Процесс образования электрической дуги и способы ее гашения

При размыкании электрической цепи возникает электрический разряд в виде электрической дуги. Для появления электрической дуги достаточно, чтобы напряжение на контактах было выше 10 В при токе в цепи порядка 0,1А и более. При значительных напряжениях и токах температура внутри дуги может достигать 3 — 15 тыс. °С, в результате чего плавятся контакты и токоведущие части. 

 

При напряжениях 110 кВ и выше длина дуги может достигать нескольких метров. Поэтому электрическая дуга, особенно в мощных силовых цепях, на напряжение выше 1 кВ представляет собой большую опасность, хотя серьезные последствия могут быть и в установках на напряжение ниже 1 кВ. Вследствие этого электрическую дугу необходимо максимально ограничить и быстро погасить в цепях на напряжение как выше, так и ниже 1 кВ. 

Причины возникновения электрический дуги

Процесс образования электрической дуги может быть упрощенно представлен следующим образом. При расхождении контактов вначале уменьшается контактное давление и соответственно контактная поверхность, увеличиваютсяпереходное сопротивление ( плотность тока и температура — начинаются местные (на отдельных участках площади контактов) перегревы, которые в дальнейшем способствуют термоэлектронной эмиссии, когда под воздействием высокой температуры увеличивается скорость движения электронов и они вырываются с поверхности электрода.

В момент расхождения контактов, то есть разрыва цепи, на контактном промежутке быстро восстанавливается напряжение. Поскольку при этом расстояние между контактами мало, возникаетэлектрическое поле высокой напряженности, под воздействием которого с поверхности электрода вырываются электроны. Они разгоняются в электрическом поле и при ударе в нейтральный атом отдают ему свою кинетическую энергию. Если этой энергии достаточно, чтобы оторвать хотя бы один электрон с оболочки нейтрального атома, то происходит процесс ионизации.

Образовавшиеся свободные электроны и ионы составляют плазму ствола дуги, то есть ионизированного канала, в котором горит дуга и обеспечивается непрерывное движение частиц. При этом отрицательно заряженные частицы, в первую очередь электроны, движутся в одном направлении (к аноду), а атомы и молекулы газов, лишенные одного или нескольких электронов, — положительно заряженные частицы — в противоположном направлении (к катоду). Проводимость плазмы близка к проводимости металлов.

В стволе дуги проходит большой ток и создается высокая температура. Такая температура ствола дуги приводит к термоионизации — процессу образования ионов вследствие соударения молекул и атомов, обладающих большой кинетической энергией при высоких скоростях их движения (молекулы и атомы среды, где горит дуга, распадаются на электроны и положительно заряженные ионы). Интенсивная термоионизация поддерживает высокую проводимость плазмы. Поэтому падение напряжения по длине дуги невелико.

В электрической дуге непрерывно протекают два процесса: кроме ионизации, также деионизация атомов и молекул. Последняя происходит в основном путем диффузии, то есть переноса заряженных частиц в окружающую среду, и рекомбинации электронов и положительно заряженных ионов, которые воссоединяются в нейтральные частицы с отдачей энергии, затраченной на их распад. При этом происходит теплоотвод в окружающую среду.

Таким образом, можно различить три стадии рассматриваемого процесса: зажигание дуги, когда вследствие ударной ионизации и эмиссии электронов с катода начинается дуговой разряд и интенсивность ионизации выше, чем деионизации, устойчивое горение дуги, поддерживаемое термоионизацией в стволе дуги, когда интенсивность ионизации и деионизации одинакова, погасание дуги, когда интенсивность деионизации выше, чем ионизации.

 

Способы гашения дуги в коммутационных электрических аппаратах

Для того чтобы отключить элементы электрической цепи и исключить при этом повреждение коммутационного аппарата, необходимо не только разомкнуть его контакты, но и погасить появляющуюся между ними дугу. Процессы гашения дуги, так же как и горения, при переменном и постоянном токе различны. Это определяется тем, что в первом случае ток в дуге каждый полупериод проходит через нуль. В эти моменты выделение энергии в дуге прекращается и дуга каждый раз самопроизвольно гаснет, а затем снова загорается.

