Электрическая дуга

1. Лекция 2: Электрическая дуга.

2. Электрическая дуга постоянного тока. Физическая картина дугообразования.

Дуга – это холодная плазма, состоящая из
ионизированных газов с температурой около 10 000 оC.

3. Дуга

Ролик 1 - Принцип гашения дуги в вакууме.avi
Во время горения дуги действуют два
противоположно направленных процесса –
процесс ионизации и деионизации.

4.

Процессы ионизации:
1. Термоэлектронная эмиссия – явление испускания
электронов с поверхности раскаленного проводника.
2. Автоэлектронная эмиссия – процесс испускания
электронов под воздействием высокой разности
потенциалов на границе «проводник – дуга».
3. Ударная ионизация – возникает при столкновении
частицы с высокой энергией с нейтральной
молекулой.
1), 2), 3) – стартовые процессы ионизации.
4. Тепловая ионизация (основной вид) – происходит
под воздействием высокой температуры, когда
столкновение молекул приводит к ионизации.

5.

Процессы деионизации:
1. Рекомбинация – процесс образования
нейтральных молекул в случае столкновения двух
полярно заряженных частиц.
2. Процесс выноса заряда в окружающую среду
приводит к уменьшение числа зарядов.

6. Выводы:

1) Дуга горит устойчиво, если
процессы ионизации и деионизации уравновешены,
т.е. число зарядов неизменно.
2) Для быстрого погашения дуги необходимо
уменьшить число зарядов,
а значит ускорить процесс деионизации
и притормозить процесс ионизации.

7.

Ролик 2 - Устойчивое горение дуги.flv
Ролик 3 - Неравномерное горение дуги.flv

8. Падение напряжения в стволе дуги

Дуга представляет собой нелинейное сопротивление.

9.

Ролик 4 - Лабораторный эксперимент Arco_Voltaico.3.avi

10. ВАХ дуги постоянного тока

Катод
Анод
U
Uз 1
Uг
2
0
i=const
i

11. Процесс возникновения электрической дуги

R
L
i
Uист
Uд

12.

Запишем для этого замкнутого контура
II закон Кирхгофа:
Если решить это уравнение относительно
тока,
мы определим условие,
приводящее к гашению дуги.

13. Решаем уравнение графически:

U UUUU
di
d
i
L
L dt 0 0
dt
Uист
Uист
Uист
Uист
Uист
Uист
1 111
LLLidddiii 000
d
L dddttt 0
dt
R RiRRiii
LLLdiddiii
d
L dddttt
dt
di
d
i
L
L dt 0 0
dt
Uд
Uд
UдUд
2
2d 2i
LdL id i 00
L ddtt 0
dt
di
d
i
L
L dt 0 0
dt
iiii
UR
UUURURRRR

14. Вывод:

Т.к. во время пробоя воздействовать на
характеристики мы не можем,
то единственный способ погасить дугу –
добиться увеличения падения напряжения в
дуге.
Падение напряжения в дуге зависит от числа
зарядов в дуге,
т.е. от быстроты протекания и взаимной
пропорции процессов ионизации и
деионизации.

15. Основные способы гашения дуги

1. Охлаждение дуги
2. Обдув дуги
3. Увеличение расстояния между контактами
4. Многократный разрыв

16. Охлаждение дуги

17. Увеличение расстояния между контактами

18. Обдув дуги

Ролик 5 - Дуга на разъединителе.flv
Ролик 6 - Электромагнитный принцип гашения дуги.avi

19. Многократный разрыв

Катод
Катод
А
А
К
К
А
К
А
К
А
А
К
К
Ролик 7 - operating_500kv_isolator.flv
Анод
Анод

20.

+: При многократном разрыве многократно увеличивается
суммарная скорость расхождения контакта.
-: Конструктивное усложнение аппарата. При многократном
разрыве мы должны обеспечить одновременное погашение
дуги во всех частях аппарата.

21. Разъединитель основанный на принципе многократного разрыва

Ролик 8 - испытание разъединителя.flv
Однако, нужно помнить, что по своей
природе разъединитель НЕ предназначен
для коммутации цепей под напряжением.
Загорание дуги на его контактах возможно
только в случае неправильных действий
оперативного персонала!

22. Дуга переменного тока

• Изменение тока происходит по
синусоидальному закону
• Частота равна 50 Гц
• Чем выше частота, тем меньше уровень
потерь и выше КПД.

23. ВАХ дуги переменного тока

U
1
3
2
Uз
Uг
i

24. Затухание дуги переменного тока

Uk-> Uc
U,i
Uд( t)
по колебательному
закону
Uk-> Uc
по апериодическому
закону
i( t)
Uc( t)
1
1
3
3
2
2
t
2
1
2
3
1
3

25.

После гашения дуги начинается процесс
восстановления напряжения на контактах.
Если диэлектрическая напряженность
промежутка больше напряжения пробоя, то
дуга не загорится повторно, а напряжение
начнет восстанавливать свою синусоидальную
форму.
Процесс восстановления напряжения на
контактах может идти по двум различным
законам – апериодическому и
колебательному.
Восстановление напряжения по
апериодическому закону менее вредно для
сети, т. к. не вносит в сеть высокочастотных
помех.

26.

Ролик 9 - музыкальные дуги.flv

27. Спасибо за внимание!