oblouky 

§92. Elektrický oblouk a způsoby jeho hašení. Oblouk. Podmínky pro iniciaci a hoření oblouku. Metody zhášení elektrického oblouku Odpor elektrického oblouku

Elektrický oblouk je obloukový výboj, ke kterému dochází mezi dvěma elektrodami nebo elektrodou a obrobkem a který umožňuje spojení dvou nebo více částí svařováním.

Svařovací oblouk se v závislosti na prostředí, ve kterém se vyskytuje, dělí do několika skupin. Může být otevřený, uzavřený a také v prostředí ochranných plynů.

Otevřený oblouk proudí ve volném vzduchu prostřednictvím ionizace částic ve spalovacím prostoru a také vlivem kovových par svařovaných dílů a materiálu elektrody. Uzavřený oblouk zase hoří pod vrstvou tavidla. To umožňuje změnit složení plynného média ve spalovacím prostoru a chránit kov obrobků před oxidací. V tomto případě elektrický oblouk proudí přes kovové páry a ionty tavidla. Oblouk, který hoří v prostředí ochranného plynu, proudí přes ionty tohoto plynu a kovové páry. To také pomáhá zabránit oxidaci dílů a následně zvýšit spolehlivost vytvořeného spojení.

Elektrický oblouk se liší typem dodávaného proudu – střídavým nebo konstantním – a dobou hoření – pulzním nebo stacionárním. Kromě toho může mít oblouk přímou nebo obrácenou polaritu.

Podle typu použité elektrody se rozlišují elektrody netavitelné a tavné. Použití jedné nebo druhé elektrody přímo závisí na vlastnostech, které svářečka. Oblouk, který vzniká při použití nekonzumovatelné elektrody, jak název napovídá, ji nedeformuje. Při svařování stavnou elektrodou obloukový proud roztaví materiál a ten se uloží na původní obrobek.

Mezeru oblouku lze podmíněně rozdělit na tři charakteristické části: katodu, anodu a hřídel oblouku. V tomto případě poslední úsek, tzn. největší délku má obloukový kmen, avšak charakteristiky oblouku, stejně jako možnost jeho vzniku, jsou přesně určeny oblastmi blízkými elektrodám.

Obecně lze vlastnosti elektrického oblouku kombinovat do následujícího seznamu:

1. Délka oblouku. To se týká celkové vzdálenosti oblastí katody a anody, jakož i hřídele oblouku.

2. Napětí oblouku. Skládá se ze součtu na každé z oblastí: kmen, blízko-katoda a blízko-anoda. V tomto případě je změna napětí v oblastech blízkých elektrodě mnohem větší než ve zbývající oblasti.

3. Teplota. Elektrický oblouk v závislosti na složení plynného média, materiálu elektrod, může vyvinout teploty až 12 tisíc stupňů Kelvina. Tyto vrcholy však nejsou umístěny přes celou rovinu koncové plochy elektrody. Protože i při nejlepším zpracování dochází na materiálu vodivé části k různým nerovnostem a hrbolkům, díky kterým dochází k mnoha výbojům, které jsou vnímány jako jeden. Teplota oblouku samozřejmě do značné míry závisí na prostředí, ve kterém hoří, a také na parametrech dodávaného proudu. Pokud například zvýšíte aktuální hodnotu, zvýší se také hodnota teploty.

A konečně charakteristika proud-napětí neboli VAC. Představuje závislost napětí na délce a velikosti proudu.

Při přepínání elektrické spotřebiče nebo přepětí v obvodu mezi částmi vedoucími proud může vzniknout elektrický oblouk. Může být použit pro užitečné technologické účely a zároveň může být pro zařízení škodlivý. V současné době inženýři vyvinuli řadu metod pro boj s elektrickým obloukem a jeho použití pro užitečné účely. V tomto článku se podíváme na to, jak k němu dochází, jeho důsledky a rozsah.

Vznik oblouku, jeho struktura a vlastnosti

Představte si, že děláme experiment v laboratoři. Máme dva vodiče, například kovové hřebíky. Přiložíme je hrotem k sobě na krátkou vzdálenost a na hřebíky připojíme vývody nastavitelného zdroje napětí. Pokud postupně zvyšujete napětí zdroje energie, pak při určité hodnotě uvidíme jiskry, po kterých se vytvoří stálá záře podobná blesku.

