При комутації електричних приладів або перенапруг у ланцюгу між струмовідними частинами може з'явитися електрична дуга. Вона може використовуватися в корисних технологічних цілях і в той же час шкодити обладнанню. Нині інженери розробили низку методів боротьби та використання у корисних цілях електричної дуги. У цій статті ми розглянемо, як вона виникає, її наслідки та сферу застосування.

Освіта дуги, її будова та властивості

Припустимо, що ми в лабораторії проводимо експеримент. У нас є два провідники, наприклад, металеві цвяхи. Розташуємо їх вістрям один до одного на невеликій відстані і підключимо до цвяхів висновки регульованого джерела напруги. Якщо поступово збільшувати напругу джерела живлення, то за певного його значення ми побачимо іскри, після чого утворюється стійке свічення подібне до блискавки.

Отже можна спостерігати процес її освіти. Світіння, що утворюється між електродами – це плазма. Фактично це і є електрична дуга чи протікання електричного струмучерез газове середовище між електродами. На малюнку нижче ви бачите її будову та вольт-амперну характеристику:

А тут – приблизні величини температур:

Чому виникає електрична дуга

Все дуже просто, ми розглядали в статті про , а також у статті про , що якщо будь-яке тіло, що проводить (сталевий цвях, наприклад) внести в електричне поле - на його поверхні почнуть накопичуватися заряди. При тому, що менше радіус вигину поверхні, то їх більше накопичується. Говорячи простою мовою- Заряди накопичуються на вістря цвяха.

Між нашими електродами повітря – це газ. Під впливом електричного поля відбувається його іонізація. Внаслідок цього виникають умови для утворення електричної дуги.

Напруга, у якому виникає дуга, залежить від конкретного середовища та її стану: тиску, температури та інших факторів.

Цікаво:за однією з версій це явище так називається через її форму. Справа в тому, що в процесі горіння розряду повітря або інший газ, що її оточує, розігрівається і піднімається вгору, в результаті чого відбувається спотворення прямолінійної форми і ми бачимо дугу або арку.

Для запалювання дуги потрібно або подолати напругу пробою середовища між електродами або розірвати електричний ланцюг. Якщо в ланцюзі є велика індуктивність, то, згідно із законами комутації, струм у ньому не може перерватися миттєво, він протікатиме і надалі. У зв'язку з цим зростатиме напруга між роз'єднаними контактами, а дуга горітиме поки не зникне напруга і не розсіється енергія, накопичена в магнітному полі котушки індуктивності.

Розглянемо умови запалення та горіння:

Між електродами має бути повітря чи інший газ. Для подолання напруги пробою середовища буде потрібна висока напруга в десятки тисяч вольт – це залежить від відстані між електродами та інших факторів. Для підтримки горіння дуги достатньо 50-60 Вольт і струму 10 і більше Ампер. Конкретні величини залежать від довкілля, форми електродів та відстані між ними.

Шкода та боротьба з нею

Ми розглянули причини виникнення електричної дуги, тепер давайте розберемося, яку шкоду вона завдає і способи її гасіння. Електрична дуга завдає шкоди комутаційній апаратурі. Ви помічали, що, якщо увімкнути потужний електроприлад у мережу і через якийсь час висмикнути вилку з розетки, відбувається невеликий спалах. Ця дуга утворюється між контактами вилки та розетки внаслідок розриву електричного ланцюга.

Важливо!Під час горіння електричної дуги виділяється багато тепла, температура її горіння досягає значень понад 3000 градусів за Цельсієм. У високовольтних ланцюгах довжина дуги сягає метра і більше. Виникає небезпека як завдання шкоди здоров'ю людей, так і стану обладнання.

Те саме відбувається і у вимикачах освітлення, іншій комутаційній апаратурі серед яких:

• автоматичні вимикачі;
• магнітні пускачі;
• контактори та інше.

В апаратах, що використовуються у мережах 0,4 кВ, у тому числі і звичні 220 В, використовують спеціальні засобизахисту – дугогасні камери. Вони потрібні щоб зменшити шкоду, яка завдається контактам.

У загальному виглядіДугогасна камера являє собою набір провідних перегородок особливої ​​конфігурації та форми, скріплених стінками з діелектричного матеріалу.

При розмиканні контактів плазма, що утворилася, згинається в бік камери дугогасіння, де роз'єднується на невеликі ділянки. В результаті вона охолоджується та гаситься.

У високовольтних мережах використовують масляні, вакуумні газові вимикачі. У масляному вимикачі гасіння відбувається комутацією контактів у масляній ванні. При горінні електричної дуги в маслі воно розкладається на водень та гази. Навколо контактів утворюється газова бульбашка, яка прагне вирватися з камери з великою швидкістю і дуга охолоджується, оскільки водень має гарну теплопровідність.

У вакуумних вимикачах не іонізуються гази та немає умов для горіння дуги. Також є вимикачі, наповнені газом під високим тиском. При утворенні електричної дуги температура в них не підвищується, підвищується тиск, а через це зменшується іонізація газів або відбувається деіонізація. Перспективним напрямомвважаються.

Також можлива комутація за нульового значення змінного струму.

Корисне застосування

Розглянуте явище знайшло й низку корисних застосувань, наприклад:

Тепер ви знаєте, що таке електрична дуга, які причини виникнення даного явища та можливі сфери застосування. Сподіваємося, дана інформація була для вас зрозумілою та корисною!

Матеріали

Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії

Електрична дуга (волтова дуга, дуговий розряд) - фізичне явище, один із видів електричного розряду в газі.

Будова дуги

Електрична дуга складається з катодної та анодної областей, стовпа дуги, перехідних областей. Товщина анодної області становить 0,001 мм, катодної області – близько 0,0001 мм.

Температура в анодній області при зварюванні електродом, що плавиться, становить близько 2500 ... 4000 ° С, температура в стовпі дуги - від 7 000 до 18 000 ° С, в області катода - 9000 - 12000 ° С.

Стовп дуги електрично нейтральний. У будь-якому його перерізі знаходяться однакова кількістьзаряджених частинок протилежних знаків. Падіння напруги в стовпі дуги пропорційне його довжині.

Зварювальні дуги класифікують за:

• Матеріалам електрода - з електродом, що плавиться і неплавиться;
• Ступені стиснення стовпа - вільну та стислу дугу;
• По струму, що використовується - дуга постійного і дуга змінного струму;
• По полярності постійного електричного струму - прямої полярності ("-" на електроді, "+" - на виробі) та зворотної полярності;
• При використанні змінного струму - дуги однофазна та трифазна.

Саморегулювання дуги

При виникненні зовнішнього відшкодування - зміни напруги мережі, швидкості подачі дроту та ін. виникає порушення в рівновазі, що встановилася між швидкістю подачі і швидкістю плавлення. При збільшенні довжини дуги в ланцюзі зменшуються зварювальний струм і швидкість плавлення електродного дроту, а швидкість подачі, залишаючись постійною, стає більшою за швидкість плавлення, що призводить до відновлення довжини дуги. При зменшенні довжини дуги швидкість плавлення дроту стає більшою за швидкість подачі, це призводить до відновлення нормальної довжини дуги .