Практически ток в дуге становится близким нулю несколько раньше перехода через нуль, так как при снижении тока энергия, подводимая к дуге, уменьшается, соответственно снижается температура дуги и прекращается термоионизация. При этом в дуговом промежутке интенсивно идет процесс деионизации. Если в данный момент разомкнуть и быстро развести контакты, то последующий электрический пробой может не произойти и цепь будет отключена без возникновения дуги. Однако практически это сделать крайне сложно, и поэтому принимают специальные меры ускоренного гашения дуги, обеспечивающие охлаждение дугового пространства и уменьшение числа заряженных частиц.

Удлинение дуги

При расхождении контактов в процессе отключения электрической цепи возникшая дуга растягивается. При этом улучшаются условия охлаждения дуги, так как увеличивается ее поверхность и для горения требуется большее напряжение.

Деление длинной дуги на ряд коротких дуг 

Если дугу, образовавшуюся при размыкании контактов, разделить на К коротких дуг, например затянув ее в металлическую решетку, то она погаснет. Дуга обычно затягивается в металлическую решетку под воздействием электромагнитного поля, наводимого в пластинах решетки вихревыми токами. Этот способ гашения дуги широко используется в коммутационных аппаратах на напряжение ниже 1 кВ, в частности в автоматических воздушных выключателях.

 

Охлаждение дуги в узких щелях

Гашение дуги в малом объеме облегчается. Поэтому в коммутационных аппаратах широко используют дугогасительные камеры с продольными щелями (ось такой щели совпадает по направлению с осью ствола дуги). Такая щель обычно образуется в камерах из изоляционных дугостойких материалов. Благодаря соприкосновению дуги с холодными поверхностями происходят ее интенсивное охлаждение, диффузия заряженных частиц в окружающую среду и соответственно быстрая деионизация.

Кроме щелей с плоскопараллельными стенками, применяют также щели с ребрами, выступами, расширениями (карманами). Все это приводит к деформации ствола дуги и способствует увеличению площади соприкосновения ее с холодными стенками камеры.

Втягивание дуги в узкие щели обычно происходит под действием магнитного поля, взаимодействующего с дугой, которая может рассматриваться как проводник с током.

Внешнее магнитное поле для перемещения дуги наиболее часто обеспечивают за счет катушки, включаемой последовательно с контактами, между которыми возникает дуга. Гашение дуги в узких щелях используют в аппаратах на все напряжения.

 

Гашение дуги высоким давлением

При неизменной температуре степень ионизации газа падает с ростом давления, при этом возрастает теплопроводность газа. При прочих равных условиях это приводит к усиленному охлаждению дуги. Гашение дуги при помощи высокого давления, создаваемого самой же дугой в плотно закрытых камерах, широко используется в плавких предохранителях и ряде других аппаратов.

Гашение дуги в масле

Если контакты выключателя помещены в масло, то возникающая при их размыкании дуга приводит к интенсивному испарению масла. В результате вокруг дуги образуется газовый пузырь (оболочка), состоящий в основном из водорода (70. ..80 %), а также паров масла. Выделяемые газы с большой скоростью проникают непосредственно в зону ствола дуги, вызывают перемешивание холодного и горячего газа в пузыре, обеспечивают интенсивное охлаждение и соответственно деионизацию дугового промежутка. Кроме того, деионизирующую способность газов повышает создаваемое при быстром разложении масла давление внутри пузыря.

Интенсивность процесса гашения дуги в масле тем выше, чем ближе соприкасается дуга с маслом и быстрее движется масло по отношению к дуге. Учитывая это, дуговой разрыв ограничивают замкнутым изоляционным устройством — дугогасительной камерой. В этих камерах создается более тесное соприкосновение масла с дугой, а при помощи изоляционных пластин и выхлопных отверстий образуются рабочие каналы, по которым происходит движение масла и газов, обеспечивая интенсивное обдувание (дутье) дуги.