Lze tedy pozorovat proces jeho vzniku. Záře, která se tvoří mezi elektrodami, je plazma. Ve skutečnosti se jedná o elektrický oblouk nebo proudění elektrický proud přes plynné prostředí mezi elektrodami. Na obrázku níže vidíte jeho strukturu a charakteristiku proudového napětí:

A zde jsou přibližné teploty:

Proč vzniká elektrický oblouk?

Vše je velmi jednoduché, uvažovali jsme v článku o, stejně jako v článku o, že pokud se do něj zavede jakékoli vodivé těleso (např. ocelový hřebík) elektrické pole- Na jeho povrchu se začnou hromadit náboje. Navíc čím menší je poloměr ohybu povrchu, tím více se hromadí. Jednoduše řečeno, náboje se hromadí na špičce nehtu.

Mezi našimi elektrodami je vzduch plyn. Působením elektrického pole se ionizuje. V důsledku toho všeho vznikají podmínky pro vznik elektrického oblouku.

Napětí, při kterém vzniká oblouk, závisí na konkrétním médiu a jeho stavu: tlaku, teplotě a dalších faktorech.

Zajímavý: podle jedné verze se tento jev nazývá tak kvůli svému tvaru. Faktem je, že v procesu spalování výboje se vzduch nebo jiný plyn, který jej obklopuje, zahřívá a stoupá, v důsledku čehož je přímočarý tvar deformován a vidíme oblouk nebo oblouk.

K zapálení oblouku je nutné buď překonat průrazné napětí média mezi elektrodami, nebo přerušit elektrický obvod. Pokud je v obvodu velká indukčnost, pak podle zákonů komutace nemůže být proud v něm okamžitě přerušen, bude dále proudit. V tomto ohledu se napětí mezi rozpojenými kontakty zvýší a oblouk bude hořet, dokud napětí nezmizí a energie nahromaděná v magnetickém poli induktoru se rozptýlí.

Zvažte podmínky vznícení a spalování:

Mezi elektrodami musí být vzduch nebo jiný plyn. K překonání průrazného napětí média je potřeba vysoké napětí v řádu desítek tisíc voltů - to závisí na vzdálenosti mezi elektrodami a dalších faktorech. K udržení oblouku stačí 50-60 voltů a proud 10 nebo více ampér. Konkrétní hodnoty závisí na prostředí, tvaru elektrod a vzdálenosti mezi nimi.

Škodit a bojovat proti tomu

Zkoumali jsme příčiny vzniku elektrického oblouku, nyní pojďme zjistit, co škodí a jak ho uhasit. Elektrický oblouk poškozuje spínací zařízení. Všimli jste si, že pokud v síti zapnete výkonný elektrický spotřebič a po chvíli vytáhnete zástrčku ze zásuvky, dojde k malému záblesku. Tento oblouk vzniká mezi kontakty zástrčky a zásuvky v důsledku přerušení elektrického obvodu.

Důležité! Při hoření elektrického oblouku se uvolňuje velké množství tepla, teplota jeho hoření dosahuje hodnot více než 3000 stupňů Celsia. Ve vysokonapěťových obvodech dosahuje délka oblouku metr nebo více. Existuje nebezpečí jak poškození lidského zdraví, tak i stavu zařízení.

Totéž se děje u spínačů světel, dalších spínacích zařízení, včetně:

  • automatické spínače;
  • magnetické startéry;
  • stykače a další.

V zařízeních, která se používají v sítích 0,4 kV, včetně obvyklých 220 V, používají speciální prostředky ochrana - zhášecí komory. Jsou potřebné ke snížení škod způsobených kontaktům.

Zhášecí komora je obecně soubor vodivých přepážek zvláštní konfigurace a tvaru, upevněných stěnami z dielektrického materiálu.

Při otevření kontaktů se vytvořené plazma ohýbá směrem ke zhášecí komoře oblouku, kde se rozděluje na malé úseky. V důsledku toho se ochladí a zhasne.

Ve vysokonapěťových sítích se používají olejové, vakuové, plynové jističe. V olejovém jističi dochází k tlumení přepínáním kontaktů v olejové lázni. Když elektrický oblouk hoří v oleji, rozkládá se na vodík a plyny. Kolem kontaktů se tvoří bublina plynu, která má tendenci unikat z komory vysokou rychlostí a oblouk se ochlazuje, protože vodík má dobrou tepelnou vodivost.

