40. Дуга отключения в цепи высокого напряжения и ее свойства.

При отключении электрической цепи высокого напряжения под нагрузкой, на контактах выключателя всегда возникает электрическая дуга, которая представляет собой разрядный ток через мост ионизированных газов, обладающих очень высокой проводимостью и температурой.

В таких условиях, несмотря на механический разрыв цепи, ток не прекращается. Он протекает до тех пор, пока между контактами существует проводящий мост, представляющий собой лугоразрядную плазму, состоящую из ионов и электронов. Поэтому для отключения цепи не достаточно разомкнуть контакты выключения, необходимо еще погасить электрическую дугу. В нормальных условиях среда в которой находятся выключатели обладает достаточной электрической прочностью и не проводит электрический ток. Однако при разрыве цепи под нагрузкой среда межконтактного промежутка под действием ионизирующих факторов переходит из состояния диэлектрика в состояние проводника.

Околокотодное направление проявляется на очень малом расстоянии от котода. Зависит от состояния среды, материала. Ua(10-20 В) несколько меньше Uk(20-50 В), а при больших токах дуги приближается к 0. Uk играет важную роль в образовании и поддержании дуги. В этой области при небольшом падении напряжения создается очень высокая напряженность электрического поля (E=10⁶ В/см). Электрическое поле и высокая температура дуги создают условие для ионизации газов и паров, заполняющих межконтактный промежуток.

Уровень температуры в дуге зависит:

1. от свойств среды;

2. от плотности тока;

3. от давления (с увеличением давления температуры возрастает)

При интенсивном охлаждении дуги ее сечение уменьшается, следовательно увеличивается плотность тока. Таким образом электрическая дуга представляет собой разряд в газе с большой плотностью тока и очень высокой температурой при малом катодном падении напряжения.

41. Физические процессы в электрической дуге

Переход промежутка между контактами из сосотояния диэлектрика в состояние проводника переходит вследствие ионизации (процесс появления заряженных частиц между контактами). Различают несколько видов ионизации: автоэлектронная и термоэлектрическая эмиссия, ударная и термическая ионизация.

Автоэлектронная эмиссия возникает и существует в начальный момент размыкания контактов. При этом напряженность электрического поля достигает 10⁷ В/см, при которой силы электрического поля вырабатывают свободные электроны с поверхности катода. Этому процессу способствует повышение температуры катода, так как на нем образуются раскаленные участки контакта, излучающие свободные электроны. Эти электроны под действием сил поля движутся с высокой скоростью в направлении анода, производня ионизацию нейтральных частиц (за счет удара). Для ударной ионизации электрон должен обладать достаточным запасом энергии движения. Для каждого газа величина этого запаса различна и характеризует потенциал ионизации, который представляет собой наименьшую разность потенциалов, пройдя которую на пути свободного пробега, электрон приобретает скорость достаточную для ионизации.

Термическая ионизация возникает под действием высоких температур в дуге. Высокую температуру в дуге поддерживают заряженные частицы, учавствующие в хаотичном движении нейтральных частиц, и имеющие направленное движение в электрическом поле вдоль оси дуги. Этому движению препятствует нейтральный газ. Энергия электронов передается нейтральному газу в виде тепла. Следовательно электроны соударяясь с нейтральными частицами и повышая этим температуру газа, способствуют термической ионизации. Температура на поверхности дуги достигает 3000-4000 °С, а центральная часть дуги может достигать 6000-7000 °С и более. При таких температурах скорость теплового движения молекул газа является достаточной для ионизации соударения частиц и термическая ионизация является основным видом ионизации при устойчивом горении дуги.

Термоэлектронная эмиссия возникает при разрыве больших токов. При расхождении контактов на них имеются раскаленные точки, из которых вырываются электроны и усиливают ионизацию. Наряду с ионизацией непрерывно идут процессы деионизации (процессы уменьшения и исчезновения заряженных частиц в промежутке между контактом).

Если число исчезающих частиц больше числа вновь образующихся, то дуга погаснет. Деионизация происходит путем нейтролизации заряженных частиц и их диффузии из дугового пространства. Сущность нейтролизации (рекомбинации) состоит в воссоединении заряженных частиц. При этом они теряют избыточные заряды и становяться нейтральными. Рекомбинация может происходить в объеме газа или поверхности твердого диэлектрика гасительной камеры.

Диффузия – выход заряженных частиц из объема электрической дуги в окружающее пространство. В результате в области горения дуги уменьшается число заряженных частиц. Диффузия происходит благодаря различной концентрации заряженных частиц в дуге и вокруг нее, а также вследствии температурного движения газов.