Температура сварочной дуги в разных зонах горения, ее длина и условия возбуждения
Принцип электродуговой сварки основан на использовании температуры электрического разряда, возникающего между сварочным электродом и металлической заготовкой.
Дуговой разряд образуется вследствие электрического пробоя воздушного промежутка. При возникновении этого явления происходит ионизация молекул газа, повышение его температуры и электропроводности, переход в состояние плазмы.
Горение сварочной дуги сопровождается выделением большого количества световой и особенно тепловой энергии, вследствие чего резко повышается температура, и происходит локальное плавление металла заготовки. Это и есть сварка.
Основные свойства дугового разряда
В процессе работы, для того, чтобы возбудить дуговой разряд, производится кратковременное касание заготовки электродом, то есть, создание короткого замыкания с последующим разрывом металлического контакта и установлением требуемого воздушного зазора. Таким способом выбирается оптимальная длина сварочной дуги.
При очень коротком разряде электрод может прилипать к заготовке, плавление происходит чересчур интенсивно, что может привести к образованию наплывов. Длинная дуга отличается неустойчивостью горения и недостаточно высокой температурой в зоне сварки.
Неустойчивость и видимое искривление формы сварочной дуги часто можно наблюдать при работе промышленных сварочных агрегатов с достаточно массивными деталями. Это явление называется магнитным дутьем.
Суть его заключается в том, что сварочный ток дуги создает некоторое магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем, создаваемым током, протекающим через массивную заготовку.
То есть, отклонение дуги вызывается магнитными силами. Дутьем процесс назван потому, что дуга отклоняется, как будто под воздействием ветра.
Радикальных способов борьбы с этим явлением нет. Для уменьшения влияния магнитного дутья применяют сварку укороченной дугой, а также располагают электрод под определенным углом.
Среда горения
Существует несколько различных сварочных технологий, использующих электродуговые разряды, отличающиеся свойствами и параметрами. Электрическая сварочная дуга имеет следующие разновидности:
- открытая. Горение разряда происходит непосредственно в атмосфере;
- в среде защитных газов. В этом варианте, в зону сварки подается газ, чаще всего, это гелий, аргон или углекислый газ.
Защита зоны сварки необходима для предотвращения активного окисления плавящегося металла под воздействием кислорода воздуха.
Слой окисла препятствует образованию сплошного сварного шва, металл в месте соединения приобретает пористость, в результате чего снижается прочность и герметичность стыка.
В какой-то мере дуга сама способна создавать микроклимат в зоне горения за счет образования области повышенного давления, препятствующего притоку атмосферного воздуха.
Применение флюса позволяет более активно выдавливать воздух из зоны сварки. Использование среды защитных газов, подаваемых под давлением, решает эту задачу практически полностью.
Продолжительность разряда
Кроме критериев защищенности, дуговой разряд классифицируется по продолжительности. Существуют процессы, в которых горение дуги происходит в импульсном режиме.
В таких устройствах сварка осуществляется короткими вспышками. За время вспышки, температура успевает возрасти до величины, достаточной для локального расплавления небольшой зоны, в которой образуется точечное соединение.
Большинство же применяемых сварочных технологий использует относительно продолжительное по времени горение дуги. В течение сварочного процесса происходит постоянное перемещение электрода вдоль соединяемых кромок.
Область повышенной температуры, создающая сварочную ванну, перемещается вслед за электродом. После перемещения сварочного электрода, следовательно, и дугового разряда, температура пройденного участка снижается, происходит кристаллизация сварочной ванны и образование прочного сварного шва.
Структура дугового разряда
Область дугового разряда условно принято делить на три участка. Участки, непосредственно прилегающие к полюсам (аноду и катоду), называют соответственно, анодным и катодным.
Центральную часть дугового разряда, расположенную между анодной и катодной областями, называют столбом дуги. Температура в зоне сварочной дуги может достигать нескольких тысяч градусов (до 7000 °C).
Хотя тепло не полностью передается металлу, его вполне хватает для расплавления. Так, температура плавления стали для сравнения составляет 1300-1500 °C.