Vakuové jističe neionizují plyny a nejsou zde žádné podmínky pro jiskření. Pod ním jsou i jističe plněné plynem vysoký tlak. Při vzniku elektrického oblouku v nich nestoupá teplota, stoupá tlak a kvůli tomu klesá ionizace plynů nebo dochází k deionizaci. Jsou považovány za perspektivní směr.

Spínání na nulu AC je také možné.

Užitečná aplikace

Uvažovaný fenomén také našel řadu užitečné aplikace, Například:


Nyní víte, co je elektrický oblouk, co způsobuje tento jev a možné aplikace. Doufáme, že poskytnuté informace byly pro vás jasné a užitečné!

materiálů

Otevření elektrického obvodu při významných proudech a napětích je zpravidla doprovázeno elektrickým výbojem mezi divergentními kontakty. Když se kontakty rozcházejí, přechodový odpor kontaktu a proudová hustota v poslední kontaktní oblasti prudce rostou. Kontakty se zahřejí k roztavení a z roztaveného kovu se vytvoří kontaktní šíje, která se při další divergenci kontaktů rozbije a kov kontaktů se odpaří. Vzduchová mezera mezi kontakty ionizuje a stává se vodivou a působením vysokého napětí vznikajícího ze zákonů spínání v ní vzniká elektrický oblouk.

Elektrický oblouk přispívá ke zničení kontaktů a snižuje rychlost spínacího zařízení, protože proud v obvodu okamžitě neklesne na nulu. Vzniku oblouku lze zabránit zvýšením odporu obvodu, ve kterém se kontakty rozepnou, zvětšením vzdálenosti mezi kontakty nebo použitím speciálních opatření pro zhášení oblouku.

Součin mezních hodnot napětí a proudu v obvodu, při kterém nevznikne elektrický oblouk s minimální vzdáleností mezi kontakty, se nazývá vypínací nebo spínací výkon kontaktů. S rostoucím napětím v obvodu musí být omezen omezující spínaný proud. Spínací výkon závisí také na časové konstantě obvodu: tím více
tím menší výkon mohou kontakty spínat. Ve střídavých obvodech elektrický oblouk zhasne v okamžiku, kdy je okamžitá hodnota proudu nulová. Oblouk se může znovu objevit v dalším půlcyklu, pokud napětí na kontaktech vzroste rychleji, než se obnoví dielektrická pevnost mezery mezi kontakty. Ve všech případech je však oblouk ve střídavém obvodu méně stabilní a vypínací síla kontaktů je několikanásobně vyšší než v obvodu. stejnosměrný proud. Na kontaktech elektrických zařízení s nízkým výkonem se zřídka objevuje elektrický oblouk, ale často je pozorováno jiskření - porušení izolační mezery vzniklé při rychlém otevírání kontaktů v obvodech nízkého proudu. To je zvláště nebezpečné u citlivých a vysokorychlostních zařízení (relé), ve kterých je vzdálenost mezi kontakty velmi malá. Jiskření zkracuje životnost kontaktů a může vést k falešným poplachům. Ke snížení jiskření na kontaktech se používají speciální zařízení pro zhášení jisker.

Zařízení na zhášení oblouku a jiskry.

Nejúčinnějším způsobem, jak uhasit elektrický oblouk, je jeho ochlazení pohybem ve vzduchu, kontaktem s izolačními stěnami speciálních komor, které odvádějí teplo oblouku.

V moderních zařízeních jsou široce používány zhášecí komory s úzkou štěrbinou a magnetickým výbuchem. Oblouk lze považovat za vodič s proudem; pokud je umístěn v magnetickém poli, pak vznikne síla, která způsobí pohyb oblouku. Při svém pohybu je oblouk foukán vzduchem; při pádu do úzké mezery mezi dvěma izolačními deskami se deformuje a vlivem zvýšení tlaku v mezeře komory zhasne (obr. 21).

Rýže. 21. Zařízení zhášecí komory s úzkou mezerou

Štěrbinová komora je tvořena dvěma stěnami 1 z izolačního materiálu. Mezera mezi stěnami je velmi malá. Cívka 4, zapojená do série s hlavními kontakty 3, budí magnetický tok
který je směrován feromagnetickými hroty 2 do prostoru mezi kontakty. V důsledku interakce oblouku a magnetického pole se objevuje síla
přemístění oblouku na desky 1. Tato síla se nazývá Lorentzova síla, která je definována jako:

kde - náboj částic [Coulomb],

-rychlost nabité částice v poli [m/s],

-síla působící na nabitou částici [Newtony],

‑úhel mezi vektorem rychlosti a vektorem magnetické indukce.