На ефективність процесу саморегулювання дуги значно впливає форма вольт-амперної характеристики джерела живлення. Велика швидкодія коливання довжини дуги відпрацьовується автоматично при жорстких ланцюгах ВАХ.

Боротьба з електричною дугою

У ряді пристроїв явище електричної дуги є шкідливим. Це насамперед контактні комутаційні пристрої, що використовуються в електропостачанні та електроприводі: високовольтні вимикачі, автоматичні вимикачі, контактори, секційні ізолятори на контактній мережі електрифікованих залізницьта міського електротранспорту. При відключенні навантажень вищевказаними апаратами між контактами, що розмикаються, виникає дуга.

Механізм виникнення дуги у разі наступний:

• Зменшення контактного тиску – кількість контактних точок зменшується, зростає опір у контактному вузлі;
• Початок розходження контактів – утворення «містків» із розплавленого металу контактів (у місцях останніх контактних точок);
• Розрив та випаровування «містків» з розплавленого металу;
• Утворення електричної дуги в парах металу (що сприяє більшій іонізації контактного проміжку та труднощі під час гасіння дуги);
• Стійке горіння дуги зі швидким вигорянням контактів.

Для мінімального пошкодження контактів необхідно погасити дугу в мінімальний час, докладаючи всіх зусиль щодо недопущення знаходження дуги на одному місці (при русі дуги теплота, що виділяється в ній, буде рівномірно розподілятися по тілу контакту).

Для виконання вищезазначених вимог застосовуються наступні методиборотьби з дугою:

• охолодження дуги потоком охолодного середовища - рідини (масляний вимикач); газу - (повітряний вимикач, автогазовий вимикач, масляний вимикач, елегазовий вимикач), причому потік охолоджуючого середовища може проходити як вздовж стовбура дуги (поздовжнє гасіння), так і поперек (поперечне гасіння); іноді застосовується поздовжньо-поперечне гасіння;
• використання дугогасної здатності вакууму - відомо, що при зменшенні тиску газів, що оточують комутовані контакти до певного значення, призводить до ефективного гасіння дуги (у зв'язку з відсутністю носіїв освіти дуги) вакуумний вимикач .
• використання дугостійкого матеріалу контактів;
• застосування матеріалу контактів із вищим потенціалом іонізації;
• застосування дугогасних грат (автоматичний вимикач, електромагнітний вимикач). Принцип застосування дугогасіння на ґратах ґрунтується на застосуванні ефекту навколокатодного падіння в дузі ( більша частинападіння напруги в дузі - це падіння напруги на катоді; дугогасні грати - фактично ряд послідовних контактів для дуги, що потрапила туди).
• використання дугогасних камер - потрапляючи в камеру з дугостійкого матеріалу, наприклад слюдопласту, з вузькими, іноді зигзагоподібними каналами, дуга розтягується, стискається та інтенсивно охолоджується від зіткнення зі стінками камери.
• використання «магнітного дуття» - оскільки дуга сильно іонізована, то її в першому наближенні можна вважати як гнучкий провідник зі струмом; створюючи спеціальними електромагнітами (включених послідовно з дугою) магнітне поле можна створювати рух дуги для рівномірного розподілу тепла по контакту, так і для загону її в дугогасну камеру або грати. У деяких конструкціях вимикачів створюється магнітне радіальне поле, що надає дузі обертальний момент.
• шунтування контактів у момент розмикання силовим напівпровідниковим ключем тиристором або симістором, включеним паралельно контактам, після розмикання контактів напівпровідниковий ключ відключається в момент переходу напруги через нуль (гібридний контактор, тирикон).

Див. також

Напишіть відгук про статтю "Електрична дуга"

Література

• Дуга електрична- Стаття з .
• Іскровий розряд- стаття з Великої радянської енциклопедії.
• Райзер Ю. П.Фізика газового розряду - 2-ге вид. – М.: Наука, 1992. – 536 с. - ISBN 5-02014615-3.
• Родштейн Л. А. Електричні апарати, Л 1981
• Clerici, Matteo; Hu, Yi; Lassonde, Philippe; Milián, Карл; Couairon, Arnaud; Christodoulides, Demetrios N.; Chen, Zhigang; Razzari, Luca; Vidal, François (2015-06-01). "Laser-assisted guiding of electric discharges around objects". Science Advances 1 (5): e1400111. Bibcode:2015SciA....1E0111C. doi:10.1126/sciadv.1400111. ISSN 2375-2548.

Посилання

Примітки

Термінологія Електрична дугова Зварювання тиском Контактна зварка Інші види зварювання Обладнання та спорядження Професійні захворювання Професійні організації