Дугогасительные камеры по принципу действия разделяют на три основные группы: с автодутьем, когда высокие давление и скорость движения газа в зоне дуги создаются за счет выделяющейся в дуге энергии, с принудительным масляным дутьем при помощи специальных нагнетающих гидравлических механизмов, с магнитным гашением в масле, когда дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие щели.

Наиболее эффективны и просты дугогасительные камеры с автодутьем. В зависимости от расположения каналов и выхлопных отверстий различают камеры, в которых обеспечивается интенсивное обдувание потоками газопаровой смеси и масла вдоль дуги (продольное дутье) или поперек дуги (поперечное дутье). Рассмотренные способы гашения дуги широко используются в выключателях на напряжение выше 1 кВ.

Другие способы гашения дуги в аппаратах на напряжение выше 1 кВ

 

Кроме указанных выше способов гашения дуги, используют также: сжатый воздух, потоком которого вдоль или поперек обдувается дуга, обеспечивая ее интенсивное охлаждение (вместо воздуха применяются и другие газы, часто получаемые из твердых газогенерирующих материалов — фибры, винипласта и т. п. — за счет их разложения самой горящей дугой), элегаз (шестифтористая сера), обладающий более высокой электрической прочностью, чем воздух и водород, в результате чего дуга, горящая в этом газе, даже при атмосферном давлении достаточно быстро гасится, высокоразреженный газ (вакуум), при размыкании контактов в котором дуга не загорается вновь (гаснет) после первого прохождения тока через нуль.

В результате деионизации постепенно увеличивается электрическая прочность промежутка и одновременно растет восстанавливающееся напряжение на нем. От соотношения этих величин и зависит, загорится ли на очередную половину периода дуга или нет. Если электрическая прочность промежутка возрастает быстрее и оказывается больше восстанавливающего напряжения, дуга больше не загорится, в противном же случае будет обеспечено устойчивое горение дуги. Первое условие и определяет задачу гашения дуги.

 

В коммутационных аппаратах используют различные способы гашения дуги. 

Гашение дуги в аппаратах постоянного тока высокого напряжения | Основы теории электрических аппаратов | Архивы

• выключатель
• масляный
• воздушный

Содержание материала

• Основы теории электрических аппаратов
• Процессы нагревания электрических аппаратов
• Нагревание проводников переменным током
• Отвод тепла от нагретых тел
• Конвекция
• Теплоотвод при вынужденном движении жидкости
• Теплопередача через жидкостные прослойки
• Моделирование нагревания аппаратов, нагревание нетоковедущих частей аппаратов
• Нагревание катушек электрических аппаратов
• Понятие о термической устойчивости аппаратов
• Нагревание контактов
• Сваривание контактов
• Износостойкость контактов
• Неразмыкаемые контактные соединения
• Нагревание неразмыкаемых контактных соединении при коротких замыканиях
• Водяное охлаждение контактов
• Сведения о физических характеристиках электрической дуги
• Процессы на электродах дуги
• Процессы ионизации в стволе дуги
• Энергетический баланс дуги
• Дуга переменного тока
• Способы гашения дуги постоянного тока в аппаратах низкого напряжения
• Гашение дуги в аппаратах постоянного тока высокого напряжения
• Гашение дуги в выключателях переменного тока
• Отключение малых индуктивных и емкостных токов в выключателях переменного тока
• Отключение высокочастотных цепей в выключателях переменного тока
• Применение дуги в автоматах гашения поля
• Гашение дуги в выключателях переменного токая
• Изоляция аппаратов высокого напряжения
• Конструктивные промежутки изоляции аппаратов высокого напряжения
• Бумажно-масляная изоляция
• Основные типы изоляторов
• Сухоразрядное напряжение изоляторов
• Применение экранов в изоляции
• Мокроразрядное напряжение изоляторов
• Работа изоляции в районах с загрязненной атмосферой
• Литература