Můžeme říci, že rychlost částice ve vodiči je:
kde - délka vodiče (oblouku) a - doba průchodu nabité částice po oblouku. Na druhé straně proud je počet nabitých částic za sekundu přes průřez vodiče
. To znamená, že můžete napsat:

kde - proud ve vodiči (oblouk) [Ampéry],

-délka vodiče (oblouku) [metry],

- indukce magnetického pole [Tesla],

-síla působící na vodič (oblouk) [Newtony],

‑úhel mezi vektorem proudu a vektorem magnetické indukce.

Směr síly odpovídá pravidlu levé ruky: magnetické siločáry opřete se o dlaň, narovnané čtyři prsty jsou umístěny ve směru proudu ohnutý palec ukazuje směr elektromagnetické síly
. Popsané působení magnetického pole (indukce ) se nazývá elektromechanický nebo výkonový a výsledným výrazem je zákon elektromagnetických sil.

Tato konstrukce zhášecí komory se používá také na střídavý proud, protože se změnou směru proudu se mění směr proudění
a směr síly
zůstává nezměněno.

Pro omezení jiskření na nízkopříkonových DC kontaktech je paralelně se zátěžovým zařízením zapojena dioda (obr. 22).

Rýže. 22. Zapnutí diody pro omezení jiskření

V tomto případě se obvod po sepnutí (po vypnutí zdroje) uzavře přes diodu a tím se sníží energie jiskření.

Fyzikální základy hoření oblouku. Když jsou kontakty elektrického zařízení otevřeny, vzniká elektrický oblouk v důsledku ionizace prostoru mezi nimi. Mezera mezi kontakty přitom zůstává vodivá a průchod proudu obvodem se nezastaví.

Pro ionizaci a tvorbu oblouku je nutné, aby napětí mezi kontakty bylo přibližně 15-30 V a obvodový proud byl 80-100 mA.

Když je prostor mezi kontakty ionizován, atomy plynu (vzduchu), které jej vyplňují, se rozpadají na nabité částice - elektrony a kladné ionty. Tok elektronů emitovaných z povrchu kontaktu pod záporným potenciálem (katoda) se pohybuje směrem ke kladně nabitému kontaktu (anodě); tok kladných iontů se pohybuje směrem ke katodě (obr. 303a).

Hlavními nositeli proudu v oblouku jsou elektrony, protože kladné ionty, které mají velkou hmotnost, se pohybují mnohem pomaleji než elektrony, a proto nesou mnohem méně elektrických nábojů za jednotku času. Kladné ionty však hrají důležitou roli v procesu jiskření. Když se přiblíží ke katodě, vytvoří v její blízkosti silné elektrické pole, které působí na elektrony přítomné v kovové katodě a vytahuje je z jejího povrchu. Tento jev se nazývá emise pole (obr. 303b). Kladné ionty navíc nepřetržitě bombardují katodu a dávají jí energii, která se mění v teplo; v tomto případě teplota katody dosahuje 3000-5000 °C.

S nárůstem teploty se pohyb elektronů v katodovém kovu zrychluje, získávají více energie a začínají opouštět katodu a vylétávají do okolí. Tento jev se nazývá termionická emise. Působením auto- a termionické emise tak do elektrického oblouku vstupuje z katody stále více elektronů.

Při pohybu od katody k anodě se elektrony, které se na své cestě srazí s atomy neutrálního plynu, rozdělí na elektrony a kladné ionty (obr. 303, c). Tento proces se nazývá nárazová ionizace. Nové, tzv. sekundární elektrony, které se objevily v důsledku dopadové ionizace, se začnou pohybovat směrem k anodě a při svém pohybu štěpí stále více nových atomů plynu. Uvažovaný proces ionizace plynu má lavinový charakter, stejně jako jeden kámen hozený z hory zachycuje na své cestě další a další kameny a vytváří lavinu. V důsledku toho je mezera mezi dvěma kontakty vyplněna velkým množstvím elektronů a kladných iontů. Tato směs elektronů a kladných iontů se nazývá plazma. Na vzniku plazmatu se významnou měrou podílí tepelná ionizace, ke které dochází v důsledku zvýšení teploty, která způsobuje zvýšení rychlosti pohybu nabitých částic plynu.