Уривок, що характеризує Електрична дуга

– On fera du chemin cette fois ci. Ох! quand il s'en mele lui meme ca chauffe... Nom de Dieu... Le voila!.. Vive l'Empereur! Les voila on les Steppes de l'Asie! Vilain pays tout de meme. Empereur!.. preur! Si on me fait gouverneur aux Indes, Gerard, je te fais ministre 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? Le petit caporal… Ось як він сам візьметься, справа закипить. Їй богу… Ось він… Ура, імператор! ось вони, азіатські степи... Проте погана країна... До побачення, Боше. Я тобі залишу найкращий палац у Москві. До побачення, бажаю успіху. Бачив імператора? Ура! ось він! Бачиш його? Я його двічі як тебе бачив. Маленький капрал… Я бачив, як він навісив хрест одному зі старих… Ура, імператор! всіх обличчях цих людей був один загальний вираз радості про початок давно очікуваного походу і захоплення і відданості до людини в сірому сюртуку, що стояв на горі.
13 го червня Наполеону подали невеликого чистокровного арабського коня, і він сів і поїхав галопом до одного з мостів через Німан, невпинно оглушуваний захопленими криками, які він, очевидно, переносив тільки тому, що не можна було заборонити їм цими криками виражати свою любов до нього; але ці крики, супутні йому скрізь, обтяжували його і відволікали його від військової турботи, що охопила його з того часу, як він приєднався до війська. Він проїхав по одному з мостів, що гойдалися на човнах, на той бік, круто повернув ліворуч і галопом поїхав до Ковно, що передував завмиравши від щастя, захопленими гвардійськими кінними єгерями, розчищаючи дорогу по військах, що скакали попереду його. Під'їхавши до річки Вілії, він зупинився біля польського уланського полку, що стояв на березі.
– Віват! – також захоплено кричали поляки, засмучуючи фронт і давлячи один одного, щоб побачити його. Наполеон оглянув річку, зліз із коня і сів на колоду, що лежала на березі. По безсловесному знаку йому подали трубу, він поклав її на спину щасливого пажа, що підбіг, і став дивитися на той бік. Потім він поринув у розглядання аркуша карти, розкладеного між колодами. Не підводячи голови, він сказав щось, і двоє його ад'ютантів поскакали до польських уланів.
– Що? Що він сказав? – чулося в лавах польських уланів, коли один ад'ютант підскакав до них.
Було наказано, знайшовши брід, перейти на той бік. Польський уланський полковник, гарний стара людина, розчервонівшись і плутаючись у словах від хвилювання, спитав у ад'ютанта, чи дозволено йому переплисти зі своїми уланами річку, не шукаючи броду. Він із очевидним страхом за відмову, як хлопчик, який просить дозволу сісти на коня, просив, щоб йому дозволили перепливти річку в очах імператора. Ад'ютант сказав, що, ймовірно, імператор не буде незадоволений цією зайвою старанністю.
Як тільки ад'ютант сказав це, старий вусатий офіцер із щасливим обличчям та блискучими очима, піднявши догори шаблю, прокричав: «Віват! - І, скомандувавши уланам слідувати за собою, дав шпори коня і підскакав до річки. Він злісно штовхнув коня, що зам'явся під собою, і бухнувся у воду, прямуючи вглиб до швидкої течії. Сотні уланів поскакали за ним. Було холодно й моторошно на середині та на бистрині течії. Улани чіплялися один за одного, звалювалися з коней, коні деякі тонули, тонули й люди, інші намагалися пливти хтось на сідлі, хтось тримаючись за гриву. Вони намагалися пливти вперед на той бік і, незважаючи на те, що за півверсти була переправа, пишалися тим, що вони пливуть і тонуть у цій річці під поглядами людини, яка сиділа на колоді і навіть не дивилася на те, що вони робили. Коли ад'ютант, що повернувся, обравши зручну хвилину, дозволив собі звернути увагу імператора на відданість поляків до його особи, маленька людинав сірому сюртуку встав і, покликавши до себе Бертьє, почав ходити з ним туди-сюди берегом, віддаючи йому накази і зрідка невдоволено поглядаючи на улан, що тонули, розважали його увагу.
Для нього було не нове переконання в тому, що присутність його на всіх кінцях світу, від Африки до степів Московії, однаково вражає і кидає людей у ​​безумство самозабуття. Він наказав подати собі коня і поїхав у свою стоянку.
Людина сорок улан потонула в річці, незважаючи на вислані на допомогу човни. Більшість прибилася назад до цього берега. Полковник і кілька людей перепливли річку і насилу вилізли на той берег. Але тільки-но вони вилізли в мокрій сукні, що стікає струмками, вони закричали: «Віват!», захоплено дивлячись на те місце, де стояв Наполеон, але де його вже не було, і в ту хвилину вважали себе щасливими.
Увечері Наполеон між двома розпорядженнями – одне про те, щоб якнайшвидше доставити заготовлені фальшиві російські асигнації для ввезення до Росії, та інше про те, щоб розстріляти саксонця, у перехопленому листі якого знайдені відомості про розпорядження щодо французької армії, – зробив третє розпорядження – про зарахування польського полковника, що кинувся без потреби, до когорти честі (Legion d'honneur), якою Наполеон був головою.
Qnos vult perdere - dementat. [Кого хоче занапастити – позбавить розуму (лат.)]

Російський імператор тим більше місяця вже жив у Вільні, роблячи огляди і маневри. Ніщо не було готове для війни, на яку всі очікували і для приготування до якої імператор приїхав з Петербурга. Спільного плану дій не було. Коливання про те, який план з усіх тих, що пропонувалися, має бути прийнятий, тільки ще більше посилилися після місячного перебування імператора головній квартирі. У трьох арміях був у кожній окремий головнокомандувач, але спільного начальника над усіма арміями був, і імператор не приймав він цього звання.
Чим довше живімператор у Вільні, тим менше готувалися до війни, втомившись чекати її. Всі прагнення людей, що оточували государя, здавалося, були спрямовані лише на те, щоб змушувати государя, приємно проводячи час, забути про майбутню війну.
Після багатьох балів і свят у польських магнатів, у придворних і в самого государя, у червні місяці одному з польських генерал-ад'ютантів государя прийшла думка дати обід і бал государеві від імені його генерал-ад'ютантів. Думка ця радісно була прийнята всіма. Государ виявив згоду. Генерал ад'ютанти зібрали за підпискою гроші. Особа, яка найбільше могла бути приємна государю, була запрошена бути господаркою балу. Граф Бенігсен, поміщик Віленської губернії, запропонував свій заміський будинок для цього свята, і 13 червня було призначено обід, бал, катання на човнах та феєрверк у Закреті, заміському будинкуграфа Бенігсена.
Того самого дня, коли Наполеоном був відданий наказ про перехід через Німан і передові війська його, відтіснивши козаків, перейшли через російський кордон, Олександр проводив вечір на дачі Бенігсена - на балі, що дається генерал ад'ютантами.
Було веселе, блискуче свято; знавці справи казали, що рідко збиралося в одному місці стільки красунь. Графиня Безухова серед інших російських жінок, які приїхали за государем з Петербурга до Вільні, була цьому балі, затемняючи своєю важкої, так званої російської красою витончених польських жінок. Вона була помічена, і пан удостоїв її танцю.
Борис Друбецькой, en garcon (холостяком), як він казав, залишивши свою дружину в Москві, був також на цьому балі і, хоч не генерал-ад'ютант, був учасником на велику суму у підписці для балу. Борис тепер був багата людина, що далеко пішла в почестях, яка вже не шукала заступництва, а на рівній нозі стояла з вищими зі своїх однолітків.
О дванадцятій годині ночі ще танцювали. Елен, яка не мала гідного кавалера, сама запропонувала Борису мазурку. Вони сиділи у третій парі. Борис, холоднокровно поглядаючи на блискучі оголені плечі Елен, що виступали з темного газового із золотом сукні, розповідав про старих знайомих і водночас непомітно для самого себе та для інших, ні на секунду не переставав спостерігати государя, який перебував у тій же залі. Государ не танцював; він стояв у дверях і зупиняв то тих, то інших тими лагідними словами, які він тільки умів говорити.
На початку мазурки Борис бачив, що генерал ад'ютант Балашев, одне з найближчих осіб до государя, підійшов до нього і непридворно зупинився поблизу государя, який говорив із польською жінкою. Поговоривши з дамою, государ глянув запитливо і, мабуть, зрозумівши, що Балашев вчинив так тільки тому, що на те були важливі причини, трохи кивнув дамі і звернувся до Балашева. Щойно Балашев почав говорити, як здивування виразилося на обличчі государя. Він узяв під руку Балашева і пішов з ним через залу, несвідомо для себе розчищаючи по обидва боки сажні на три широку дорогу, що стояли перед ним. Борис помітив схвильоване обличчя Аракчеєва, тоді як государ пішов із Балашевим. Аракчеєв, спідлоба дивлячись на государя і сопучи червоним носом, висунувся з натовпу, ніби чекаючи, що государ звернеться до нього. (Борис зрозумів, що Аракчеєв заздрить Балашеву і незадоволений тим, що якусь, очевидно, важливу, новину не через нього передано государю.)
Але пан з Балашевим пройшли, не помічаючи Аракчеєва, через вихідні двері до освітленого саду. Аракчеєв, притримуючи шпагу і злісно оглядаючись навколо себе, пройшов кроків за двадцять за ними.

