Elektros lanko susidarymo procesas ir jo gesinimo būdai

Atidarius elektros grandinę, atsiranda elektros iškrova elektros lanko pavidalu. Kad atsirastų elektros lankas, pakanka, kad kontaktų įtampa būtų didesnė nei 10 V, kai srovė grandinėje yra 0,1 A ar didesnė. Esant didelėms įtampoms ir srovėms, temperatūra lanko viduje gali siekti 3–15 tūkstančių ° C, todėl kontaktai ir įtampingosios dalys ištirpsta.

Esant 110 kV ir aukštesnei įtampai, lanko ilgis gali siekti kelis metrus. Todėl elektros lankas, ypač didelės galios grandinėse, esant aukštesnei nei 1 kV įtampai, yra didelis pavojus, nors rimtų padarinių gali kilti ir įrenginiuose, kurių įtampa mažesnė nei 1 kV. Dėl to grandinėse, kurių įtampa viršija ir žemesnė, nei 1 kV, lankas turi būti kiek įmanoma apribotas ir greitai užgesintas.

Elektros lanko atsiradimo priežastys

Elektros lanko formavimo procesą galima supaprastinti taip.Kai kontaktai skiriasi, pirmiausia sumažėja kontaktinis slėgis ir atitinkamai padidėja kontaktinis paviršius, perėjimo atsparumas (srovės tankis ir temperatūra — prasideda vietinis (tam tikrose kontaktinio ploto srityse) perkaitimas, kuris dar labiau prisideda prie terminės spinduliuotės, kai, veikiant aukštai temperatūrai, didėja elektronų greitis ir jie sprogsta nuo elektrodo paviršiaus.

Kontaktų atskyrimo momentu, tai yra, grandinė nutrūksta, įtampa greitai atkuriama kontaktų tarpelyje. Kadangi šiuo atveju atstumas tarp kontaktų yra mažas, yra elektrinis laukas aukšta įtampa, kurios veikiami elektronai atitraukiami nuo elektrodo paviršiaus. Jie įsibėgėja elektriniame lauke ir atsitrenkę į neutralų atomą suteikia jam savo kinetinę energiją. Jei šios energijos pakanka bent vienam elektronui atplėšti nuo neutralaus atomo apvalkalo, tada vyksta jonizacijos procesas.

Susidarę laisvieji elektronai ir jonai sudaro lanko kamieno plazmą, tai yra jonizuotą kanalą, kuriame dega lankas ir užtikrinamas nuolatinis dalelių judėjimas. Šiuo atveju neigiamo krūvio dalelės, daugiausia elektronai, juda viena kryptimi (link anodo), o dujų atomai ir molekulės, neturinčios vieno ar daugiau elektronų - teigiamai įkrautos dalelės - priešinga kryptimi (link katodo).

Plazmos laidumas artimas metalų laidumui.

Lanko velenu teka didelė srovė ir susidaro aukšta temperatūra.Ši lanko cilindro temperatūra sukelia šiluminę jonizaciją – jonų susidarymo procesą dėl molekulių ir atomų susidūrimo su didele kinetine energija esant dideliam jų judėjimo greičiui (terpės, kurioje dega lankas, molekulės ir atomai suyra į elektronus ir teigiamai. įkrauti jonai). Intensyvi terminė jonizacija palaiko aukštą plazmos laidumą. Todėl įtampos kritimas išilgai lanko yra mažas.

Elektros lanke nuolat vyksta du procesai: be jonizacijos, dar ir atomų bei molekulių dejonizacija. Pastaroji daugiausia vyksta difuzijos būdu, tai yra, įkrautų dalelių perkėlimas į aplinką ir elektronų bei teigiamai įkrautų jonų rekombinacija, kurie vėl susirenka į neutralias daleles, grąžinant energiją, sunaudotą joms suskaidyti. Tokiu atveju šiluma pašalinama į aplinką.