Для обеспечения устойчивого горения дугового разряда необходимы следующие условия: наличие тока порядка 10 Ампер (это минимальное значение, максимум может достигать 1000 Ампер), при поддержании напряжения дуги от 15 до 40 Вольт
Падение этого напряжения происходит в дуговом разряде. Распределение напряжения по зонам дуги происходит неравномерно. Падение большей части приложенного напряжения происходит в анодной и катодной зонах.
Экспериментальным путем установлено, что при сварке плавящимся электродом, наибольшее падение напряжения наблюдается в катодной зоне. В этой же части дуги наблюдается наиболее высокий градиент температуры.
Поэтому, при выборе полярности сварочного процесса, катод соединяют с электродом, когда хотят добиться наибольшего его плавления, повысив его температуру. Наоборот, для более глубокого провара заготовки, катод присоединяют к ней. В столбе дуги падает наименьшая часть напряжения.
При производстве сварочных работ неплавящимся электродом, катодное падение напряжения меньше анодного, то есть, зона повышенной температуры смещена к аноду.
Поэтому, при этой технологии, заготовка подключается к аноду, чем обеспечивается хороший ее прогрев и защита неплавящегося электрода от излишней температуры.
Температурные зоны
Следует заметить, что при любом виде сварки, как плавящимся, так и неплавящимся электродом, столб дуги (его центр) имеет самую высокую температуру – порядка 5000-7000 °C, а иногда и выше.
Зоны наиболее низкой температуры располагаются в одной из активных областей, катодной или анодной. В этих зонах может выделяться 60-70% тепла дуги.
Кроме интенсивного повышения температуры заготовки и сварочного электрода, разряд излучает инфракрасные и ультрафиолетовые волны, способные оказывать вредное влияние на организм сварщика. Это обусловливает необходимость применения защитных мер.
Что касается сварки переменным током, понятие полярности там не существует, так как положение анода и катода изменяется с промышленной частотой 50 колебаний в секунду.
Дуга в этом процессе обладает меньшей устойчивостью по сравнению с постоянным током, ее температура скачет. К преимуществам сварочных процессов на переменном токе, можно отнести только более простое и дешевое оборудование, да еще практически полное отсутствие такого явления, как магнитное дутье, о котором сказано выше.
Вольт-амперная характеристика
На графике представлены кривые зависимости напряжения источника питания от величины сварочного тока, называемые вольт–амперными характеристиками сварочного процесса.
Кривые красного цвета отображают изменение напряжения между электродом и заготовкой в фазах возбуждения сварочной дуги и устойчивого ее горения. Начальные точки кривых соответствуют напряжению холостого хода источника питания.
В момент возбуждения сварщиком дугового разряда, напряжение резко снижается вплоть до того периода, когда параметры дуги стабилизируются, устанавливается значение тока сварки, зависящее от диаметра применяемого электрода, мощности источника питания и установленной длины дуги.
С наступлением этого периода, напряжение и температура дуги стабилизируются, и весь процесс приобретает устойчивый характер.
Что такое электрическая дуга, ее характеристики и гашение при постоянном и переменном токе
При отключении цепи тока выключателем высокого напряжения его контакты расходятся, однако цепь тока не разрывается, так как между контактами возникает электрическая дуга, т. е. сильно ионизированный столб газа, ставшим проводящим под влиянием высокой температуры.При неизменном (поддерживаемом при определенном значении какими-либо внешними средствами) дуга постоянного тока устойчива. Всякие температурные отклонения в стволе дуги немедленно компенсируются изменениями потребляемой мощности, и температура дуги возвращается к первоначальному значению.
По другому ведет себя дуга постоянного тока при неизменном напряжении. При повышении температуры в стволе дуги увеличивается его проводимость, возрастает ток и соответственно мощность. Это приводит к дальнейшему повышению проводимости и температуры. Обратный процесс охлаждения дуги приводит в конечном счете к ее погасанию. Таким образом, дуга постоянного тока при неизменном напряжении неустойчива.