22 серпня 2012 року о 10:00

При розмиканні електричного ланцюга виникає електричний розряд як електричної дуги. Для появи електричної дуги достатньо, щоб напруга на контактах була вище 10 при струмі в ланцюгу порядку 0,1А і більше. При значних напругах і струмах температура всередині дуги може досягати 10...15 тис. °С, внаслідок чого плавляться контакти та струмопровідні частини.

При напругах 110 кВ і від довжина дуги може досягати кількох метрів. Тому електрична дуга, особливо в потужних силових ланцюгах, на напругу вище 1 кВ є великою небезпекою, хоча серйозні наслідки можуть бути і в установках на напругу нижче 1 кВ. Внаслідок цього електричну дугу необхідно максимально обмежити та швидко погасити у ланцюгах на напругу як вище, так і нижче 1 кВ.

Причини виникнення електричної дуги

Процес утворення електричної дуги може бути спрощено представлений наступним чином. При розбіжності контактів спочатку зменшується контактний тиск і відповідно контактна поверхня, збільшуються перехідний опір (щільність струму і температура - починаються місцеві (на окремих ділянках площі контактів) перегріви, які надалі сприяють термоелектронній емісії, коли під впливом високої температури збільшується швидкість руху електронів і вони вириваються із поверхні електрода.

У момент розбіжності контактів, тобто розриву ланцюга, на контактному проміжку швидко відновлюється напруга. Оскільки при цьому відстань між контактами замало, виникає електричне поле високої напруженості, під впливом якого з поверхні електрода вириваються електрони. Вони розганяються в електричному поліі за ударі в нейтральний атом віддають йому свою кінетичну енергію. Якщо цієї енергії достатньо, щоб відірвати хоча б один електрон з оболонки нейтрального атома, відбувається процес іонізації.

Вільні електрони та іони, що утворилися, становлять плазму стовбура дуги, тобто іонізованого каналу, в якому горить дуга і забезпечується безперервний рух частинок. При цьому негативно заряджені частинки, насамперед електрони, рухаються в одному напрямку (до анода), а атоми та молекули газів, позбавлені одного або декількох електронів, — позитивно заряджені частинки — у протилежному напрямку (до катода). Провідність плазми близька до провідності металів.

У стовбурі дуги проходить великий струм та створюється висока температура. Така температура стовбура дуги призводить до термоіонізації - процесу утворення іонів внаслідок зіткнення молекул і атомів, що мають велику кінетичну енергію при високих швидкостях їх руху (молекули і атоми середовища, де горить дуга, розпадаються на електрони і позитивно заряджені іони). Інтенсивна термоіонізація підтримує високу провідність плазми. Тому падіння напруги по довжині дуги невелике.

В електричній дузі безперервно протікають два процеси: крім іонізації, також деіонізація атомів та молекул. Остання відбувається в основному шляхом дифузії, тобто перенесення заряджених частинок навколишнє середовище, і рекомбінації електронів і позитивно заряджених іонів, які з'єднуються в нейтральні частки з віддачею енергії, витраченої з їхньої розпад. При цьому відбувається тепловідведення у навколишнє середовище.

Таким чином, можна розрізнити три стадії аналізованого процесу: запалення дуги, коли внаслідок ударної іонізації та емісії електронів з катода починається дуговий розряд і інтенсивність іонізації вища, ніж деіонізації, стійке горіннядуги, що підтримується термоіонізацією в стовбурі дуги, коли інтенсивність іонізації та деіонізації однакова, згасання дуги, коли інтенсивність деіонізації вища, ніж іонізації.

Способи гасіння дуги у комутаційних електричних апаратах

Для того щоб відключити елементи електричного ланцюга і виключити при цьому пошкодження комутаційного апарату, необхідно не тільки розімкнути його контакти, але і погасити дугу, що з'являється між ними. Процеси гасіння дуги, як і горіння, при змінному і постійному струмірізні. Це визначається тим, що в першому випадку струм у дузі кожен напівперіод проходить через нуль. У ці моменти виділення енергії в дузі припиняється і дуга щоразу мимоволі гасне, а потім знову спалахує.

Практично струм у дузі стає близьким нулю раніше переходу через нуль, так як при зниженні струму енергія, що підводиться до дуги, зменшується, відповідно знижується температура дуги і припиняється термоіонізація. При цьому в дуговому проміжку інтенсивно йде процесдеіонізації. Якщо в Наразірозімкнути і швидко розвести контакти, то наступний електричний пробій може не відбутися і ланцюг буде відключений без виникнення дуги. Однак практично це зробити вкрай складно, і тому вживають спеціальних заходів прискореного гасіння дуги, що забезпечують охолодження дугового простору та зменшення кількості заряджених частинок.

В результаті деіонізації поступово збільшується електрична міцність проміжку і одночасно зростає напруга, що відновлюється, на ньому. Від співвідношення цих величин і залежить, чи загориться на чергову половину періоду дуга чи ні. Якщо електрична міцність проміжку зростає швидше і виявляється більше напруги, що відновлює, дуга більше не загориться, в іншому випадку буде забезпечене стійке горіння дуги. Перша умова і визначає завдання гасіння дуги.

У комутаційних апаратах використовують різні способигасіння дуги.

Подовження дуги

При розходженні контактів у процесі відключення електричного ланцюга дуга, що виникла, розтягується. При цьому покращуються умови охолодження дуги, так як збільшується її поверхня і для горіння потрібна більша напруга.

Поділ довгої дуги на низку коротких дуг

Якщо дугу, що утворилася при розмиканні контактів, розділити на К коротких дуг, наприклад, затягнувши її в металеву решітку, вона згасне. Дуга зазвичай затягується в металеві ґрати під впливом електро магнітного поля, що наводиться в пластинах решітки вихровими струмами. Цей спосіб гасіння дуги широко використовується в комутаційних апаратах на напругу нижче 1 кВ, зокрема автоматичних повітряних вимикачах.

Охолодження дуги у вузьких щілинах

Гасіння дуги в малому обсязі полегшується. Тому в комутаційних апаратах широко використовують дугогасні камери з поздовжніми щілинами (вісь такої щілини збігається у напрямку з віссю дула). Така щілина зазвичай утворюється в камерах із ізоляційних дугостійких матеріалів. Завдяки зіткненню дуги з холодними поверхнями відбуваються її інтенсивне охолодження, дифузія заряджених частинок у навколишнє середовище та відповідно швидка деіонізація.