Elektrony, ionty a neutrální atomy, které tvoří plazma, se spolu neustále srážejí a vyměňují si energii; v tomto případě se některé atomy pod dopadem elektronů dostanou do excitovaného stavu a vyzařují přebytek energie ve formě světelného záření. Elektrické pole působící mezi kontakty však způsobí, že se převážná část kladných iontů pohybuje směrem ke katodě a převážná část elektronů směrem k anodě.

U stejnosměrného elektrického oblouku v ustáleném stavu je rozhodující tepelná ionizace. Ve střídavém oblouku, kdy proud prochází nulou, hraje významnou roli nárazová ionizace a po zbytek doby hoření oblouku hraje důležitou roli tepelná ionizace.

Při hoření oblouku současně s ionizací mezery mezi kontakty dochází k opačnému procesu. Kladné ionty a elektrony, které spolu interagují v interkontaktním prostoru nebo když narazí na stěny komory, ve které hoří oblouk, tvoří neutrální atomy. Tento proces se nazývá rekombinace; po ukončení ionizace rekombinace vede k vymizení elektronózy a iontů z mezielektrodového prostoru – deionizuje se. Pokud rekombinace probíhá na stěně komory, pak je doprovázena uvolňováním energie ve formě tepla; při rekombinaci v mezielektrodovém prostoru se uvolňuje energie ve formě záření.

Při kontaktu se stěnami komory, ve které jsou umístěny kontakty, dochází k ochlazování oblouku, který. vede ke zvýšené deionizaci. K deionizaci dochází také v důsledku pohybu nabitých částic z centrálních oblastí oblouku s vyšší koncentrací do periferních oblastí s nižší koncentrací. Tento proces se nazývá difúze elektronů a kladných iontů.

Zóna hoření oblouku je podmíněně rozdělena na tři části: katodovou zónu, obloukový hřídel a anodovou zónu. V katodové zóně dochází k intenzivní emisi elektronů z negativního kontaktu, úbytek napětí v této zóně je asi 10 V.

V dříku oblouku se tvoří plazma s přibližně stejnou koncentrací elektronů a kladných iontů. Proto v každém okamžiku celkový náboj kladných iontů plazmatu kompenzuje celkový záporný náboj jeho elektronů. Vysoká koncentrace nabitých částic v plazmatu a nepřítomnost elektrického náboje v plazmě určuje vysokou elektrickou vodivost dříku oblouku, která se blíží elektrické vodivosti kovů. Úbytek napětí na hřídeli oblouku je přibližně úměrný jeho délce. Anodová zóna je vyplněna převážně elektrony přicházejícími z hřídele oblouku do kladného kontaktu. Pokles napětí v této zóně závisí na proudu v oblouku a velikosti kladného kontaktu. Celkový úbytek napětí v oblouku je 15-30V.

Závislost poklesu napětí U dg působícího mezi kontakty na proudu I procházejícím elektrickým obloukem se nazývá proudově-napěťová charakteristika oblouku (obr. 304, a). Napětí U c, při kterém je možné zapálit oblouk při proudu I \u003d 0, se nazývá zapalovací napětí. Hodnota zapalovacího napětí je dána materiálem kontaktů, vzdáleností mezi nimi, teplotou a životní prostředí. Po výskytu

elektrický oblouk, jeho proud se zvýší na hodnotu blízkou zatěžovacímu proudu, který protékal kontakty před vypnutím. V tomto případě odpor kontaktní mezery klesá rychleji, než se zvyšuje proud, což vede ke snížení úbytku napětí U dg. Je volán režim hoření oblouku odpovídající křivce a statický.

Když proud klesne na nulu, proces odpovídá křivce b a oblouk se zastaví při nižším poklesu napětí, než je zapalovací napětí. Napětí U g, při kterém oblouk zhasne, se nazývá hasicí napětí. Je vždy menší než zapalovací napětí v důsledku zvýšení teploty kontaktů a zvýšení vodivosti mezikontaktní mezery. Čím větší je rychlost poklesu proudu, tím nižší je zhášecí napětí oblouku v okamžiku ukončení proudu. Voltampérové ​​charakteristiky b a c odpovídají poklesu proudu různými rychlostmi (pro křivku c více než pro křivku b) a přímka d odpovídá téměř okamžitému poklesu proudu. Takový charakter proudově-napěťové charakteristiky se vysvětluje tím, že při rychlé změně proudu nestihne ionizační stav mezikontaktní mezery změnu proudu sledovat. Deionizace mezery trvá určitou dobu, a proto i přesto, že proud v oblouku klesl, vodivost mezery zůstala stejná, odpovídající velkému proudu.