Страница 23 из 37

В настоящее время ведется работа по созданию линий электропередачи постоянного тока на сверхвысокое напряжение (1500 кВ). Уже ставится вопрос о возможности повышения в дальнейшем напряжения до 2000—2500 кВ. Такие линии намечаются для передачи энергии из Сибири, богатой источниками энергии, в европейскую часть СССР. Несомненно, потребуются и выключатели на такие напряжения. Но способы гашения дуги, применяемые при низком напряжении, здесь непригодны. В самом деле, если принять градиент в стволе дуги, равным даже 200 в/см, то при рабочем напряжении 1500 кВ, не учитывая перенапряжений, длина дуги должна была бы достичь 75 м, что явно неприемлемо. Надо искать качественно новых способов гашения дуги постоянного тока при сверхвысоком напряжении.
Способ, предложенный Г. А. Кукековым, заключается в том, что на постоянный ток в момент отключения накладывается колебательный разряд, рассчитанный так, чтобы, через короткий промежуток времени суммарный ток в цепи перешел через нуль. В этом случае можно применить такие же способы гашения дуги, как и в выключателях переменного тока. Принципиальная схема такого выключателя (лучше сказать отключающего устройства) дана рис. VI.22.

Здесь U0— постоянное высокое напряжение, получаемое от выпрямителей; L0— индуктивность для сглаживания колебаний после выпрямителей; С2 и С3— эквивалентные емкости линии электропередачи; ЭП — энергопоглотитель; L2 и L1 — заградительные реакторы, ограничивающие выход высокочастотных колебаний в стороны генератора и линии; ВВ — воздушный выключатель; ВК — включатель; C1— L1— колебательный контур, предварительно заряженный.

Рис. VI.22. Схемы отключающего устройства постоянного тока высокого напряжения

Действие отключающего устройства таково. В момент, когда надо произвести отключение постоянного тока, включатель ВК производит включение колебательного контура C1— L1 на выключатель ВВ. Налагающиеся на постоянный ток, текущий через ВВ, колебания высокой частоты переводят суммарный ток через нуль. В этот момент воздушный выключатель ВВ гасит дугу, и ток прекращается. Включенный последовательно с отключающим устройством энергопоглотитель представляет собой ряд последовательно включенных узкощелевых дугогасителей, в которых создается значительное падение напряжения. Тем самым уменьшается необходимая емкость конденсаторов колебательного контура. На кафедре Электрических аппаратов Ленинградского политехнического института в содружестве с заводом «Электроаппарат» и Научно-исследовательским институтом постоянного тока (НИИПТ) разработан рабочий проект отключающей установки на 800 кВ, которую предполагается поставить в опытную эксплуатацию на одной из линий постоянного тока высокого напряжения.

• Назад
• Вперед

• Назад
• Вперед

• Вы здесь:  
• Главная
• Книги
• Архивы
• Переключения в электроустановках 0,4-10 кВ распределительных сетей

Читать также:

• Монтаж распределительных устройств 110-220 кВ
• Рекомендации по выбору выключателя
• Технологии отключения в сетях среднего напряжения
• Функции и конструкция выключателей среднего и высокого напряжения
• Направления развития высоковольтной коммутационной техники

высокое напряжение — как возникают электрические дуги?

спросил 4 года, 6 месяцев назад

Изменено 4 года, 6 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

\$\начало группы\$

У меня сложилось впечатление, что дуги образуются из-за высокого напряжения, что пробой воздуха обычно составляет 3 миллиона вольт на метр. Однако дуговые печи обычно используют низкое напряжение, от 30 до 40 вольт, и большую силу тока, обычно пару сотен ампер. Образуются ли дуги и от больших токов, или они образуются от больших токов или что?