Крім щілин із плоскопаралельними стінками, застосовують також щілини з ребрами, виступами, розширеннями (кишенями). Все це призводить до деформації стовбура дуги та сприяє збільшенню площі зіткнення її з холодними стінками камери.

Втягування дуги у вузькі щілини зазвичай відбувається під дією магнітного поля, що взаємодіє з дугою, яка може розглядатися як провідник зі струмом.

Зовнішнє магнітне поле для переміщення дуги найчастіше забезпечують за рахунок котушки, що включається послідовно з контактами, між якими виникає дуга. Гасіння дуги у вузьких щілинах використовують в апаратах на всі напруження.

Гасіння дуги високим тиском

При постійній температурі ступінь іонізації газу падає зі зростанням тиску, у своїй зростає теплопровідність газу. За інших рівних умов це призводить до посиленого охолодження дуги. Гасіння дуги за допомогою високого тиску, створюваного самою ж дугою в щільно закритих камерахшироко використовується в плавких запобіжниках і ряді інших апаратів.

Гасіння дуги в олії

Якщо контакти вимикача поміщені в масло, то дуга, що виникає при їх розмиканні, призводить до інтенсивного випаровування масла. В результаті навколо дуги утворюється газова бульбашка (оболонка), що складається в основному з водню (70 ... 80%), а також парів олії. Гази, що виділяються, з великою швидкістю проникають безпосередньо в зону стовбура дуги, викликають перемішування холодного і гарячого газу в міхурі, забезпечують інтенсивне охолодження і відповідно деіонізацію дугового проміжку. Крім того, деіонізуючу здатність газів підвищує створюваний при швидкому розкладанні масла тиск усередині міхура.

Інтенсивність процесу гасіння дуги в олії тим вища, чим ближче стикається дуга з маслом і швидше рухається масло по відношенню до дуги. Враховуючи це, дуговий розрив обмежують замкнутим ізоляційним пристроєм - дугогасною камерою. У цих камерах створюється більш тісний зіткнення олії з дугою, а за допомогою ізоляційних пластин і вихлопних отворів утворюються робочі канали, якими відбувається рух олії та газів, забезпечуючи інтенсивне обдування (дуття) дуги.

Дугогасні камери за принципом дії поділяють на три основні групи: з автодуттям, коли високі тискі швидкість руху газу в зоні дуги створюються за рахунок енергії, що виділяється в дузі, з примусовим масляним дуванням за допомогою спеціальних нагнітальних гідравлічних механізмів, з магнітним гасінням в маслі, коли дуга під дією магнітного поля переміщається у вузькі щілини.

Найбільш ефективні та прості дугогасні камери з автодуттям. Залежно від розташування каналів та вихлопних отворів розрізняють камери, в яких забезпечується інтенсивне обдування потоками газопарової суміші та олії вздовж дуги (поздовжнє дуття) або поперек дуги (поперечне дуття). Розглянуті способи гасіння дуги широко використовуються у вимикачах на напругу понад 1 кВ.

Інші способи гасіння дуги в апаратах на напругу понад 1 кВ

Крім зазначених вище способів гасіння дуги, використовують також: стиснене повітря, потоком якого вздовж або впоперек обдувається дуга, забезпечуючи її інтенсивне охолодження (замість повітря застосовуються й інші гази, що часто одержуються з твердих газогенеруючих матеріалів - фібри, вініпласту і т.п. рахунок їх розкладання дугою), елегаз (шестифториста сірка), що володіє вищою електричною міцністю, ніж повітря і водень, в результаті чого дуга, що горить в цьому газі, навіть при атмосферному тиску досить швидко гаситься, високорозріджений газ (вакуум), при розмиканні контактів у якому дуга не спалахує знову (гасне) після першого проходження струму через нуль.

Останні публікації

У статті дізнаєтеся, що таке електрична дуга, спалах, як він з'являється, історію походження, а також її небезпека, що відбувається під час електричної дуги і як убезпечити себе.

Електробезпека має першорядне значення для підтримки будь-якого ефективного та продуктивного об'єкта, і однією з найсерйозніших загроз для безпеки працівників є електрична дугаі спалах дуги. Радимо вам статті.

Електричні пожежі призводять до катастрофічних ушкоджень, а в промислових умовчасто бувають викликані електричними дугами тієї чи іншої типу. У той час як деякі типи електричних дуг важко не помітити, «спалах дуги гучний і супроводжується великим яскравим вибухом», деякі електричні дуги, такі як дуговий розряд, більш тонкі, але можуть бути руйнівними. Несправності дуги часто є причиною електричних пожеж у житлових та комерційних будинках.

Простіше кажучи, електрична дуга — це електричний струм, який навмисно чи ненавмисно розряджається через зазор між двома електродами через газ, пару чи повітря та створює відносно низьку напругу на провідниках. Тепло і світло, вироблені цією дугою, зазвичай інтенсивні і можуть використовуватися для спеціальних застосувань, таких як дугове зварюваннячи освітлення. Ненавмисні дуги можуть мати руйнівні наслідки, такі як: пожежі, небезпека ураження електричним струмом та пошкодження майна.

Електрична дуга

Електрична дуга історія походження

1801 року британський хімік і винахідник сер Хемфрі Деві продемонстрував електричну дугу своїм товаришам у Лондонському королівському товаристві та запропонував назву - електрична дуга. Ці електричні дуги виглядають як нерівні удари блискавки. За цією демонстрацією були подальші дослідження електричної дуги, показав російський учений Василь Петров у 1802 році. Подальші успіхи в ранніх дослідженнях електричної дуги дозволили отримати такі важливі галузі винаходу, як дугове зварювання.

У порівнянні з іскрою, яка є тільки миттєвою, дуговий розряд є безперервним електричним струмом, який виділяє так багато тепла від несучих зарядів іонів або електронів, що він може випаровувати або плавити що-небудь в межах діапазону дуги. Дуга може підтримуватися в електричних ланцюгах постійного або змінного струму, і вона повинна включати деякий опір, щоб підвищений струм не залишався без контролю і повністю руйнував фактичне джерело ланцюга з його споживанням тепла та енергії.

Практичне застосування

При правильному використанніЕлектричні дуги можуть мати корисні цілі. Насправді кожен з нас виконує ряд щоденних завдань завдяки обмеженому застосуванню електричних дуг.

Електричні дуги використовуються в:

• спалахів камер
• прожектори для освітлення сцени
• люмінесцентного освітлення
• дугового зварювання
• дугових печах (для виробництва сталі та таких речовин, як карбід кальцію)
• плазмових різаках (у яких стиснене повітря поєднується з потужною дугою і перетворюється на плазму, яка має здатність миттєво розрізати сталь).