В дуге переменного тока, возникающей в выключателях переменного тока, ток изменяется периодически с частотой 50 Гц. Дуга поэтому не является стационарной, а находится в состоянии динамического равновесия. Максимальное значение напряжения на дуге, соответствующее моменту появления тока в дуге, называют « напряжением зажигания», а моменту перехода тока через нуль – «напряжением гашения».
Удовлетворительно организованный отвод теплоты дуги, как правило, означает успешное отключение короткого замыкания. Неудовлетворительный отвод теплоты дуги почти всегда ведет к неприятным последствиям – выбросу масла из масляных выключателях, повреждению дугогасителей воздушных выключателей и даже взрывам выключателей.
Методы применяются для гашения дуги в выключателях постоянного тока:
В выключателях постоянного тока основным средством гашения дуги является растягивание ее до так называемой критической длины т. е. такую длину дуги при которой она существовать не может. Если ЭДС контура меньше 30 В, размыкание его не будет сопровождаться возникновением дуги, как бы велик не был отключаемый ток.
Практически в аппаратах низкого напряжения нашли применение три типа дугогасительных устройств: открытый разрыв, щелевые дугогасительные камеры и деионные решетки. Деионные или дугогасительные решетки представляют собой набор металлических пластин, расположенных в виде зубьев гребенки, разбивающих дугу на ряд коротких дуг и охлаждающих ее ствол наподобие радиаторов.
Электрические и тепловые свойства дуги — Мегаобучалка
Электрические свойства дуги. Сварочная дуга представляет собой длительный самостоятельный разряд электричества в атмосфере газов и паров металла между двумя электродами, проводящими большой ток — (5-4000) А — при относительно низком напряжении – (10-60)В.
В обычных условиях газы не являются проводником, но при наличии заряженных частиц, электронов и ионов становятся электропроводными.
Включенные в цепь два электрода при соприкосновении дают ток короткого замыкания. При этом они сильно нагреваются и выделяют тепло. Металл катода сильно накаляясь, приобретает способность излучать свободные электроны в пространство — термоэлектронная и автоэлектронная эмиссия (кинетическая энергия электронов становится больше энергии, необходимой для преодоления электростатического притяжения электрода)
Наиболее важным свойством для сварки являются тепловые свойства дуги. Температура сварочной дуги очень высокая — около 5500°С и зависит от диаметра электрода, плотности тока, материала электродов и состава газовой среды. На катоде она более низкая, чем на аноде, и максимального значения достигает в столбе дуги. При ручной сварке на постоянном токе разница температур на катоде и аноде используется для увеличения расплавления электрода или изделия. Тепловые возможности сварочной дуги измеряются ее тепловой мощностью.
Неиспользуемая на нагрев основного и присадочного металла часть полной тепловой мощности уходит в атмосферу, на световое излучение, уносится с каплями металла при разбрызгивании.
Для определения затраты тепла при сварке пользуются понятием погонной энергии сварки, которой называют количество теплоты, вводимой в металл в процессе сварки в единицу времени, отнесенное к единице длины шва.
Статической вольтамперной характеристикой дуги называют зависимость электрического напряжения от тока при постоянной длине дуги.
Напряжение дуги при малых плотностях тока в электроде падает при увеличении тока (падающая статическая характеристика), далее при увеличении плотности тока в определенном интервале остается практически постоянным (жесткая характеристика), а затем увеличивается с ростом тока в дуге (возрастающая характеристика).Падение напряжения с ростом тока наблюдается только при малых токах (порядка до 50 А) и может быть отнесено за счет улучшения условий термической ионизации. После возбуждения дуги возникает большее число носителей заряда, проводимость столба дуги увеличивается и ток возрастает при уменьшении напряжения. Дальнейшее увеличение тока приводит к росту поперечного сечения столба дуги без изменения его проводимости, поэтому напряжение на дуге остается практически постоянным.
Источник сварочного тока выпрямитель трансфарматор
Внешняя х-та бывает крупной падающий жесткой и возврасающей внешней х-та источников питания должна соответствовать вольт-амперной х-тики сварочной дуги.
