončenie tepelnej ionizácie. V samotnej medzere oblúka dochádza k intenzívnej deionizácii. Ak v tomto okamihu dôjde k rýchlemu otvoreniu a zapojeniu kontaktov, nemusí dôjsť k poruche, obvod sa vypne bez vzniku oblúka.

V praxi vytvárať také ideálne podmienky veľmi ťažké. V tomto ohľade boli vyvinuté špeciálne opatrenia na urýchlenie zhasnutia oblúka. Rôzne technické riešenia umožňujú rýchlo ochladiť oblúkovú medzeru a znížiť počet nabitých častíc. V dôsledku toho dochádza k postupnému zvyšovaniu elektrickej sily tejto medzery a súčasnému zvyšovaniu obnovovacieho napätia v nej.

Obe hodnoty sú na sebe závislé a ovplyvňujú zapálenie oblúka v nasledujúcom polcykle. Ak dielektrická sila prekročí obnovovacie napätie, oblúk sa už nezapáli. V opačnom prípade bude horieť nepretržite.

Hlavné metódy hasenia oblúka

Pomerne často sa používa metóda predlžovania oblúka, keď v procese rozbiehania kontaktu pri rozpojení obvodu dochádza k jeho naťahovaniu (obr. 1). Zväčšením povrchu sa výrazne zlepšujú podmienky chladenia a na podporu horenia je potrebná väčšia hodnota napätia.

1.

V inom prípade je všeobecný elektrický oblúk rozdelený na samostatné krátke oblúky (obr. 2). Na to je možné použiť špeciálny kovový rošt. V jeho doskách sa pri pôsobení indukuje elektromagnetické pole, ktoré napína oblúk na oddelenie. Táto metóda je široko používaná v spínacích zariadeniach s napätím menším ako 1 kV. Typickým príkladom sú vzduchové ističe.

2.

Celkom efektívne je hasenie v malých objemoch, teda vo vnútri oblúkových žľabov. Tieto zariadenia majú pozdĺžne štrbiny, ktoré sa zhodujú pozdĺž osí so smerom hriadeľa oblúka. V dôsledku kontaktu so studenými povrchmi sa oblúk začne rýchlo ochladzovať, čím sa aktívne uvoľňujú nabité častice do okolia.

Použitie vysoký tlak. V tomto prípade zostáva teplota nezmenená, tlak sa zvyšuje a ionizácia klesá. Za takýchto podmienok sa oblúk intenzívne ochladzuje. Na vytvorenie vysokého tlaku sa používajú tesne uzavreté komory. Metóda je obzvlášť účinná pre poistky a iné zariadenia.

Oblúk je možné uhasiť pomocou oleja v mieste, kde sú umiestnené kontakty. Keď sa otvoria, objaví sa oblúk, pod vplyvom ktorého sa olej začne aktívne odparovať. Ukázalo sa, že je pokrytý plynovou bublinou alebo škrupinou, ktorá pozostáva zo 70-80% vodíka a olejových pár. Pod vplyvom uvoľnených plynov vstupujúcich priamo do zóny valca sa studený a horúci plyn vo vnútri bubliny mieša, čím sa intenzívne ochladzuje oblúková medzera.

Iné spôsoby hasenia

Elektrický oblúk je možné uhasiť zvýšením jeho odporu. Postupne sa zvyšuje a prúd klesá na hodnotu nedostatočnú na udržanie horenia. Hlavnou nevýhodou tejto metódy je dlhá doba zhášania, počas ktorej sa v oblúku rozptýli veľké množstvo energie.

Zvýšenie odporu oblúka sa dosahuje rôznymi spôsobmi:

• Predĺženie oblúka, pretože jeho odpor je priamo úmerný dĺžke. Aby ste to dosiahli, musíte zmeniť medzeru medzi kontaktmi v smere nárastu.
• Chladenie média medzi kontaktmi, kde sa nachádza oblúk. Najčastejšie sa používa fúkanie, nasmerované pozdĺž oblúka.
• Kontakty sú umiestnené v plynnom médiu s nízkym stupňom ionizácie alebo vo vákuovej komore. Táto metóda sa používa v plynových a vákuových ističoch.
• Prierez oblúka možno zmenšiť jeho prechodom cez úzky otvor alebo zmenšením kontaktnej plochy.

V obvodoch so striedavým napätím sa na zhasnutie oblúka používa metóda nulového prúdu. V tomto prípade je odpor udržiavaný na nízkej úrovni, kým prúd neklesne na nulu. Výsledkom je prirodzené zhasnutie a zapaľovanie sa už neopakuje, aj keď sa napätie na kontaktoch môže zvýšiť. Na konci každého polcyklu nastane pokles na nulu a oblúk na krátky čas zhasne. Ak zvýšite dielektrickú pevnosť medzery medzi kontaktmi, oblúk zostane zhasnutý.

Dôsledky elektrického oblúka

Deštruktívny účinok oblúka predstavuje vážne nebezpečenstvo nielen pre zariadenia, ale aj pre pracujúcich ľudí. Za nepriaznivých okolností si môžete privodiť vážne popáleniny. Niekedy porážka oblúka končí smrťou.

Elektrický oblúk sa spravidla vyskytuje v okamihu náhodného kontaktu s časťami alebo vodičmi nesúcimi prúd. Pôsobením skratového prúdu sa drôty tavia, vzduch sa ionizuje a vytvárajú sa ďalšie priaznivé podmienky pre vznik plazmového kanála.

V súčasnosti sa v oblasti elektrotechniky dosahujú výrazné pozitívne výsledky pomocou moderných ochranných prostriedkov vyvinutých proti elektrickému oblúku.