Небезпека електричної дуги

Електричні дуги можуть бути надзвичайно небезпечними, якщо вони не навмисні у використанні. Ситуації, коли електрична дуга створюється в неконтрольованому середовищі, як у випадку спалаху дуги, можуть призвести до травм, смерті, пожежі, пошкодження обладнання та втрати майна.

Щоб захистити працівників від електричних дуг, компанії повинні використовувати такі продукти дугового спалаху, щоб зменшити ймовірність виникнення електричних дуг та зменшити збитки у разі їх виникнення краще використовувати

Рукавички із захисним дуговим розрядом— ці рукавички призначені для захисту рук від ураження електричним струмом та мінімізації травм у разі електричної події.

Дуговий спалах визначення

Визначення дугових спалахів - небажаний електричний розряд, який проходить через повітря між провідниками або із провідника до землі. Спалах дуги є частиною дугового розряду, який є прикладом електричного вибуху, спричиненого з'єднанням з низьким імпедансом, яке проходить через повітря до землі.

Коли виникає дуговий спалах, він створює дуже яскраве світло та інтенсивне тепло. Крім того, він може створити дугу, яка може викликати травмувальну силу, яка може серйозно поранити будь-кого в цьому районі або пошкодити щось поблизу.

Що відбувається під час спалаху дуги

Спалах дуги починається, коли електрика залишає намічений шлях, і починає поширюватися повітрям у напрямку заземленої зони. Як тільки це відбувається, він іонізує повітря, що ще більше знижує загальний опір уздовж шляху, яким йде дуга. Це допомагає залучити додаткову електричну енергію.

Дуга рухатиметься таким чином, щоб знайти найближчу відстань до землі. Точна відстань, яка може пройти спалах дуги, називається кордоном спалаху дуги. Це визначається потенційною енергією та безліччю інших факторів, таких як температура повітря та вологість.

При роботі з підвищення безпеки спалаху дуги, установка часто відзначатиме кордон спалаху дуги, використовуючи клейку стрічкудля підлоги. Будь-хто, хто працює в цій галузі, повинен мати засоби індивідуального захисту (ЗІЗ).

Потенційна температура дугового спалаху

Однією з найбільших небезпек, пов'язаних зі спалахом дуги, є надзвичайно висока температура, яку вона може створити. Залежно від ситуації вони можуть досягати високих температурв 35000 градусів за Фаренгейтом або 19426.667 градусів за Цельсієм. Це одна з найвищих температур у світі, яка приблизно в 4 рази вища, ніж на поверхні Сонця.

Навіть якщо фактична електрика не стосується людини, тіло людини отримає колосальні ушкодження, якщо вона знаходиться поруч із нею. Крім прямих опіків, ці температури можуть щось підпалити в цьому районі.

Як виглядає спалах електричної дуги

Наступне відео показує, наскільки швидким і вибуховим може бути спалах дуги. На цьому відео показано керований спалах дуги з «випробувальним манекеном»:

Як довго триває спалах електричної дуги

Спалах дуги може тривати десь від частки секунди за кілька секунд, залежно від низки чинників. Більшість спалахів дуги не тривають дуже довго, тому що джерело електрики швидко відключається автоматичними вимикачами або іншим захисним обладнанням.

Найкращі сучасні системив даний час використовують пристрої, відомі як елімінатор дуги, які виявляють і гасять дугу всього за кілька мілісекунд.

Однак, якщо система не має будь-якого типу захисту, спалах дуги продовжуватиметься доти, доки потік електрики не припиниться фізично. Це може статися, коли працівник фізично відключає електрику від зони або коли пошкодження, спричинене спалахом дуги, стає досить серйозним, щоб якимось чином зупинити потік електрики.

Подивіться на реальний прикладдугового спалаху, який продовжується протягом тривалого періоду часу, в наступному відео. На щастя, люди на відео були одягнені у свої засоби індивідуального захисту та залишилися без травм. Потужний вибух, гучний шум, яскраве світло та величезна температура – ​​все це надзвичайно небезпечно.

Потенціал пошкодження спалаху електричної дуги

Через високі температури, інтенсивні вибухи та інші результати дугового спалаху, дугові спалахи можуть дуже швидко нанести велику шкоду. Розуміння різних типів пошкоджень, які можуть виникнути, може допомогти підприємствам планувати свої обов'язки щодо безпеки.

Потенційні збитки власності

• Тепло- Тепло від дугового спалаху може легко розплавити метал, що може пошкодити дорогі машини та інше обладнання.
• Пожежа— тепло від цих спалахів може швидко призвести до пожежі, яка може поширитися через об'єкт, якщо його не зупинити.
• Вибухи— дуговий удар, який може виникнути внаслідок дугового спалаху, може розбити вікна, розколоти дерево в цій галузі, погнути метал та багато іншого. Все, що зберігається в радіусі вибуху дуги, може бути пошкоджене або знищене за лічені секунди.

Потенційна травма людини від спалаху електричної дуги

• Опіки— опіки другого та третього ступеня можуть виникнути у частки секунди, коли хтось знаходиться поблизу спалаху дуги.
• Удар струмом- Якщо спалах дуги проходить через людину, він отримає удар, як на електричному стільці. Залежно від сили струму цей удар може бути смертельним.
• Слухове ушкодження- дугові спалахи можуть викликати дуже гучні шуми, які можуть призвести до незворотного пошкодження слуху тих, хто знаходиться в цьому районі.
• Пошкодження зору— Дугові спалахи можуть бути дуже яскравими, що може призвести до тимчасового або довгострокового пошкодження очей.
• Збитки від вибуху дуги— Вибух дуги може створити силу, що становить тисячу фунтів на метр. Це може збити людину з ніг на кілька метрів. Це також може спричинити переломи кісток, колапс легень, струс мозку та багато іншого.

Носіння засобів індивідуального захисту може забезпечити значний рівень захисту, але не може усунути всі ризики. Співробітники, які є при виникненні дугового спалаху, завжди знаходяться під загрозою, незалежно від того, які ЗІЗ вони носять.

Потенційні причини спалаху електричної дуги

Спалахи дуги можуть виникати з різних причин. Найчастіше основною причиною буде пошкоджений елемент обладнання, такий як провід. Це також може бути результатом того, що хтось працює над обладнанням, що дозволяє електриці виходити зі шляху, до якого він зазвичай прив'язаний.

Навіть коли є потенційний шлях поза проводки, електрика йтиме шляхом найменшого опору. Ось чому спалах дуги не обов'язково станеться, як щось буде пошкоджено або з'явиться альтернативний шлях. Натомість електрика продовжуватиме йти наміченим шляхом, поки не стане доступний інший варіант з меншим опором.