Источники питания должны обладать требованиями
1)она должна быть безопасным в работе иметь высокий КПД 2)повышение напряжения холостого хода. 3)величина тока короткого замыкания должна быть строго ограниченной , что бы не допустить перегрева источника питания
Вопрос 38
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами позволяет создать температуру в сварной ванне до 7000 градусов. Этого достаточно, чтобы сплавить практически любые известные металлы, а ручной способ позволяет добраться до самых труднодоступных мест. Благодаря простоте и практичности ручная сварка стала самой популярной. Недостаток заключается в том, что сварку должен производить человек с квалификацией, чтобы контролировать качество шва.
1. Сущность процесса ручной дуговой сварки
Сварку выполняют электродами, которые вручную подают в зону горения дуги и перемещают вдоль свариваемого изделия. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя газовую защиту вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла металлической сварочной ванны.
Источником теплоты при дуговой сварке служит электрическая дуга. Дуга – мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает три этапа (рис.1):
Рис. 1. Схема процесса зажигания дуги
короткое замыкание электрода на заготовку (рис. 1, а) отвод электрода на расстояние 3-6 мм (рис. 1, б) и возникновение устойчивого дугового разряда (рис. 1, в). Без короткого замыкания дугу можно зажечь с помощью осциллятора (генератор высокочастотных колебаний).
Нагрев кабелей при коротком замыкании (часть 1). Температура электрической дуги при коротком замыкании
7.6 Нагрев аппаратов при коротком замыкании
При расчете температуры элементов аппаратов в режиме короткого замыкания благодаря малой длительности этого режима можно пренебречь теплом, отдаваемым во внешнюю среду, и считать, что все тепло расходуется на повышение температуры проводника. В этом случае энергетический баланс проводника, имеющего сопротивление R и массу М, выражается уравнением
Ввиду того, что температура может достигать больших значений (300°С), необходимо учитывать изменение как сопротивления R, так и удельной теплоёмкости С от температуры. Изменение сопротивления проводника от температуры
,где: -коэффициент добавочных потерь; — удельная теплоемкость при О°С;α — температурный коэффициент сопротивления материала; q — сечение проводника; l — длина проводника.
Зависимость удельной теплоемкости от температуры
,
где: -удельная теплоемкость при О°С; β — температурный коэффициент теплоемкости.
Выразив
и подставив в эти выражения после упрощения имеем
В результате интегрирования получим
где: δ — плотность тока;
и — значения интеграла правой части при верхнем () и нижнем () пределах интегрирования.
С целью упрощения расчетов построены кривые для различных материалов. С помощью этих кривых легко произвести расчет на термическую стойкость аппарата. В соответствии со свойствами проводника и изоляции выбирается допустимая температура при коротком замыкании, и при номинальном токе . С помощью кривых находим и , соответствующие температурам и. Зная можно при данных t и I определить сечение проводника q, либо при известных t и q найти допустимый ток короткого замыкания. Если известен допустимый ток при времени, то допустимый ток при времени
Уравнение не учитывает теплоотдачу в окружающую среду, поэтому им можно пользоваться при времени не более 10 c.
Если используется материал, для которого нет кривых, аналогичных, то при расчёт термической устойчивости производят по формуле
При коротком замыкании вблизи генератора из-за переходных процессов величина переменной составляющей тока, протекающего через аппарат, меняется. В этом случае расчет термической стойкости ведется по установившемуся току короткого замыкания∞
Время прохождения установившегося тока ∞ принимается равным фиктивному времени .
Фиктивное время — это время, при котором тепло, выделяющееся при прохождении установившегося тока∞ равно теплу, выделяющемуся при прохождении реального тока за реальное время протекания.
Фиктивное время для периодической составляющей тока короткого замыкания находится с помощью кривых. Для данного генератора определяют (- действующее значение сверхпереходного тока) и зная действительное время прохождения тока иβ, находят
Фиктивное время для апериодической составляющей тока может быть определено
Фиктивное время
7.7 Допустимая температура различных частей электрических аппаратов
Предельные температуры элементов аппаратов определяются свойствами применённых проводниковых и изоляционных материалов, длительностью воздействия и назначением аппарата.
