Elektriskā loka veidošanās process un dzēšanas metodes

Atverot elektrisko ķēdi, notiek elektriskā izlāde elektriskā loka veidā. Lai parādītos elektriskā loka, pietiek ar to, lai kontaktu spriegums būtu virs 10 V pie strāvas ķēdē, kas ir aptuveni 0,1 A vai vairāk. Ar ievērojamu spriegumu un strāvu temperatūra loka iekšpusē var sasniegt 3-15 tūkstošus ° C, kā rezultātā kontakti un dzīvās daļas kūst.

Pie 110 kV un lielāka sprieguma loka garums var sasniegt vairākus metrus. Tāpēc elektriskā loka, īpaši lieljaudas ķēdēs, spriegumam virs 1 kV, ir lielas briesmas, lai gan nopietnas sekas var būt arī iekārtās ar spriegumu zem 1 kV. Rezultātā loka izbūve ir pēc iespējas jāierobežo un ātri jādzēš ķēdēs gan virs, gan zem 1 kV.

Elektriskās loka izcelšanās cēloņi

Elektriskā loka veidošanas procesu var vienkāršot šādi.Kad kontakti atšķiras, kontakta spiediens vispirms samazinās un saskares virsma attiecīgi palielinās, pārejas pretestība (strāvas blīvums un temperatūra — sākas lokāla (noteiktās saskares zonas zonās) pārkaršana, kas vēl vairāk veicina termoizstarojumu, kad augstas temperatūras ietekmē palielinās elektronu ātrums un tie plīst no elektroda virsmas.

Kontaktu atdalīšanas brīdī, tas ir, ķēde ir salauzta, spriegums tiek ātri atjaunots kontakta spraugā. Tā kā šajā gadījumā attālums starp kontaktiem ir mazs, ir elektriskais lauks augstspriegums, kura ietekmē elektroni tiek izņemti no elektroda virsmas. Tie paātrinās elektriskajā laukā un, kad tie ietriecas neitrālā atomā, piešķir tam savu kinētisko enerģiju. Ja ar šo enerģiju pietiek, lai no neitrāla atoma čaulas noplēstu kaut vienu elektronu, tad notiek jonizācijas process.

Izveidotie brīvie elektroni un joni veido loka stumbra plazmu, tas ir, jonizēto kanālu, kurā loks deg un tiek nodrošināta nepārtraukta daļiņu kustība. Šajā gadījumā negatīvi lādētas daļiņas, galvenokārt elektroni, pārvietojas vienā virzienā (pret anodu), bet gāzu atomi un molekulas, kurām ir atņemts viens vai vairāki elektroni - pozitīvi lādētas daļiņas - pretējā virzienā (pret katodu).

Plazmas vadītspēja ir tuvu metālu vadītspējai.

Loka šahtā plūst liela strāva un tiek radīta augsta temperatūra.Šī loka cilindra temperatūra izraisa termisko jonizāciju - jonu veidošanās procesu, ko izraisa molekulu un atomu sadursme ar augstu kinētisko enerģiju pie lieliem kustības ātrumiem (vides molekulas un atomi, kur loks deg, sadalās elektronos un pozitīvi uzlādēti joni). Intensīva termiskā jonizācija uztur augstu plazmas vadītspēju. Tāpēc sprieguma kritums gar loku ir neliels.

Elektriskajā lokā nepārtraukti notiek divi procesi: papildus jonizācijai arī atomu un molekulu dejonizācija. Pēdējais notiek galvenokārt difūzijas ceļā, tas ir, lādētu daļiņu pārnešana vidē un elektronu un pozitīvi lādētu jonu rekombinācija, kas atkal samontējas neitrālās daļiņās, atgriežot enerģiju, kas iztērēta to sadalīšanai. Šajā gadījumā siltums tiek noņemts vidē.

Līdz ar to aplūkojamajā procesā var izdalīt trīs posmus: loka aizdegšanās, kad triecienjonizācijas un elektronu emisijas no katoda dēļ sākas loka izlāde un jonizācijas intensitāte ir lielāka par dejonizāciju, stabila loka degšana, ko atbalsta termiskā jonizācija loka cilindrā, ja jonizācijas un dejonizācijas intensitāte ir vienāda, loka izzušana, ja dejonizācijas intensitāte ir lielāka nekā jonizācijas intensitāte.