Ось деякі речі, які можуть створити шлях з меншим опором і, отже, викликати спалах дуги:

• Пил— у запорошених місцях електрика може почати проходити через проводку або інше обладнання через пил.
• Втрачені інструменти— наприклад, якщо інструмент упав на провід, він може пошкодити його та пропустити електрику в інструмент. Звідти він повинен знайти інший шлях, щоби продовжити свій рух.
• Випадковий дотик— якщо людина стосується пошкодженої області, електрика може поширюватись через її тіло.
• Конденсація- коли утворюється конденсат, електрика може виходити із проводки через воду, і тоді виникне дуга.
• Відмова матеріалу— Якщо провід пошкоджено до точки, де виникли проблеми з проходженням електрики, шлях може бути більш стійким, ніж вихід за межі дроту.
• Корозія— Корозія може створити шлях поза дроту, після чого виникає спалах дуги.
• Неправильне встановлення— Якщо обладнання встановлено неправильно, це може утруднити або унеможливити електрику слідувати по наміченому шляху, що може спричинити спалах дуги.

Запобігання спалахам електричної дуги

Перший крок у безпеці спалаху дуги зводить до мінімуму ризик виникнення. Це можна зробити, виконавши оцінку електричного ризику, яка допоможе визначити, де знаходяться найбільші небезпеки на об'єкті. IEEE 1584 є гарним варіантомдля більшості об'єктів допоможе виявити загальні проблеми.

Регулярні перевірки всього високовольтного обладнання та всієї проводки є ще одним важливим кроком. Якщо є будь-які ознаки корозії, пошкодження проводів або інші проблеми, їх слід усунути якнайшвидше. Це допоможе безпечно зберігати електричні струми всередині машин та проводів.

Деякі конкретні області, які мають бути перевірені, включають будь-які електричні розподільні щити, щити управління, панелі управління, корпуси розеток і центри управління двигунами.

Належне маркування

У будь-якому місці на об'єкті, де можуть існувати високі електричні струми, повинні бути належним чином позначені дуги, що попереджають мітками. Вони можуть бути придбані заздалегідь виготовленими або роздруковані на будь-якому промисловому принтері етикеток при необхідності. У статті 110.16 Національного електротехнічного кодексу чітко зазначено, що цей тип обладнання повинен мати маркування для запобігання людям ризиків.

Обладнання при виконанні технічного обслуговування

Щоразу, коли машина вимагає будь-якої роботи, вона повинна бути повністю знеструмлена. Знеструмлення машини - це більше, ніж просто вимкнення. Усі машини повинні бути відключені та фізично відключені від будь-якого джерела живлення. Після від'єднання слід перевірити напругу, щоб переконатися, що прихована енергія не накопичувалася.

В ідеалі має існувати політика блокування, яка встановить фізичне блокування джерела живлення, щоб його не можна було випадково підключити, поки хтось працює на машині.

Запобіжники

По можливості автоматичні вимикачі повинні бути встановлені на всіх машинах. Ці автоматичні вимикачі швидко виявлять раптовий стрибок напруги та негайно зупинять потік. Навіть при використанні автоматичних вимикачів може виникнути дуговий спалах, але він триватиме лише частину часу, оскільки електричний струм буде вимкнений.

Однак навіть дуже короткий спалах дуги може призвести до смертельного результатуТому автоматичні вимикачі не повинні розглядатися як достатня програма безпеки спалаху дуги.

Стандарти безпеки

Усі об'єкти повинні враховувати різні стандарти безпеки під час використання дугових спалахів, встановлених державними та приватними установами. Визначення того, які стандарти повинні дотримуватися, може допомогти забезпечити відповідність об'єкту місцевим правилам та нормам, а також забезпечити безпеку об'єкта.

Нижче наведено найпоширеніші стандарти безпеки дугового електричного спалаху:

• OSHA — OSHA має кілька стандартів, у тому числі 29 CFR частин 1910 та 1926. Ці стандарти охоплюють вимоги для виробництва, передачі та розподілу електроенергії.
• Національна асоціація протипожежного захисту(NFPA) - стандарт NFPA 70-2014, Національний електротехнічний кодекс (NEC) відноситься до безпечної електричної установкита практиці. Стандарт NFPA 70E, Стандарт електробезпеки на робочому місці, деталізує різні вимоги до попереджувальних написів, включаючи попереджувальні написи, що стосуються дугових спалахів та дугових вибухів. Він також пропонує рекомендації щодо впровадження кращих практикна робочому місці, щоб допомогти співробітникам, які працюють з високовольтним обладнанням, бути у безпеці.
• Канадська асоціація стандартів Z462 - Це дуже схоже на стандарти NFPA 70E, але застосовується для канадських компаній.
• Лабораторії страховиків Канади — цей набір стандартів призначений для будь-якої ситуації, коли виробляється, передається чи розподіляється електроенергія та охоплює вимоги безпеки. Аналогічно стандартам OSHA, але Канади.
• IEEE 1584 - це набір керівних принципів для точного розрахункунебезпеки дугових спалахів.

У книзі «Известие про гальвані-вольтівські досліди у вигляді величезної батареї, що складалася іноді з 4200 мідних і цинкових гуртків» (Санкт-Петербург, 1803). Електрична дуга є окремим випадком четвертої форми стану речовини - плазми - і складається з іонізованого, електрично квазінейтрального газу. Присутність вільних електричних зарядів забезпечує провідність електричної дуги.

Фізичні явища

Електрична дуга між двома електродами в повітрі при атмосферному тиску утворюється так:

При збільшенні напруги між двома електродами до певного рівня повітря між електродами виникає електричний пробою . Напруга електричного пробою залежить від відстані між електродами та інших факторів. Потенціал іонізації першого електрона атомів металів становить приблизно 4,5 - 5, а напруга дугоутворення - в два рази більше (9 - 10 В). Потрібно витратити енергію на вихід електрона з атома металу одного електрода та на іонізацію атома другого електрода. Процес призводить до утворення плазми між електродами та горіння дуги (для порівняння: мінімальна напруга для утворення іскрового розряду трохи перевищує потенціал виходу електрона – до 6 В).

Для ініціювання пробою при напругі електроди наближають один до одного. Під час пробою між електродами зазвичай виникає іскровий розряд, імпульсно замикаючи електричний ланцюг. Електрони в іскрових розрядах іонізують молекули повітряному проміжку між електродами. При достатній потужності джерела напруги повітряному проміжку утворюється достатню кількість плазми для значного падіння напруги пробою або опору повітряного проміжку. При цьому іскрові розряди перетворюються на дуговий розряд - плазмовий шнур між електродами, що є плазмовим тунелем. Виникаюча дуга є, по суті, провідником і замикає електричний ланцюг між електродами. В результаті середній струм збільшується ще більше, нагріваючи дугу до 5000-50000. При цьому вважається, що підпал дуги завершено. Після підпалу стійке горіння дуги забезпечується термоелектронною емісією з катода, що розігрівається струмом та іонним бомбардуванням.