Температура элементов аппарата в длительном режиме складывается из температуры окружающей среды и превышения температуры:Согласно ГОСТ наибольшая температура окружающей среда принята +4О°С.
Если >4О°С, то токовая нагрузка аппарата должна быть снижена таким образом, чтобы предельные температуры находились в соответствии с ГОСТ (уменьшается допустимое превышение температуры). Допустимый ток при≠4О°С определяется формулой
.
Если <40°С, то токовая нагрузка аппарата может быть увеличена, но не более чем на 20% с таким расчетом, чтобы предельные температуры были в соответствии с ГОСТ.
Шины, присоединяемые к аппаратным зажимам, должны иметь температуру ниже, чем эти зажимы, для того, чтобы создавать отвод тепла от контактов.
studfiles.net
Электрическая дуга и ее свойства
При рассмотрении электрической дуги, будем рассматривать дугу прямого действия.
Сварочной дугой называется мощный электрический разряд между электродами, находящимися в среде ионизированных газов и паров металла.
Расстояние между электродами называется областью дугового разряда или длиной дуги. При сварке металлическими электродами нормальная дуга 3-6 мм. Такая длина называется короткой. При увеличении длины дуги повышается разбрызгивание, окисление металла и снижается качество шва – появляется пористость. При короткой дуге происходит меньшее насыщение металла кислородом и азотом воздуха, повышается прочность сварного шва.
Процесс зажигания эл. дуги включает в себя три этапа (рис. 5.8):
1 — короткое замыкание (рис. 5.9,а) – производится с целью разогрева торца электрода и основного металла в зоне контакта электродом.
2 — отвод электрода (рис. 5.9,б) – при этом за счёт разогретого торца электрода электризуются электроны, которые ионизируют нейтральные молекулы превращая их в положительные ионы (+). Под действием электрического поля электроны и отрицательные ионы движутся к аноду, а положительные к катоду. В результате дуговой промежуток становится электропроводным и через него начинается разряд электрического тока.
3 возникновение устойчивого дугового разряда (рис. 5.9,в).
Рис. 5.9. Зажигание дуги при сварке.
а) короткое замыкание; б) отвод электрода; в) возникновение устойчивого дугового разряда.
1. Электрод. 2. Основной металл. 3. Электроны. 4. Ионизация. 5. Катодное пятно. 6. Столб дуги. 7. Анодное пятно.
Возникшая электрическая дуга является концентрированным источником тепла с очень высокой температурой.
При этом дуга имеет три зоны:
1 – Катодная (падение напряжения Uк), (рис. 5.9, поз.5),
2 — Столб (падение напряжения Ucт), (рис. 5.9, поз.6),
3 – Анодная (Uа). (рис. 5.9, поз.7).
Температура столба дуги достигает 60000С, а температура анодного и катодного пятна находится в пределах 2000-30000С.
Возможно зажигание д
8.Дуговые короткие замыкания
8.Дуговые короткие замыкания
- Категория: И.Л. Небрат «Расчеты токов короткого замыкания в сетях 0,4 кВ»
Выше указывалось, что наибольшая часть КЗ в сетях нпряжением до 1 кВ является дуговыми КЗ. Многочисленные исследования показывают, что при дуговом КЗ ток КЗ всегда меньше тока металлического КЗ в этой же точке. Однако определить точное значение RД в месте КЗ не представляется возможным. Существующие методики расчетов дуговых КЗ позволяют лишь примерно оценить значение RД в месте КЗ.
Рассмотрим более подробно некоторые методики расчетов дуговых КЗ.