Loka dzēšanas metodes elektriskajās komutācijas ierīcēs

Lai atvienotu elektriskās ķēdes elementus un izslēgtu komutācijas ierīces bojājumus, ir nepieciešams ne tikai atvērt tā kontaktus, bet arī nodzēst loku, kas parādās starp tiem. Loka dzēšanas procesi, kā arī dedzināšana ar maiņstrāvu un līdzstrāvu atšķiras.To nosaka fakts, ka pirmajā gadījumā strāva lokā katrā pusciklā iet cauri nullei. Šajos brīžos enerģijas izdalīšanās lokā apstājas, un loks spontāni nodziest un pēc tam katru reizi no jauna uzliesmo.

Praksē strāva lokā kļūst tuvu nullei nedaudz agrāk par nulles šķērsošanu, jo, strāvai samazinoties, lokam padotā enerģija samazinās, un attiecīgi samazinās loka temperatūra un termiskā jonizācija beidzas. Šajā gadījumā loka spraugā intensīvi turpinās dejonizācijas process. Ja šajā brīdī atverat un ātri atverat kontaktus, tad sekojošais elektrības pārtraukums var nenotikt un ķēde tiks atvienota bez loka. Taču praksē tas ir ārkārtīgi grūti izdarāms, un tāpēc tiek veikti īpaši pasākumi, lai paātrinātu loka izdzišanu, nodrošinātu loka telpas dzesēšanu un samazinātu uzlādēto daļiņu skaitu.

Dejonizācijas rezultātā pakāpeniski palielinās spraugas dielektriskā izturība un tajā pašā laikā palielinās atkopšanas spriegums. Šo vērtību attiecība ir atkarīga no tā, vai varavīksne iedegsies nākamajā perioda pusē vai nē. Ja spraugas dielektriskā izturība palielinās ātrāk un ir lielāka par atkopšanas spriegumu, loks vairs neaizdegsies, pretējā gadījumā tiks nodrošināts stabils loks. Pirmais nosacījums nosaka loka dzēšanas problēmu.

Sadales iekārtās tiek izmantotas dažādas loka dzēšanas metodes.

Loka pagarināšana

Ja elektriskās ķēdes atvienošanas laikā kontakti atšķiras, iegūtais loks tiek izstiepts.Tajā pašā laikā tiek uzlaboti loka dzesēšanas apstākļi, jo palielinās tā virsmas laukums un degšanai nepieciešams lielāks spriegums.

Gara loka sadalīšana īsu loku sērijā

Ja loku, kas veidojas, atverot kontaktus, sadala K īsos lokos, piemēram, ievelkot metāla režģī, tas nodzisīs. Parasti loku ievada metāla režģī elektromagnētiskā lauka ietekmē, ko režģa plāksnēs inducē virpuļstrāvas. Šo loka dzēšanas metodi plaši izmanto sadales iekārtās spriegumam zem 1 kV, jo īpaši automātiskajos gaisa slēdžos.

Loka dzesēšana šaurās spraugās

Tiek atvieglota mazu loku dzēšana. Tāpēc iekšā komutācijas ierīces plaši tiek izmantotas loka teknes ar garenvirziena spraugām (šādas spraugas ass virzienā sakrīt ar loka cilindra asi). Šāda sprauga parasti veidojas kamerās, kas izgatavotas no izolējošiem loka izturīgiem materiāliem. Sakarā ar loka saskari ar aukstām virsmām, notiek tā intensīva dzesēšana, lādētu daļiņu difūzija vidē un attiecīgi strauja dejonizācija.

Papildus spraugām ar plakanām paralēlām sienām tiek izmantotas arī spraugas ar ribām, izvirzījumiem, pagarinājumiem (kabatām). Tas viss noved pie loka cilindra deformācijas un palielina tā saskares laukumu ar kameras aukstajām sienām.

Loku ievelk šaurās spraugās, parasti ar magnētisko lauku, kas mijiedarbojas ar loku, ko var uzskatīt par strāvu nesošu vadītāju.