Taigi galima išskirti tris nagrinėjamo proceso etapus: lanko uždegimas, kai dėl smūginės jonizacijos ir elektronų emisijos iš katodo prasideda lanko iškrova ir jonizacijos intensyvumas yra didesnis nei dejonizacijos, stabilus lanko degimas palaikomas terminė jonizacija lanko cilindre, kai jonizacijos ir dejonizacijos intensyvumas yra vienodas, lanko išnykimas, kai dejonizacijos intensyvumas didesnis nei jonizacijos.

Lanko gesinimo elektros perjungimo įrenginiuose būdai

Norint atjungti elektros grandinės elementus ir nepažeisti perjungimo įtaiso, būtina ne tik atidaryti jo kontaktus, bet ir užgesinti tarp jų atsirandantį lanką. Lanko gesinimo procesai, taip pat deginimas, esant kintamajai ir nuolatinei srovei, skiriasi.Tai lemia tai, kad pirmuoju atveju srovė lanke kas pusę ciklo eina per nulį. Šiuo metu energijos išsiskyrimas lanke sustoja, o lankas savaime užgęsta ir kiekvieną kartą vėl užsidega.

Praktiškai srovė lanke tampa artima nuliui šiek tiek anksčiau nei nulio kirtimas, nes mažėjant srovei mažėja į lanką tiekiama energija, atitinkamai mažėja lanko temperatūra ir nutrūksta terminė jonizacija. Šiuo atveju dejonizacijos procesas intensyviai tęsiasi lanko tarpelyje. Jei šiuo metu atidarysite ir greitai atidarysite kontaktus, vėlesnis elektros energijos tiekimas gali neįvykti ir grandinė bus atjungta be lanko. Tačiau praktikoje tai padaryti itin sunku, todėl imamasi specialių priemonių lanko užgesimui paspartinti, lanko erdvės vėsinimui užtikrinti ir įkrautų dalelių kiekiui sumažinti.

Dėl dejonizacijos pamažu didėja tarpo dielektrinis stipris ir tuo pačiu didėja joje esanti atkūrimo įtampa. Šių verčių santykis priklauso nuo to, ar vaivorykštė užsidegs kitoje laikotarpio pusėje, ar ne. Jei tarpo dielektrinis stipris didėja greičiau ir yra didesnis už atkūrimo įtampą, lankas nebeužsilieps, kitaip bus užtikrintas stabilus lankas. Pirmoji sąlyga apibrėžia lanko gesinimo problemą.

Skirstomuosiuose įrenginiuose naudojami įvairūs lanko gesinimo būdai.

Lanko išplėtimas

Jei elektros grandinės atjungimo metu kontaktai skiriasi, susidaręs lankas ištempiamas.Kartu pagerėja lanko aušinimo sąlygos, nes didėja jo paviršiaus plotas ir degimui reikia daugiau įtampos.

Ilgo lanko padalijimas į trumpų lankų seriją

Jei atsidarius kontaktams susidaręs lankas padalinamas į K trumpus lankus, pavyzdžiui, traukiant į metalinį tinklelį, jis užges. Paprastai lankas įvedamas į metalinį tinklelį veikiamas elektromagnetinio lauko, kurį tinklelio plokštėse sukelia sūkurinės srovės. Šis lanko gesinimo būdas plačiai naudojamas skirstomuosiuose įrenginiuose, kurių įtampa mažesnė nei 1 kV, ypač automatiniuose oro jungikliuose.

Lanko aušinimas siaurose plyšiuose

Palengvėja mažų lankų gesinimas. Todėl į perjungimo įrenginiai plačiai naudojami lankiniai latakai su išilginiais plyšiais (tokio plyšio ašis sutampa su lanko cilindro ašimi). Toks tarpas dažniausiai susidaro kamerose, pagamintose iš izoliuojančių lankui atsparių medžiagų. Dėl lanko kontakto su šaltais paviršiais vyksta intensyvus jo aušinimas, įkrautų dalelių difuzija aplinkoje ir atitinkamai greita dejonizacija.

Be plyšių su plokščiomis lygiagrečiomis sienelėmis, taip pat naudojami plyšiai su briaunomis, iškyšomis, prailginimais (kišenėmis). Visa tai veda prie lanko cilindro deformacijos ir padidina jo sąlyčio su šaltomis kameros sienelėmis plotą.