Nazývají se voltampérové ​​charakteristiky b - d, získané při rychlé změně proudu na nulu dynamický. Pro každou vzájemnou mezeru, materiál elektrody a médium existuje jedna statická charakteristika oblouku a mnoho dynamických charakteristik uzavřených mezi křivkami a a d.

Při hoření střídavého oblouku během každého půlcyklu probíhají stejné fyzikální procesy jako u stejnosměrného oblouku. Na začátku půlcyklu vzroste napětí na oblouku podle sinusového zákona na hodnotu zapalovacího napětí U c - úsek 0-a (obr. 304, b), a poté po náběhu oblouku s rostoucím proudem klesá - sekce a - b. V druhé části půlcyklu, kdy proud začne klesat, se při poklesu proudu na nulu - úsek b - c, napětí oblouku opět zvýší na hodnotu zhášecího napětí U g.

Během dalšího půlcyklu napětí změní znaménko a podle sinusového zákona vzroste na hodnotu zapalovacího napětí odpovídající bodu a‘ charakteristiky proud-napětí. Jak se proud zvyšuje, napětí klesá a pak zase stoupá, když se proud snižuje. Křivka napětí oblouku, jak je vidět na Obr. 304, b, má tvar řezané sinusoidy. Proces deionizace nabitých částic v mezeře mezi kontakty pokračuje pouze nevýznamný zlomek periody (úseky 0 - a a c - a ') a zpravidla během této doby nekončí, v důsledku čehož oblouk se znovu objeví. K definitivnímu zhasnutí oblouku dojde až po sérii opětovných zážehů při některém z následujících nulových přechodů proudu.

Obnovení oblouku po průchodu proudu nulou je vysvětleno skutečností, že poté, co proud klesne na nulu, ionizace existující v dříku oblouku okamžitě nezmizí, protože závisí na teplotě plazmy ve zbytkovém dříku oblouku. S klesající teplotou se zvyšuje elektrická pevnost mezikontaktní mezery. Pokud je však v určitém okamžiku okamžitá hodnota přiloženého napětí větší než průrazné napětí mezery, pak dojde k jejímu průrazu, vznikne oblouk a poteče proud jiné polarity.

Podmínky zhášení oblouku. Podmínky pro zhášení stejnosměrného oblouku závisí nejen na jeho proudově-napěťové charakteristice, ale také na parametrech elektrického obvodu (napětí, proud, odpor a indukčnost), které se zapínají a vypínají kontakty zařízení. Na Obr. 305 a je zobrazena proudově-napěťová charakteristika oblouku

(křivka 1) a závislost úbytku napětí na rezistoru R obsaženém v tomto obvodu (přímka 2). V ustáleném stavu se napětí U a zdroj proudu rovná součtu úbytků napětí v oblouku U dg a IR na rezistoru R. Při změně proudu v obvodu se k nim přičte e. d.s. samoindukce ±e L (zobrazeno jako stínované pořadnice). Dlouhé hoření jiskření je možné pouze v režimech odpovídajících bodům A a B, kdy napětí U a - IR přivedené do mezery mezi kontakty se rovná úbytku napětí U dg. V tomto případě je v režimu odpovídajícím bodu A hoření oblouku nestabilní. Pokud se z nějakého důvodu proud během oblouku v tomto bodě charakteristiky zvýšil, pak bude napětí U dg menší než použité napětí U a - IR. Přebytek přiloženého napětí způsobí nárůst proudu, který se bude zvyšovat, dokud nedosáhne hodnoty Iv.

Pokud v režimu odpovídajícím bodu A proud klesá, přiložené napětí U a - IR bude menší než U dg a proud bude dále klesat, dokud oblouk nezhasne. V režimu odpovídajícím bodu B oblouk hoří plynule. S nárůstem proudu nad I v bude úbytek napětí v oblouku U dg větší než přiložené napětí U a - IR a proud začne klesat. Když proud v obvodu klesne pod I v, přiložené napětí U a - IR bude větší než U dg a proud se začne zvyšovat.

Je zřejmé, aby bylo zajištěno zhášení oblouku v celém daném rozsahu změny proudu I od největší hodnotu na nulu při vypnutém obvodu je nutné, aby charakteristika proud-napětí 1 byla umístěna nad přímkou ​​2 pro vypínaný obvod (obr. 305, b). Za této podmínky bude úbytek napětí v oblouku U dg vždy větší než napětí na něj aplikované U a - IR a proud v obvodu se sníží.