Ārējais magnētiskais lauks loka pārvietošanu visbiežāk nodrošina spole, kas virknē savienota ar kontaktiem, starp kuriem rodas loks.Šauru spraugu loka dzēšana tiek izmantota ierīcēm visiem spriegumiem.

Augstspiediena loka dzēšana

Pastāvīgā temperatūrā gāzes jonizācijas pakāpe samazinās, palielinoties spiedienam, savukārt gāzes siltumvadītspēja palielinās. Ja visas pārējās lietas ir vienādas, tiek uzlabota loka dzesēšana. Loka dzēšana ar augstu spiedienu, ko rada pats loks cieši noslēgtās kamerās, tiek plaši izmantota drošinājumos un vairākās citās ierīcēs.

Loka dzēšana eļļā

Ja kontaktu pārslēgšana ievieto eļļā, loka, kas rodas, tos atverot, izraisa intensīvu eļļas iztvaikošanu. Rezultātā ap loku veidojas gāzes burbulis (aploksne), kas sastāv galvenokārt no ūdeņraža (70 ... 80%), kā arī eļļas tvaikiem. Izdalītās gāzes lielā ātrumā iekļūst tieši loka cilindra zonā, izraisa aukstās un karstās gāzes sajaukšanos burbulī, nodrošina intensīvu dzesēšanu un attiecīgi loka spraugas dejonizāciju. Turklāt gāzu dejonizējošās spējas palielina spiedienu burbuļa iekšienē, kas rodas eļļas straujas sadalīšanās laikā.

Loka dzēšanas procesa intensitāte eļļā ir jo lielāka, jo tuvāk loks saskaras ar eļļu un jo ātrāk eļļa pārvietojas attiecībā pret loku. Ņemot to vērā, loka spraugu ierobežo slēgta izolācijas ierīce - loka tekne... Šajās kamerās tiek izveidots ciešāks eļļas kontakts ar loku, un ar izolācijas plākšņu un izplūdes atveru palīdzību tiek veidoti darba kanāli caur kuru notiek eļļas un gāzu kustība, nodrošinot intensīvu loka izpūšanu (izpūšanu).

Loka teknes pēc darbības principa iedala trīs galvenajās grupās: ar pašpūtēju, kad loka zonā tiek radīts augsts spiediens un gāzes kustības ātrums lokā izdalītās enerģijas dēļ, ar eļļas piespiedu pūšana ar speciālu sūknēšanas hidraulisko mehānismu palīdzību, ar magnētisko rūdīšanu eļļā, lokam atrodoties magnētiskā lauka iedarbībā, tas virzās šaurās spraugās.

Visefektīvākās un vienkāršākās pašpiepūšamās loka teknes... Atkarībā no kanālu un izplūdes atveru novietojuma tiek izdalītas kameras, kurās intensīva gāzes-tvaika maisījuma un eļļas pūšana pa loka strāvu (gareniskā pūšana) vai caur loku (šķērsvirziena pūšana) tiek nodrošināta ). Aplūkotās loka dzēšanas metodes tiek plaši izmantotas slēdžos spriegumam virs 1 kV.

Citas metodes loka dzēšanai ierīcēs ar spriegumu virs 1 kV

Papildus iepriekšminētajām loka dzēšanas metodēm tiek izmantots arī: saspiests gaiss, kura plūsma pūš loku gar vai šķērsām, nodrošinot tā intensīvu dzesēšanu (gaisa vietā tiek izmantotas citas gāzes, kuras bieži iegūst no cietas gāzes ģenerēšanas). materiāli — šķiedras, vinila plastmasa utt. — uz to sadalīšanās rēķina pašas degšanas loka ietekmē), SF6 (sēra heksafluorīds), kam ir lielāka elektriskā stiprība nekā gaisam un ūdeņradim, kā rezultātā šajā gāzē degošais loks pat pie atmosfēras spiediena ātri nodziest, ļoti retināta gāze (vakuums) atverot kontaktus, kurā loks dara. neaizdegas (nodziest) pēc pirmās strāvas pārejas caur nulli.