Процес формирања електричног лука и методе гашења

Када се електрично коло отвори, долази до електричног пражњења у облику електричног лука. За појаву електричног лука довољно је да напон контаката буде изнад 10 В при струји у колу од 0,1 А или више. Са значајним напонима и струјама, температура унутар лука може да достигне 3-15 хиљада ° Ц, због чега се контакти и делови под напоном топе.

На напонима од 110 кВ и више, дужина лука може достићи неколико метара. Због тога електрични лук, посебно у струјним колима велике снаге, за напоне изнад 1 кВ представља велику опасност, иако озбиљне последице могу бити и у инсталацијама за напоне испод 1 кВ. Као резултат тога, лучни лук мора бити што је могуће више ограничен и брзо угашен у круговима за напоне изнад и испод 1 кВ.

Узроци електричног лука

Процес формирања електричног лука може се поједноставити на следећи начин.Када се контакти разиђу, контактни притисак се прво смањује и контактна површина се сходно томе повећава, прелазни отпор (густина струје и температура — почиње локално (у појединим областима контактне површине) прегревање, што додатно доприноси термоионском зрачењу, када се под утицајем високе температуре повећава брзина електрона и они избијају са површине електроде.

У тренутку раздвајања контакта, то јест, струјно коло је прекинуто, напон се брзо обнавља у контактном размаку. Пошто је у овом случају растојање између контаката мало, постоји електрично поље високог напона под чијим утицајем се електрони повлаче са површине електроде. Убрзавају се у електричном пољу и када ударе у неутрални атом, дају му своју кинетичку енергију. Ако је ова енергија довољна да откине бар један електрон са омотача неутралног атома, онда се одвија процес јонизације.

Формирани слободни електрони и јони чине плазму стабла лука, односно јонизовани канал у коме гори лук и обезбеђује се непрекидно кретање честица. У овом случају, негативно наелектрисане честице, углавном електрони, крећу се у једном смеру (према аноди), а атоми и молекули гасова лишени једног или више електрона — позитивно наелектрисаних честица — у супротном смеру (према катоди).

Проводљивост плазме је блиска проводљивости метала.

У лучној осовини тече велика струја и ствара се висока температура.Ова температура лучног цилиндра доводи до термичке јонизације — процеса формирања јона услед судара молекула и атома са високом кинетичком енергијом при великим брзинама њиховог кретања (молекули и атоми средине у којој гори лук распадају се на електроне и позитивно наелектрисани јони). Интензивна термичка јонизација одржава високу проводљивост плазме. Због тога је пад напона дуж лука мали.

У електричном луку се стално одвијају два процеса: поред јонизације и дејонизација атома и молекула. Ово последње настаје углавном дифузијом, односно преношењем наелектрисаних честица у околину и рекомбинацијом електрона и позитивно наелектрисаних јона, који се поново склапају у неутралне честице уз враћање енергије утрошене на њихово распадање. У овом случају, топлота се уклања у околину.

Дакле, могу се разликовати три фазе разматраног процеса: паљење лука, када услед ударне јонизације и емисије електрона са катоде, почиње лучно пражњење и интензитет јонизације је већи од дејонизације, стабилно сагоревање лука подржано термичка јонизација у лучном цилиндру када су интензитети јонизације и дејонизације исти, нестанак лука када је интензитет дејонизације већи од интензитета јонизације.

Методе гашења лука у електричним склопним уређајима

Да бисте искључили елементе електричног кола и искључили оштећење склопног уређаја, потребно је не само отворити његове контакте, већ и угасити лук који се појављује између њих. Процеси гашења лука, као и горење, наизменичном и једносмерном струјом су различити.Ово је одређено чињеницом да у првом случају струја у луку пролази кроз нулу сваког полупериода. У тим тренуцима, ослобађање енергије у луку престаје и лук се спонтано гаси, а затим се сваки пут поново пали.

У пракси, струја у луку постаје близу нуле нешто раније од преласка нуле, јер како се струја смањује, енергија која се доводи у лук се смањује, а температура лука се сходно томе смањује и термичка јонизација престаје. У овом случају, процес дејонизације се интензивно наставља у лучном процепу. Ако у овом тренутку отворите и брзо отворите контакте, можда неће доћи до накнадног електричног прекида и струјни круг ће бити искључен без лука. У пракси је то, међутим, изузетно тешко изводљиво, па се зато предузимају посебне мере да се убрза гашење лука, да се обезбеди хлађење простора лука и смањи број наелектрисаних честица.

Као резултат дејонизације, диелектрична чврстоћа јаза се постепено повећава и истовремено се повећава напон опоравка у њему. Однос ових вредности зависи од тога да ли ће дуга упалити у следећој половини периода или не. Ако се диелектрична чврстоћа зазора повећава брже и већа је од напона опоравка, лук се више неће запалити, иначе ће се обезбедити стабилан лук. Први услов дефинише проблем гашења лука.