Після запалювання дуга може залишатися стійкою при розведенні електричних контактів до певної відстані.

Взаємодія електродів з плазмою дуги призводить до їх нагрівання, часткового розплавлення, випаровування, окислення та інших видів корозії.

При експлуатації високовольтних електроустановок, в яких при комутації електричного ланцюга неминуче поява електричної дуги, боротьба з нею здійснюється за допомогою електромагнітних котушок, поєднаних із дугогасними камерами. Серед інших способів відомі використання вакуумних, повітряних, елегазових і масляних вимикачів, а також методи відведення струму на тимчасове навантаження, що самостійно розриває електричний ланцюг.

Будова дуги

Електрична дуга складається з катодної та анодної областей, стовпа дуги, перехідних областей. Товщина анодної області становить 0,001 мм, катодної області – близько 0,0001 мм.

Температура в анодній області при зварюванні електродом, що плавиться, становить близько 2500 ... 4000 ° С, температура в стовпі дуги - від 7 000 до 18 000 ° С, в області катода - 9000 - 12000 ° С.

Стовп дуги електрично нейтральний. У будь-якому його перерізі є однакова кількість заряджених частинок протилежних знаків. Падіння напруги в стовпі дуги пропорційне його довжині.

Зварювальні дуги класифікують за:

• Матеріалам електрода - з електродом, що плавиться і неплавиться;
• Ступені стиснення стовпа - вільну та стислу дугу;
• По струму, що використовується - дуга постійного і дуга змінного струму;
• По полярності постійного електричного струму - прямої полярності ("-" на електроді, "+" - на виробі) та зворотної полярності;
• При використанні змінного струму - дуги однофазна та трифазна.

Саморегулювання дуги

При виникненні зовнішнього обурення - зміни напруги мережі, швидкості подачі дроту та ін - виникає порушення в рівновазі, що встановилася між швидкістю подачі і швидкістю плавлення. При збільшенні довжини дуги в ланцюзі зменшуються зварювальний струм і швидкість плавлення електродного дроту, а швидкість подачі, залишаючись постійною, стає більшою за швидкість плавлення, що призводить до відновлення довжини дуги. При зменшенні довжини дуги швидкість плавлення дроту стає більшою за швидкість подачі, це призводить до відновлення нормальної довжини дуги .

На ефективність процесу саморегулювання дуги значно впливає форма вольт-амперної характеристики джерела живлення. Велика швидкодія коливання довжини дуги відпрацьовується автоматично при жорстких ланцюгах ВАХ.

Корисне застосування

Електрозварювання

Електрична дуга використовується при електрозварюванні металів, для виплавки сталі (дугова сталеплавильна піч) та у освітленні (у дугових лампах). Іноді використовують властивість нелінійної вольт-амперної характеристики дуги (див. Автомат гасіння поля).

Джерела світла

Боротьба з електричною дугою

У ряді пристроїв явище електричної дуги є шкідливим. Це насамперед контактні комутаційні пристрої, що використовуються в електропостачанні та електроприводі: високовольтні вимикачі, автоматичні вимикачі, контактори, секційні ізолятори на контактній мережі електрифікованих залізниць та міського електротранспорту. При відключенні навантажень вищевказаними апаратами, між контактами, що розмикаються, виникає дуга.

Механізм виникнення дуги у разі наступний:

• Зменшення контактного тиску – кількість контактних точок зменшується, зростає опір у контактному вузлі;
• Початок розходження контактів – утворення «містків» із розплавленого металу контактів (у місцях останніх контактних точок);
• Розрив та випаровування «містків» з розплавленого металу;
• Утворення електричної дуги в парах металу (що сприяє більшій іонізації контактного проміжку та труднощі під час гасіння дуги);
• Стійке горіння дуги зі швидким вигорянням контактів.

Для мінімального пошкодження контактів необхідно погасити дугу в мінімальний час, докладаючи всіх зусиль щодо недопущення знаходження дуги на одному місці (при русі дуги, теплота, що виділяється в ній, буде рівномірно розподілятися по тілу контакту).

Для виконання вищезгаданих вимог застосовуються такі методи боротьби з дугою:

• охолодження дуги потоком охолодного середовища - рідини (масляний вимикач); газу - (повітряний вимикач, автогазовий вимикач, масляний вимикач, елегазовий вимикач), причому потік охолоджуючого середовища може проходити як вздовж стовбура дуги (поздовжнє гасіння), так і поперек (поперечне гасіння); іноді застосовується поздовжньо-поперечне гасіння;
• використання дугогасної здатності вакууму - відомо, що при зменшенні тиску газів, що оточують комутовані контакти до певного значення, призводить до ефективного гасіння дуги (у зв'язку з відсутністю носіїв освіти дуги) вакуумний вимикач .
• використання дугостійкого матеріалу контактів;
• застосування матеріалу контактів із вищим потенціалом іонізації;
• застосування дугогасних грат (автоматичний вимикач, електромагнітний вимикач). Принцип застосування дугогасіння на решітках заснований на застосуванні ефекту околокатодного падіння в дузі (більша частина падіння напруги в дузі - це падіння напруги на катоді; дугогасна решітка - фактично ряд послідовних контактів для дуги, що потрапила туди).
• використання дугогасних камер - потрапляючи в камеру з дугостійкого матеріалу, наприклад слюдопласту, з вузькими, іноді зигзагоподібними каналами, дуга розтягується, стискається та інтенсивно охолоджується від зіткнення зі стінками камери.
• використання «магнітного дуття» - оскільки дуга сильно іонізована, то її в першому наближенні можна вважати як гнучкий провідник зі струмом; створюючи спеціальними електромагнітами (включених послідовно з дугою) магнітне поле можна створювати рух дуги для рівномірного розподілу тепла по контакту, так і для загону її в дугогасну камеру або грати. У деяких конструкціях вимикачів створюється магнітне радіальне поле, що надає дузі обертальний момент.
• шунтування контактів у момент розмикання силовим напівпровідниковим ключем тиристором або симістором, включеним паралельно контактам, після розмикання контактів напівпровідниковий ключ відключається в момент переходу напруги через нуль (гібридний контактор, тирикон).
.
• Іскровий розряд- стаття з Великої радянської енциклопедії.
• Райзер Ю. П.Фізика газового розряду - 2-ге вид. - М.: Наука, 1992. - 536 с. - ISBN 5-02014615-3.
• Родштейн Л. А. Електричні апарати, Л 1981
• Clerici, Matteo; Hu, Yi; Lassonde, Philippe; Milián, Карл; Couairon, Arnaud; Christodoulides, Demetrios N.; Chen, Zhigang; Razzari, Luca; Vidal, François (2015-06-01). «Laser-assisted guiding of electric discharges around objects». Science Advances 1 (5): e1400111. Bibcode:2015SciA….1E0111C. doi:10.1126/sciadv.1400111. ISSN 2375-2548.