8.1 Расчеты дуговых КЗ с помощью формул, основанных на методе симметричных составляющих
Все расчеты токов дуговых КЗ, также как и металлических, сводятся к определению суммарного сопротивления до точки КЗ для данного вида КЗ, по которому при известном напряжении сети можно вычислить ток КЗ. В общем виде это можно выразить следующей формулой :
, кА (24)
где n – вид КЗ;
— суммарное сопротивление до места КЗ
Расчетные формулы для определения суммарных сопротивлений до места КЗ и токов дуговых КЗ приведены в таблице 2
Таблица 2
Расчетные формулы для определения суммарных сопротивлений и токов в сети 0,4 кВ для дуговых КЗ
Вид КЗ |
Суммарное сопротивление Zå, мОм |
Суммарный ток IКå, кА |
|
Трехфазное, К(3) |
|
|
|
Двухфазное, К(2) |
|
|
|
Однофазное, К(1) |
|
|
Сопротивления R1å и X1å рассчитываются также, как для металлических КЗ.Учет сопротивления дуги в месте КЗ в данном случае выполняется введением в расчетную схему активного сопротивления дуги RД [4], причем RД либо принимается равным 15 мОм, либо определяется из таблицы № 3, в которой значение сопротивления RД получены экспериментально в зависимости от места КЗ и мощности питающего трансформатора [2].
Таблица 3
Значение активного сопротивления дуги
|
Расчетные условия КЗ |
Активное сопротивление дуги (RД ), мОм, при КЗ за трансформаторами мощностью, кВА |
|||||
|
250 |
400 |
630 |
1000 |
1600 |
2500 |
|
|
КЗ вблизи выводов низшего напряжения трансформатора: |
||||||
|
— в разделке кабелей напряжением: |
||||||
|
0,4 кВ |
15 |
10 |
7 |
5 |
4 |
3,0 |
|
0,525 кВ |
14 |
8 |
6 |
1,5 |
3,5 |
2,5 |
|
0,69 кВ |
12 |
7 |
5 |
4 |
3,0 |
2,0 |
|
— в шинопроводе типа ШМА напряжением : |
||||||
|
0,4 кВ |
6 |
4 |
3,0 |
|||
|
0,525 кВ |
5 |
3,5 |
2,5 |
|||
|
0,69 кВ |
4 |
3,0 |
2,0 |
|||
|
КЗ в конце шинопровода типа ШМА длиной 100 – 150 м. |
||||||
|
напряжением: |
||||||
|
0,4 кВ |
6-8 |
5-7 |
4-6 |
|||
|
0,525 кВ |
5-7 |
4-6 |
3-5 |
|||
|
0,69 кВ |
4-6 |
3-5 |
2-4 |
|||
8.2 Расчеты дуговых КЗ с помощью снижающего коэффициента KC
Данная методика, предложенная сотрудниками ОРГРЭС [8] , разработана на основе экспериментальных исследований, проведенных в реальных условиях на ряде электростанций Сибири (Омская ТЭЦ-4, Красноярская ГРЭС-2, Назаровская ГРЭС). Целью проведения экспериментов было изучение способов возникновения и характера поведения электрической дуги переменного тока в условиях действующих электроустановок отечественных электростанций и подстанций а также разработка методики определения токов дуговых КЗ. Предложенная автором методика приводится в ГОСТ 28249-93 на расчет токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кв . Она заключается в том, что предлагается определять значение наиболее вероятных токов дуговых КЗ (симметричных и не симметричных ) с помощью токов металлических КЗ и снижающего (поправочного) коэффициента Кс , учитывающего уменьшение токов дуговых КЗ по сравнению с металлическими КЗ в зависимости от суммарного сопротивления расчетной сети до точки КЗ
Значение коэффициентов Кс в зависимости от удаленности точки КЗ, т.е. кривые Кс = были получены в результате обработки экспериментальных данных реальных опытов КЗ за трансформаторами мощностью 630 и 1000 кВА. Эти кривые приведены на рис. 6
Кривая 1 используется для определения Кс в начальный момент дугового КЗ (tКЗ<0,05с), а кривая 2 используется для определения значения коэффициента Кс при установившемся дуговом КЗ (tКЗ>0,05с)
Рис. 6 Кривые зависимости Кс от сопротивления цепи КЗ :
1 – начало процесса дугового замыкания tКЗ<0,05с;
2 – установившийся процесс дугового замыкания tКЗ>0,05с
Например, ток трехфазного КЗ с помощью коэффициента Кс определяется в килоамперах по выражению:
(25)
где — ток трехфазного металлического КЗ, кА;
Кс – снижающий коэффициент, определяемый по характеристике Кс = , приведенной на рис. 6
Для трехфазного КЗ :
Таким образом для определения наиболее вероятных токов дуговых КЗ, симметричных и не симметричных необходимо в начале определить значение суммарных сопротивлений до места КЗ и соответствующих им токов металлических КЗ. Расчетные выражения для них приведены в таблице 1.