Hlavním prostředkem pro zvýšení úbytku napětí v oblouku je zvětšení délky oblouku. Při otevírání nízkonapěťových obvodů relativně malými proudy je zhášení zajištěno vhodnou volbou kontaktního řešení, mezi kterými vzniká oblouk. V tomto případě oblouk zhasne bez dalších zařízení.

U kontaktů, které přerušují silové obvody, je délka oblouku potřebná k uhašení tak velká, že již není možné takové kontaktní řešení v praxi realizovat. V takových elektrických zařízeních jsou instalována speciální zařízení pro zhášení oblouku.

Hasicí zařízení. Metody zhášení oblouku mohou být různé, ale všechny jsou založeny na dodržování zásad: nucené prodloužení oblouku; chlazení mezikontaktní mezery pomocí vzduchu, par nebo plynů; rozdělení oblouku na řadu samostatných krátkých oblouků.

Když se oblouk prodlouží a vzdálí se od kontaktů, úbytek napětí ve sloupci oblouku se zvýší a napětí aplikované na kontakty se stane nedostatečným pro udržení oblouku.

Chlazení mezikontaktní mezery způsobuje zvýšený přenos tepla ze sloupce oblouku do okolního prostoru, v důsledku čehož nabité částice, pohybující se z vnitřku oblouku na jeho povrch, urychlují proces deionizace.

Rozdělení oblouku na několik samostatných krátkých oblouků vede ke zvýšení celkového úbytku napětí v nich a napětí aplikované na kontakty se stane nedostatečným pro udržení oblouku, takže zhasne.

Princip zhášení prodloužením oblouku se používá u zařízení s ochrannými houkačkami a v nožových spínačích. Elektrický oblouk, který vzniká mezi kontakty 1 a 2 (obr. 306, a), když se otevírají, stoupá působením síly F B vytvořené proudem jím ohřátého vzduchu, natahuje se a prodlužuje na divergentních pevných rohech, což vede k jeho zániku. Prodlužování a zhášení oblouku je také usnadněno elektrodynamickou silou, která vzniká v důsledku interakce proudu oblouku s magnetickým polem, které kolem něj vzniká. V tomto případě se oblouk chová jako vodič s proudem v magnetickém poli (obr. 307, a), které, jak bylo ukázáno v kapitole III, má tendenci jej vytlačovat z pole.

Pro zvýšení elektrodynamické síly F e působící na oblouk je v některých případech v obvodu jednoho z kontaktů 1 (obr. 307, b) zařazena speciální zhášecí cívka oblouku 2 (obr. 307, b), která vytváří silné magnetické pole v zóně oblouku, magnetické

proud vlákna, jehož F v interakci s proudem I oblouku, zajišťuje intenzivní foukání a zhášení oblouku. Rychlý pohyb oblouku podél houkaček 3, 4 způsobuje jeho intenzivní ochlazování, což také přispívá k jeho deionizaci v komoře 5 a zhášení.

Některá zařízení využívají metody nuceného chlazení a natahování oblouku stlačeným vzduchem nebo jiným plynem.

Při rozepnutí kontaktů 1 a 2 (viz obr. 306, b) se výsledný oblouk ochladí a vyfoukne z kontaktní zóny proudem stlačený vzduch nebo plyn s FB power.

Účinným prostředkem chlazení elektrického oblouku s jeho následným zhášením jsou zhášecí komory. různá provedení(obr. 308). Elektrický oblouk je vlivem magnetického pole, proudění vzduchu nebo jinými prostředky vháněn do úzkých štěrbin nebo labyrintu komory (obr. 308, aab), kde je v těsném kontaktu s jejími stěnami. 1, přepážky 2, dá jim teplo a zhasne. Široká aplikace v elektrických zařízeních e. p.s. nacházejí labyrintově štěrbinové komory, kde se oblouk prodlužuje nejen protažením mezi kontakty, ale také svým klikatým zakřivením mezi komorovými přepážkami (obr. 308, c). Úzká mezera 3 mezi stěnami komory přispívá k chlazení a deionizaci oblouku.

Zařízení pro zhášení oblouku, jejichž činnost je založena na rozdělení oblouku na řadu krátkých oblouků, zahrnují deionickou mřížku (obr. 309, a), zabudovanou do zhášecí komory.

