Тема 8. Властивості й характеристика електричної дуги

 

Розмикання електричних кіл комутуючими пристроями звичайно супроводжується виникненням електричної дуги. Дуга виникає при струмах, більших 0,5 ÷ 1,0 А і напругах вищих 15 ÷ 18 В. У тягових апаратах дуга з'являється при розмиканні під струмом силових і допоміжних кіл, а також кіл керування з особливо великими індуктивностями.

Пристрої дугогасіння слід розглядати як засоби керування електричною дугою, для чого необхідно знати її властивості й характеристику. Звичайно дугу визначають як один з видів електричних розрядів у газовому середовищі.

Електрична дуга – це процес проходження струму в середовищі іонізованих газів при термічному характері їхньої іонізації.

Інші види проходження струму в газах, а саме – корона, не здійснюють помітного впливу на роботу звичайних тягових апаратів, тому їх тут розглядати не будемо.

Термічна іонізація, властива електричній дузі, значною мірою залежить від ступеня іонізації х – відношення числа іонізованих часток N_і до їх загального числа N в одиниці об'єму х = N_і/N. У тягових апаратах значення х порівняно невелике (0,4÷0,5). При цьому іонізуються переважно не частки повітря, а пари електродів.

Густина струму в дугах, властивих тяговим апаратам, велика; вона пнрнбуває в межах 40 ÷ 90 А/мм², хоча в окремих випадках може бути і значно вищою. Із підвищенням температури густина струму в дузі зростає. Звичайно на катоді утворюється катодна пляма у вигляді розплавленого металу, що випаровується, в безпосередній близькості від якої виникає об'ємний заряд – електронна хмара. Незважаючи на відносно невелику різницю потенціалів щодо катода 10÷15 В (це обумовлено незначною відстанню від нього до катода) виникає градієнт потенціалу, що досягає 10⁵ ÷ 10⁶ В/мм. Це надає такі швидкості електронам, за якої вони в стані вибивати з поверхні навіть порівняно холодного катода нові електрони та іони.

Однак стійке горіння дуги відбувається звичайно лише при активному (розпеченому) катоді. Розміри катодної плями випадкові. Його площу, мм², орієнтовно можна підрахувати, користуючись емпіричною залежністю мм², де і – струм, A.

Стовбур дуги являє собою потік іонів, заряджених негативно, хоча в ньому є і якась (дуже невелика) кількість позитивних іонів, а також вільних електронів. Стовбур можна розглядати як своєрідний провідник (рис.33) із багатьма властивостями газів і незначним зв'язком між окремими частками.

Таким чином, стовбур легко деформується під впливом різних зовнішніх факторів.

Падіння напруги за довжиною дуги можна підрозділити на три складові:

Тут U_к – падіння напруги в безпосередній близькості від катода, між катодною плямою та електронною хмарою; U_с – падіння напруги в стовбурі дуги, довжина якого дорівнює майже всій довжині дуги l_д; U_а – падіння напруги в анода в безпосередній близькості від нього; Е – градієнт падіння напруги в дузі:

Як видно з рис.32, градієнт падіння напруги в стовбурі дуги постійний.

 

Рис.32. Стовбур дуги

(А – анод, К – катод, lд – довжина дуги, d_д –діаметр дуги, I_д – струм дуги)

 

Рис.33. Падіння напруги в дузі

 

Потужності втрат у дузі

Падіння напруги в дузі визначає потужність утрат ΔР_д, що розсіюються нею:

Потужність втрат у катода витрачається на утворення і підтримку катодної плями, на випар металу і створення електронної емісії – прискорення електронів, що виділяються з плями. Втрати катода виділяються в настільки вузькому просторі, що викликають інтенсивне нагрівання дуги. Саме тут температури найбільші, вони досягають (6÷8)∙10^{3 о}К. Температура самої контактної плями трохи нижча внаслідок гарної теплопровідності металу електродів, що забезпечує інтенсивне відведення тепла.

Потужність втрат у анода, викликана падінням напруги U_а, витрачається на виділення вільних електронів з негативно заряджених іонів і проникання їх у тіло анода. Вона виділяється в дуже вузькому просторі безпосередньо на поверхні анода. Це викликає значне нагрівання опорної точки дуги на аноді й його оплавлення.

Потужність втрат у стовбурі дуги витрачається на відтворення іонів, загублених у стовбурі внаслідок їхнього розсіювання, тобто це потужність теплових втрат у стовбурі дуги. Вона тим більша, чим більше поверхня стовбура й особливо довжина дуги. Таким чином, падіння напруги в стовбурі EC пропорційне l_д. Разом із тим, воно залежить і від градієнта падіння напруги в дузі, що обумовлене знаходженням стовбура дуги і, звичайно, умовами його охолодження.

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: