Proses membentuk arka elektrik dan kaedah memadamkannya

Apabila litar elektrik dibuka, nyahcas elektrik berlaku dalam bentuk arka elektrik. Untuk penampilan arka elektrik, cukup untuk voltan kenalan berada di atas 10 V pada arus dalam litar urutan 0.1 A atau lebih. Dengan voltan dan arus yang ketara, suhu di dalam arka boleh mencapai 3-15 ribu ° C, akibatnya kenalan dan bahagian hidup cair.

Pada voltan 110 kV dan ke atas, panjang arka boleh mencapai beberapa meter. Oleh itu, arka elektrik, terutamanya dalam litar kuasa tinggi, untuk voltan melebihi 1 kV adalah bahaya yang besar, walaupun akibat yang serius juga boleh berlaku dalam pemasangan untuk voltan di bawah 1 kV. Akibatnya, arcing mesti terkandung sebanyak mungkin dan cepat dipadamkan dalam litar untuk voltan di atas dan di bawah 1 kV.

Punca lengkok elektrik

Proses membentuk arka elektrik boleh dipermudahkan seperti berikut.Apabila sesentuh bercapah, tekanan sesentuh mula-mula berkurangan dan permukaan sesentuh meningkat dengan sewajarnya, rintangan peralihan (ketumpatan dan suhu semasa - tempatan (di kawasan tertentu kawasan sentuhan) terlalu panas bermula, yang seterusnya menyumbang kepada sinaran termionik, apabila di bawah pengaruh suhu tinggi kelajuan elektron meningkat dan ia pecah dari permukaan elektrod.

Pada saat pemisahan kenalan, iaitu, litar rosak, voltan dipulihkan dengan cepat dalam jurang kenalan. Oleh kerana dalam kes ini jarak antara kenalan adalah kecil, ada medan elektrik voltan tinggi di bawah pengaruh elektron yang ditarik dari permukaan elektrod. Mereka memecut dalam medan elektrik dan apabila mereka memukul atom neutral, mereka memberikan tenaga kinetik mereka. Jika tenaga ini mencukupi untuk merobek sekurang-kurangnya satu elektron daripada petala atom neutral, maka proses pengionan berlaku.

Elektron dan ion bebas yang terbentuk membentuk plasma batang arka, iaitu saluran terion di mana arka terbakar dan pergerakan zarah yang berterusan dipastikan. Dalam kes ini, zarah bercas negatif, terutamanya elektron, bergerak ke satu arah (ke arah anod), dan atom dan molekul gas yang dilucutkan daripada satu atau lebih elektron — zarah bercas positif — dalam arah yang bertentangan (ke arah katod).

Kekonduksian plasma adalah hampir dengan logam.

Arus besar mengalir dalam aci arka dan suhu tinggi tercipta.Suhu silinder arka ini membawa kepada pengionan terma — proses pembentukan ion akibat perlanggaran molekul dan atom dengan tenaga kinetik tinggi pada kelajuan tinggi pergerakannya (molekul dan atom medium di mana arka terbakar hancur menjadi elektron dan secara positif ion bercas). Pengionan haba yang sengit mengekalkan kekonduksian plasma yang tinggi. Oleh itu, penurunan voltan di sepanjang arka adalah kecil.

Dalam arka elektrik, dua proses sentiasa berlaku: sebagai tambahan kepada pengionan, juga penyahionan atom dan molekul. Yang terakhir berlaku terutamanya melalui resapan, iaitu pemindahan zarah bercas ke dalam persekitaran dan penggabungan semula elektron dan ion bercas positif, yang berhimpun semula menjadi zarah neutral dengan kembalinya tenaga yang dibelanjakan untuk perpecahan mereka. Dalam kes ini, haba dikeluarkan ke persekitaran.

Oleh itu, tiga peringkat proses yang dipertimbangkan boleh dibezakan: penyalaan arka, apabila disebabkan pengionan kejutan dan pelepasan elektron dari katod, nyahcas arka bermula dan keamatan pengionan lebih tinggi daripada penyahionan, pembakaran arka yang stabil disokong oleh pengionan haba dalam silinder arka apabila keamatan pengionan dan penyahionan adalah sama, kehilangan arka apabila keamatan penyahionan lebih tinggi daripada pengionan.

Kaedah memadamkan arka dalam peranti pensuisan elektrik

Untuk memutuskan sambungan elemen litar elektrik dan mengecualikan kerosakan pada peranti pensuisan, perlu bukan sahaja untuk membuka kenalannya, tetapi juga untuk memadamkan arka yang muncul di antara mereka. Proses pemadaman arka, serta pembakaran, dengan arus ulang alik dan arus terus adalah berbeza.Ini ditentukan oleh fakta bahawa dalam kes pertama arus dalam arka melalui sifar setiap separuh kitaran. Pada masa ini, pelepasan tenaga dalam arka berhenti dan arka secara spontan padam dan kemudian menyala semula setiap kali.

Dalam amalan, arus dalam arka menjadi hampir kepada sifar sedikit lebih awal daripada lintasan sifar, kerana apabila arus berkurangan, tenaga yang dibekalkan kepada arka berkurangan, dan suhu arka berkurangan dengan sewajarnya dan pengionan haba terhenti. Dalam kes ini, proses penyahionan berterusan secara intensif dalam jurang arka. Jika anda membuka dan membuka sesentuh dengan cepat pada masa ini, maka gangguan elektrik seterusnya mungkin tidak berlaku dan litar akan diputuskan tanpa berarka. Dalam amalan, bagaimanapun, ini adalah amat sukar untuk dilakukan, dan oleh itu langkah-langkah khas diambil untuk mempercepatkan kepupusan arka, untuk memastikan penyejukan ruang arka dan untuk mengurangkan bilangan zarah bercas.

Hasil daripada penyahionan, kekuatan dielektrik jurang secara beransur-ansur meningkat dan pada masa yang sama voltan pemulihan di dalamnya meningkat. Nisbah nilai-nilai ini bergantung kepada sama ada pelangi akan menyala pada separuh tempoh berikutnya atau tidak. Jika kekuatan dielektrik jurang meningkat lebih cepat dan lebih besar daripada voltan pemulihan, arka tidak akan menyala lagi, jika tidak, arka yang stabil akan disediakan. Syarat pertama mentakrifkan masalah pelindapkejutan arka.

Kaedah pelindapkejutan arka yang berbeza digunakan dalam suis.

Memanjangkan arka

Jika sesentuh bercapah semasa memutuskan sambungan litar elektrik, arka yang terhasil diregangkan.Pada masa yang sama, keadaan penyejukan arka bertambah baik kerana luas permukaannya bertambah dan lebih banyak voltan diperlukan untuk pembakaran.

Membelah lengkok panjang kepada satu siri lengkok pendek

Jika lengkok yang terbentuk apabila sesentuh terbuka dibahagikan kepada lengkok pendek K, contohnya dengan menarik ke dalam grid logam, ia akan padam. Biasanya, arka dimasukkan ke dalam grid logam di bawah pengaruh medan elektromagnet yang teraruh dalam plat grid oleh arus pusar. Kaedah pelindapkejutan arka ini digunakan secara meluas dalam suis untuk voltan di bawah 1 kV, khususnya dalam suis udara automatik.

Penyejukan arka dalam slot sempit

Memadamkan arka kecil dipermudahkan. Oleh itu, dalam menukar peranti pelongsor arka dengan slot membujur digunakan secara meluas (paksi slot sedemikian bertepatan dengan arah dengan paksi silinder arka). Jurang sedemikian biasanya terbentuk dalam ruang yang diperbuat daripada bahan tahan arka penebat. Disebabkan oleh sentuhan arka dengan permukaan sejuk, penyejukan sengitnya berlaku, penyebaran zarah bercas dalam persekitaran dan, dengan itu, penyahionan pesat.

Sebagai tambahan kepada slot dengan dinding selari rata, slot dengan rusuk, protrusi, sambungan (poket) juga digunakan. Semua ini membawa kepada ubah bentuk silinder arka dan meningkatkan kawasan sentuhannya dengan dinding sejuk ruang.

Arka ditarik ke dalam slot sempit biasanya oleh medan magnet yang berinteraksi dengan arka, yang boleh dianggap sebagai konduktor pembawa arus.

Luaran medan magnet untuk menggerakkan arka paling kerap disediakan oleh gegelung yang disambungkan secara bersiri dengan sesentuh antara mana arka berlaku.Pelindapkejutan arka slot sempit digunakan dalam peranti untuk semua voltan.

Pemadam arka tekanan tinggi

Pada suhu malar, tahap pengionan gas berkurangan dengan peningkatan tekanan, manakala kekonduksian terma gas meningkat. Semua perkara lain adalah sama, ini menghasilkan penyejukan arka yang lebih baik. Pemadaman arka dengan tekanan tinggi, dicipta oleh arka itu sendiri dalam ruang tertutup rapat, digunakan secara meluas dalam fius dan beberapa peranti lain.

Pelindapkejutan arka dalam minyak

Jika menukar kenalan diletakkan di dalam minyak, arka yang berlaku apabila ia dibuka membawa kepada penyejatan sengit minyak. Akibatnya, gelembung gas (sampul surat) terbentuk di sekeliling arka, yang terdiri terutamanya daripada hidrogen (70 ... 80%), serta wap minyak. Gas yang dipancarkan menembusi terus ke dalam kawasan silinder arka pada kelajuan tinggi, menyebabkan pencampuran gas sejuk dan panas dalam gelembung, memberikan penyejukan intensif dan, dengan itu, penyahionan jurang arka. Di samping itu, keupayaan penyahionan gas meningkatkan tekanan di dalam gelembung yang dicipta semasa penguraian minyak yang cepat.

Keamatan proses pemadaman arka dalam minyak adalah lebih tinggi lebih dekat arka bersentuhan dengan minyak dan lebih cepat minyak bergerak berbanding arka. Memandangkan ini, jurang arka dihadkan oleh peranti penebat tertutup - pelongsor arka... Di dalam ruang ini, hubungan minyak yang lebih dekat dengan arka dibuat, dan dengan bantuan plat penebat dan lubang pelepasan, saluran kerja terbentuk. melalui mana pergerakan minyak dan gas, memberikan letupan intensif (letupan) arka.

Pelongsor arka mengikut prinsip operasi, mereka dibahagikan kepada tiga kumpulan utama: dengan meniup sendiri, apabila tekanan tinggi dan kelajuan pergerakan gas dicipta di kawasan arka disebabkan oleh tenaga yang dilepaskan dalam arka, dengan meniup minyak secara paksa dengan bantuan mekanisme hidraulik pengepaman khas, dengan pelindapkejutan magnet dalam minyak, apabila arka berada di bawah tindakan medan magnet, ia bergerak ke dalam jurang yang sempit.

Pelongsor arka melambung diri yang paling berkesan dan mudah... Bergantung pada lokasi saluran dan bukaan ekzos, ruang dibezakan di mana tiupan intensif campuran wap gas dan minyak sepanjang arus arka (tiupan membujur) atau melalui arka (tiupan melintang) disediakan ). Kaedah pemadaman arka yang dipertimbangkan digunakan secara meluas dalam pemutus litar untuk voltan melebihi 1 kV.

Kaedah lain untuk memadamkan arka dalam peranti untuk voltan melebihi 1 kV

Sebagai tambahan kepada kaedah pemadaman arka di atas, mereka juga menggunakan: udara termampat, yang alirannya meniup arka sepanjang atau merentasi, memastikan penyejukannya yang kuat (bukan udara, gas lain digunakan, selalunya diperoleh daripada penjanaan gas pepejal. bahan - gentian, plastik vinil, dll. - dengan mengorbankan penguraiannya oleh arka yang terbakar itu sendiri), SF6 (sulfur heksafluorida), yang mempunyai kekuatan elektrik yang lebih tinggi daripada udara dan hidrogen, akibatnya arka yang terbakar dalam gas ini, walaupun pada tekanan atmosfera, dipadamkan dengan cepat, gas sangat jarang (vakum) apabila sesentuh dibuka, di mana arka tidak tidak menyala (memadamkan) selepas laluan pertama arus melalui sifar.