Затем по кривым рис. 6 определить значение коэффициента Кс для нужного вида КЗ.
В общем виде ток дугового КЗ в соответствии с данной методикой можно представить следующим выражением:
Ik(n)дуг = Iкм(n)× Кс, (26)
Где n – вид КЗ;
Iкм(n) – ток металлического КЗ, кА,
Кс – снижающий коэффициент.
чему равна температура электрической дуги? в градусах цельсия желательно 🙂
Температура электрической дуги зависит от материала электродов: при угольных электродах на катоде она составляет около 3200°С; на аноде — около 3900 «С; при металлических электродах соответственно 2400 и 2600°С. В центре дуги по ее оси температура достигает 6000-8000°С.
это от напряжения зависит
Дуга может гореть и между металлическими электродами (железо, медь и т. д.). При этом электроды плавятся и быстро испаряются, на что расходуется много тепла. Поэтому температура кратера металлического электрода обычно ниже, чем угольного (2000—2500 °С) . Заставляя гореть дугу между угольными электродами в сжатом газе (около 20 атм) , удалось довести температуру положительного кратера до 5900 °С, т. е. до температуры поверхности Солнца. При этом наблюдалось плавление угля. Еще более высокой температурой обладает столб газов и паров, через который идет электрический разряд. Энергичная бомбардировка этих газов и паров электронами и ионами, подгоняемыми электрическим полем дуги, доводит температуру газов в столбе до 6000—7000 °С. Поэтому в столбе дуги почти все известные вещества плавятся и обращаются в пар, и делаются возможными многие химические реакции, которые не идут при более низких температурах. Нетрудно, например, расплавить в пламени дуги тугоплавкие фарфоровые палочки. <a href=»/» rel=»nofollow» title=»10793865:##:http://www.physel.ru/-mainmenu-29/—-mainmenu-37/429-s-98—.html» target=»_blank» >[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]</a>
температура электрической дуги — со всех языков на русский
явление электрической дуги
—
[Интент]
Параллельные тексты EN-RU
Electric arc phenomenon
The electric arc is a phenomenon which takes place as a consequence of a discharge which occurs when the voltage between two points exceeds the insulating strength limit of the interposed gas; then, in the presence of suitable conditions, a plasma is generated which carries the electric current till the opening of the protective device on the supply side.
Gases, which are good insulating means under normal conditions, may become current conductors in consequence of a change in their chemical-physical properties due to a temperature rise or to other external factors.
To understand how an electrical arc originates, reference can be made to what happens when a circuit opens or closes.
During the opening phase of an electric circuit the contacts of the protective device start to separate thus offering to the current a gradually decreasing section; therefore the current meets growing resistance with a consequent rise in the temperature.
As soon as the contacts start to separate, the voltage applied to the circuit exceeds the dielectric strength of the air, causing its perforation through a discharge.
The high temperature causes the ionization of the surrounding air which keeps the current circulating in the form of electrical arc. Besides thermal ionization, there is also an electron emission from the cathode due to the thermionic effect; the ions formed in the gas due to the very high temperature are accelerated by the electric field, strike the cathode, release energy in the collision thus causing a localized heating which generates electron emission.
The electrical arc lasts till the voltage at its ends supplies the energy sufficient to compensate for the quantity of heat dissipated and to maintain the suitable conditions of temperature. If the arc is elongated and cooled, the conditions necessary for its maintenance lack and it extinguishes.
Analogously, an arc can originate also as a consequence of a short-circuit between phases. A short-circuit is a low impedance connection between two conductors at different voltages.
The conducting element which constitutes the low impedance connection (e.g. a metallic tool forgotten on the busbars inside the enclosure, a wrong wiring or a body of an animal entered inside the enclosure), subject to the difference of potential is passed through by a current of generally high value, depending on the characteristics of the circuit.