У расклопним апаратима се користе различите методе гашења лука.

Продужење лука

Ако се контакти разиђу током искључења електричног кола, резултирајући лук се растеже.Истовремено, побољшани су услови хлађења лука јер се његова површина повећава и потребан је већи напон за сагоревање.

Дељење дугог лука у низ кратких лукова

Ако се лук који се формира када се контакти отворе подели на К кратких лукова, на пример повлачењем у металну мрежу, он ће се угасити. Типично, лук се уводи у металну мрежу под утицајем електромагнетног поља индукованог у плочама мреже вртложним струјама. Овај метод гашења лука има широку примену у расклопним апаратима за напоне испод 1 кВ, посебно у аутоматским ваздушним прекидачима.

Лукно хлађење у уским прорезима

Гашење малих лукова је олакшано. Стога, у комутационих уређаја широко се користе лучни жлебови са уздужним прорезима (оса таквог прореза поклапа се у правцу са осом лучног цилиндра). Такав зазор се обично формира у коморама направљеним од изолационих материјала отпорних на лук. Због контакта лука са хладним површинама долази до његовог интензивног хлађења, дифузије наелектрисаних честица у околину и, сходно томе, брзе дејонизације.

Поред прореза са равно-паралелним зидовима, користе се и прорези са ребрима, избочинама, наставцима (џеповима). Све ово доводи до деформације лучног цилиндра и повећава површину његовог контакта са хладним зидовима коморе.

Лук се увлачи у уске прорезе обично помоћу магнетног поља које је у интеракцији са луком, који се може сматрати проводником који носи струју.

Екстерни магнетно поље за померање лука најчешће обезбеђује калем повезан серијски са контактима између којих настаје лук.Гашење лука у уском прорезу се користи у уређајима за све напоне.

Гашење лука под високим притиском

При константној температури степен јонизације гаса опада са повећањем притиска, док се топлотна проводљивост гаса повећава. Уз све остале ствари, ово резултира побољшаним хлађењем лука. Гашење лука високим притиском, које ствара сам лук у чврсто затвореним коморама, има широку примену у осигурачима и низу других уређаја.

Гашење лука у уљу

Ако преклопни контакти стављени у уље, лук који настаје при њиховом отварању доводи до интензивног испаравања уља. Као резултат, око лука се формира гасни мехур (коверта), који се састоји углавном од водоника (70 ... 80%), као и уљне паре. Емитовани гасови великом брзином продиру директно у подручје лучног цилиндра, изазивају мешање хладног и врућег гаса у мехуру, обезбеђују интензивно хлађење и, сходно томе, деионизацију лучног зазора. Поред тога, дејонизујућа способност гасова повећава притисак унутар мехурића који настаје током брзог разлагања уља.

Интензитет процеса гашења лука у уљу је већи што лук ближе долази у контакт са уљем и што се уље брже креће у односу на лук. С обзиром на ово, лучни зазор је ограничен затвореним изолационим уређајем - лучним жлебом... У овим коморама се ствара ближи контакт уља са луком, а уз помоћ изолационих плоча и испусних отвора формирају се радни канали. кроз које се одвија кретање нафте и гасова, обезбеђујући интензивно издувавање (издувавање) лука.

Лучни жлебови према принципу рада деле се у три главне групе: са самодувавањем, када се стварају висок притисак и брзина кретања гаса у подручју лука услед енергије која се ослобађа у луку, са принудно дување уља уз помоћ специјалних пумпних хидрауличних механизама, уз магнетно гашење у уљу, када је лук под дејством магнетног поља, креће се у уске празнине.

Најефикаснији и најједноставнији самонадувавајући лучни жлебови... У зависности од локације канала и издувних отвора разликују се коморе у којима се интензивно дува гасно-парна смеша и уља по струји лука (уздужно дување) или кроз лук (попречно дување) је обезбеђен ). Разматране методе гашења лука се широко користе у прекидачима за напоне изнад 1 кВ.

Друге методе гашења лука у уређајима за напоне изнад 1 кВ

Поред наведених метода гашења лука, користе се и: компримовани ваздух, чији проток дува лук дуж или попреко, обезбеђујући његово интензивно хлађење (уместо ваздуха користе се други гасови, често добијени из чврстих гасова који стварају материјали — влакна, винил пластика, итд. — на рачун њиховог разлагања самим запаљеним луком), СФ6 (сумпор хексафлуорид), који има већу електричну снагу од ваздуха и водоника, услед чега се лук који гори у овом гасу, чак и при атмосферском притиску, брзо гаси, веома разређени гас (вакум) када се отворе контакти, у којима се лук не гаси. не запали (угаси) након првог проласка струје кроз нулу.