Lankas įtraukiamas į siaurus plyšius, paprastai magnetinio lauko, sąveikaujančio su lanku, dėka, kuris gali būti laikomas srovės laidininku.

Išorinis magnetinis laukas lankui judėti dažniausiai suteikia ritė, nuosekliai sujungta su kontaktais, tarp kurių atsiranda lankas.Siaurų plyšių lanko gesinimas naudojamas visų įtampų įrenginiuose.

Aukšto slėgio lanko gesinimas

Esant pastoviai temperatūrai, didėjant slėgiui mažėja dujų jonizacijos laipsnis, o didėja dujų šilumos laidumas. Jei visi kiti dalykai yra vienodi, tai pagerina lanko aušinimą. Lanko gesinimas aukštu slėgiu, sukurtas paties lanko sandariai uždarytose kamerose, plačiai naudojamas saugikliuose ir daugelyje kitų įrenginių.

Lanko gesinimas aliejuje

Jeigu kontaktų perjungimas dedami į aliejų, juos atidarius atsirandantis lankas sukelia intensyvų alyvos išgaravimą. Dėl to aplink lanką susidaro dujų burbulas (apvalkalas), kurį daugiausia sudaro vandenilis (70 ... 80%), taip pat alyvos garai. Išskiriamos dujos dideliu greičiu prasiskverbia tiesiai į lanko cilindro sritį, sukelia šaltų ir karštų dujų maišymąsi burbule, užtikrina intensyvų aušinimą ir atitinkamai lanko tarpo dejonizaciją. Be to, dujų dejonizuojantis gebėjimas padidina slėgį burbulo viduje, susidarantį greito aliejaus skilimo metu.

Lanko gesinimo alyvoje intensyvumas yra tuo didesnis, kuo arčiau lankas liečiasi su alyva ir tuo greičiau alyva juda lanko atžvilgiu. Atsižvelgiant į tai, lanko tarpą riboja uždaras izoliacinis įtaisas - lanko latakas... Šiose kamerose sukuriamas glaudesnis alyvos kontaktas su lanku, o izoliacinių plokščių ir išleidimo angų pagalba formuojami darbo kanalai. per kurią vyksta alyvos ir dujų judėjimas, užtikrinantis intensyvų lanko išpūtimą (išpūtimą).

Lankiniai latakai pagal veikimo principą skirstomi į tris pagrindines grupes: su savaiminiu pūtimu, kai lanko srityje dėl lanke išsiskiriančios energijos susidaro didelis slėgis ir dujų judėjimo greitis, su priverstinis alyvos pūtimas specialių siurbimo hidraulinių mechanizmų pagalba, su magnetiniu gesinimu alyvoje, kai lankas yra veikiamas magnetinio lauko, jis juda į siaurus tarpus.

Veiksmingiausi ir paprasčiausi savaime prisipučiantys lankiniai latakai... Priklausomai nuo kanalų ir išmetimo angų vietos išskiriamos kameros, kuriose intensyvus dujų-garų mišinio ir alyvos pūtimas pagal lanko srovę (išilginis pūtimas) arba numatytas per lanką (skersinis pūtimas). Nagrinėjami lanko gesinimo būdai plačiai naudojami grandinės pertraukikliuose, kurių įtampa viršija 1 kV.

Kiti lanko gesinimo būdai įrenginiuose, kurių įtampa viršija 1 kV

Be minėtų lanko gesinimo būdų, jie taip pat naudoja: suslėgtą orą, kurio srautas pučia lanką išilgai arba skersai, užtikrindamas intensyvų jo aušinimą (vietoj oro naudojamos kitos dujos, dažnai gaunamos iš kietųjų dujų generavimo). medžiagų – pluoštų, vinilo plastiko ir kt. – jų skilimo dėl paties degimo lanko sąskaita), SF6 (sieros heksafluoridas), kurios elektrinis stiprumas didesnis nei oras ir vandenilis, dėl ko šiose dujose degantis lankas net esant atmosferiniam slėgiui greitai užgęsta, labai išretintos dujos (vakuumas) atidarius kontaktus, kuriose lankas veikia neužsidega (užgęsta) pirmą kartą pratekėjus srovei per nulį.