The flow of the high fault current causes the overheating of the cables or of the circuit busbars, up to the melting of the conductors of lower section; as soon as the conductor melts, analogous conditions to those present during the circuit opening arise. At that point an arc starts which lasts either till the protective devices intervene or till the conditions necessary for its stability subsist.
The electric arc is characterized by an intense ionization of the gaseous means, by reduced drops of the anodic and cathodic voltage (10 V and 40 V respectively), by high or very high current density in the middle of the column (of the order of 102-103 up to 107 A/cm2), by very high temperatures (thousands of °C) always in the middle of the current column and – in low voltage — by a distance between the ends variable from some microns to some centimeters.
[ABB]
Явление электрической дуги
Электрическая дуга между двумя электродами в газе представляет собой физическое явление, возникающее в тот момент, когда напряжения между двумя электродами превышает значение электрической прочности изоляции данного газа.
При наличии подходящих условий образуется плазма, по которой протекает электрический ток. Ток будет протекать до тех пор, пока на стороне электропитания не сработает защитное устройство.
Газы, являющиеся хорошим изолятором, при нормальных условиях, могут стать проводником в результате изменения их физико-химических свойств, которые могут произойти вследствие увеличения температуры или в результате воздействия каких-либо иных внешних факторов.
Для того чтобы понять механизм возникновения электрической дуги, следует рассмотреть, что происходит при размыкании или замыкании электрической цепи.
При размыкании электрической цепи контакты защитного устройства начинают расходиться, в результате чего постепенно уменьшается сечение контактной поверхности, через которую протекает ток.
Сопротивление электрической цепи возрастает, что приводит к увеличению температуры.
Как только контакты начнут отходить один от другого, приложенное напряжение превысит электрическую прочность воздуха, что вызовет электрический пробой.
Высокая температура приведет к ионизации воздуха, которая обеспечит протекание электрического тока по проводнику, представляющему собой электрическую дугу. Кроме термической ионизации молекул воздуха происходит также эмиссия электронов с катода, вызванная термоэлектронным эффектом. Образующиеся под воздействием очень высокой температуры ионы ускоряются в электрическом поле и бомбардируют катод. Высвобождающаяся, в результате столкновения энергия, вызывает локальный нагрев, который, в свою очередь, приводит к эмиссии электронов.
Электрическая дуга длится до тех пор, пока напряжение на ее концах обеспечивает поступление энергии, достаточной для компенсации выделяющегося тепла и для сохранения условий поддержания высокой температуры. Если дуга вытягивается и охлаждается, то условия, необходимые для ее поддержания, исчезают и дуга гаснет.
Аналогичным образом возникает дуга в результате короткого замыкания электрической цепи. Короткое замыкание представляет собой низкоомное соединение двух проводников, находящихся под разными потенциалами.
Проводящий элемент с малым сопротивлением, например, металлический инструмент, забытый на шинах внутри комплектного устройства, ошибка в электромонтаже или тело животного, случайно попавшего в комплектное устройство, может соединить элементы, находящиеся под разными потенциалами, в результате чего через низкоомное соединение потечет электрический ток, значение которого определяется параметрами образовавшейся короткозамкнутой цепи.
Протекание большого тока короткого замыкания вызывает перегрев кабелей или шин, который может привести к расплавлению проводников с меньшим сечением. Как только проводник расплавится, возникает ситуация, аналогичная размыканию электрической цепи. Т. е. в момент размыкания возникает дуга, которая длится либо до срабатывания защитного устройства, либо до тех пор, пока существуют условия, обеспечивающие её стабильность.
Электрическая дуга характеризуется интенсивной ионизацией газов, что приводит к падению анодного и катодного напряжений (на 10 и 40 В соответственно), высокой или очень высокой плотностью тока в середине плазменного шнура (от 102-103 до 107 А/см2), очень высокой температурой (сотни градусов Цельсия) всегда в середине плазменного шнура и низкому падению напряжения при расстоянии между концами дуги от нескольких микрон до нескольких сантиметров.
[Перевод Интент]
Тематики
- НКУ (шкафы, пульты,…)