• высоковольтные
• сила тока
• дуга

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Вам нужен закон Пашена

Закон Пашена представляет собой уравнение, которое дает напряжение пробоя, т.е. напряжение, необходимое для запуска разряда или электрической дуги, между двумя электродами в газе в зависимости от давления и зазора длина.[2][3] Он назван в честь Фридриха Пашена, который его открыл. эмпирически в 1889 г..[4]

Пашен изучал напряжение пробоя различных газов между параллельные металлические пластины, так как давление газа и расстояние зазора были разнообразный:

При постоянной длине промежутка напряжение, необходимое для образования дуги на зазор уменьшался по мере того, как давление уменьшалось, а затем увеличивалось постепенно, превышая свое первоначальное значение.

При постоянном давлении, напряжение, необходимое для возникновения дуги, уменьшилось по мере уменьшения размера зазора, но только до точки. По мере дальнейшего уменьшения зазора требуемое напряжение чтобы дуга начала подниматься и снова превысила свое первоначальное значение. Для данного газа напряжение является функцией только произведения давление и длина зазора.[2][3] Найденная им кривая зависимости напряжения от произведение длины промежутка давления (справа) называется кривой Пашена. Он нашел уравнение, соответствующее этим кривым, которое теперь называется уравнением Пашена. закон.[3]

По сути, когда воздух ионизируется, он становится хорошим проводником. Прохождение через него сильного тока сохраняет его ионизированным.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

О дуговых печах можно прочитать здесь. Первое, что вы можете заметить, это то, что ваше описание применимо только к небольшим печам.

Современная сталеплавильная печь среднего размера будет иметь трансформатор с номинальным около 60 000 000 вольт-ампер (60 МВА), при вторичном напряжении между 400 и 900 вольт и вторичный ток свыше 44000 ампер.

Однако даже от 400 до 900 вольт недостаточно для создания дуги на любом разумном расстоянии, поэтому ваш вопрос остается в силе. И статья дает ответ:

Электроды опущены на лом, зажжена дуга

Другими словами, электроды находятся в прямом контакте с расплавляемым металлом, поэтому напряжение практически не имеет значения, если оно обеспечивает достаточный ток. На самом деле

Для этой первой части операции выбираются более низкие напряжения, чтобы защитить крышу и стены от чрезмерного нагревания и повреждения от дуги. Как только электроды достигли сильного расплава в основании печь и дуги экранированы ломом, напряжение может быть увеличился, а электроды слегка приподнялись, удлинив дуги и увеличение мощности расплава.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Дуги требуется высокое напряжение для запуска

. Напряжение пробоя воздуха значительно зависит от влажности и других факторов, но составляет примерно 1 кВ на мм.

Однако это только для начала дуги. Газы в воздухе превращаются в плазму, проводящую электричество намного лучше, чем обычный воздух. В результате требуется гораздо меньшее напряжение, чтобы поддерживал дугу. Вот почему напряжение на дуге может быть низким, например, несколько десятков вольт или даже меньше, пока продолжает течь достаточный ток для поддержания плазмы. По сути, в дугу необходимо вложить достаточную мощность, чтобы сбалансировать потери из-за конвекции и излучения.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Определение напряжения по длине дуги

спросил 1 год, 11 месяцев назад

Изменено 1 год, 11 месяцев назад

Просмотрено 1к раз

\$\начало группы\$

Драйвер диммера света Ludic science

Я смотрел это видео, сделанное ludic science, и в 3:14 он сказал, что при максимальном выходе высоковольтной катушки зажигания расстояние составляло 10 мм/1 см, что, как он утверждал, было 10- 12кв.м. Разве не является золотым стандартом пробивное напряжение воздуха 30 кВ/см? Может кто-нибудь объяснить?

• высоковольтные
• дуговые

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Существует большая разница в напряжении пробоя диэлектрика BDV для гладких параллельных поверхностей и точечных источников с острыми концами проводов из-за влияния силы градиента электрического поля на ионизацию.