Физические процессы в дуговом промежутке выключателя при высоком давлении.

Электрической дугой, точнее дуговым разрядом, назы­вают самостоятельный разряд в газе, т.е. разряд, протекающий без внешнего ионизатора, характеризующийся большой плотностью тока и относительно небольшим падением напряжения у катода. Ниже рассмотрена дуга высоко­го давления, т.е. дуговой разряд при атмосферном и более высоком давлении.

Различают следующие области дугового разряда:

• область катодного падения напряжения;

• область анодного падения напряжения;

• ствол дуги.

Область катодного падения напряжения представляет собой тончайший слой газа у поверхности катода. Падение напряжения в этом слое составляет 20...50 В, а напряжённость электрического поля достигает 10⁵…10⁶ В/см. Энергия, подводимая из сети к этой области, используется на выделение элек­тронов с поверхности катода. Механизм освобождения электронов может быть двояким: а) термоэлектронная эмиссия при тугоплавких и огнеупор­ных электродах (вольфрам, уголь), температура которых может достигнуть 6000 К и выше, и б) автоэлектронная эмиссия, т.е. вырывание электронов из катода действием сильного электрического поля при «холодном» катоде. Плотность тока на катоде достигает 3000...10000 А/см² Ток сосредоточен на небольшой ярко освещенной площадке, получившей название катодного пятна. Освобождающиеся электроны движутся через дуговой столб к аноду.

У анода положительные ионы приобретают ускорение в направлении к катоду. Электроны уходят в анод и образуют в тонком слое отрицательный заряд. Падение напряжения у анода составляет 10...20 В.

Рис.21 Области дугового разряда

Где Uк – катодное падение напряжения

Uа – анодное падение напряжения

Процессы в стволе дуги представляют наибольший интерес при изу­чении выключателей, поскольку для гашения дуги используют различные виды воздействия именно на дуговой столб. Последний представляет собой плазму, т.е. ионизированный газ с очень высокой температурой и одинако­вым содержанием электронов и положительных ионов в единице объёма.

Высокую температуру в дуге создают и поддерживают элек­троны и ионы, участвующие в тепловом хаотическом движении нейтраль­ных молекул и атомов, но имеющие также направленное движение в элект­рическом поле вдоль оси дуги, определяемое знаком заряда частиц. Этому движению препятствует нейтральный газ. Происходят частые соударения электронов и ионов с нейтральными частицами. Поскольку длина свободно­го пробега электронов при высоком давлении мала, потеря энергии при упругих столкновениях с молекулами и атомами, приходящаяся на каждое столкновение, мала и недостаточна для ионизации частиц. Однако, число столкновений, претерпеваемых электронами, весьма велико. В результате, энергия атомов передаётся нейтральному газу в виде тепла.

Кратчайшая теория горения электрической дуги

Дата добавления: 2015-07-11