Deiontová mřížka je souborem řady jednotlivých ocelových plátů 3 izolovaných od sebe. Elektrický oblouk, který vznikl mezi rozpínacími kontakty 1 a 2, je mřížkou rozdělen na řadu kratších oblouků zapojených do série. Pro udržení hoření oblouku bez jeho dělení je potřeba napětí U, rovné součtu úbytku napětí U e v blízkosti elektrody (anoda a katoda) a úbytku napětí ve sloupci oblouku U st.

Když je jeden oblouk rozdělen na n krátkých oblouků, celkový úbytek napětí ve sloupci všech krátkých oblouků bude stále roven nU e, jako v jednom společném oblouku, ale celkový úbytek napětí v blízkosti elektrody ve všech obloucích bude roven nU e. Proto je v tomto případě pro udržení oblouku vyžadováno napětí

U \u003d nU e + U st.

Počet oblouků n se rovná počtu příhradových desek a lze jej zvolit tak, že možnost stabilního hoření oblouku při daném napětí U je zcela vyloučena. Působení takového principu tlumení je účinné jak u stejnosměrného, ​​tak u střídavého proudu. Při průchodu střídavého proudu nulovou hodnotou je pro udržení oblouku potřeba napětí 150-250 V. V tomto ohledu lze volit počet destiček výrazně menší než u stejnosměrného proudu.

V pojistky s plnivem při tavení vložky a vzniku elektrického oblouku v důsledku vysoký krevní tlak plynů v patroně se ionizované částice pohybují v příčném směru. Zároveň padají mezi zrna kameniva, ochlazují se a deionizují. Zrna plniva, pohybující se působením nadměrného tlaku, přeruší oblouk velké číslo mikrooblouky, což zajišťuje jejich zhášení.

U pojistek bez náplně je tělo často vyrobeno z materiálu, který při zahřívání hojně uvolňuje plyn. Mezi takové materiály patří například vlákno. Při kontaktu s obloukem se tělo zahřívá a uvolňuje plyn, což přispívá k uhašení oblouku. Obdobně je oblouk zhášen v olejových spínačích střídavého proudu (obr. 309, b), pouze s tím rozdílem, že se zde místo suchého plniva používá nehořlavý olej. Když dojde k oblouku v okamžiku otevření pohyblivých 1, 3 a pevných 2 kontaktů, dojde k jeho zhasnutí působením dvou faktorů: velký počet vodíku, který nepodporuje hoření (v oleji použitém k tomuto účelu je obsah vodíku 70-75%) a intenzivní chlazení oblouku olejem díky jeho vysoké tepelné kapacitě. Oblouk zhasne v okamžiku, kdy je proud nulový. Olej nejen přispívá k urychlenému zhášení oblouku, ale slouží také jako izolace pro proudové a uzemněné části konstrukce. Olej se nepoužívá k uhašení oblouku ve stejnosměrném obvodu, protože pod vlivem oblouku se rychle rozkládá a ztrácí své izolační vlastnosti.

V moderních elektrických přístrojích se uhašení oblouku často provádí kombinací dvou nebo více zvažovaných

výše uvedené metody (například pomocí zhášecí komory, ochranných rohů a deiontové mřížky).

Podmínky pro zhášení elektrického oblouku určují vypínací schopnost ochranných zařízení. Vyznačuje se nejvyšším proudem, který může vypnout zařízení s určitou dobou zhášení oblouku.

V případě zkratu v elektrickém obvodu připojeném ke zdroji elektrické energie se proud v obvodu zvyšuje po křivce 1 (obr. 310). V okamžiku t 1, kdy dosáhne hodnoty, na kterou je upraveno ochranné zařízení(nastavení proudu I y), zařízení vypne a odpojí chráněný obvod, v důsledku čehož proud podél křivky 2 klesá.

Doba počítaná od okamžiku, kdy je dán signál k vypnutí (nebo zapnutí) zařízení, do začátku otevírání (nebo sepnutí) kontaktů, se nazývá vlastní doba odezvy zařízení t s. Při rozpojení odpovídá okamžik začátku rozepnutí kontaktů vzniku oblouku mezi rozbíhavými kontakty. V jističe tato doba se měří od okamžiku, kdy proud dosáhne nastavené hodnoty t 1 až do okamžiku, kdy se objeví oblouk mezi kontakty t 2 . Doba hoření oblouku t dg je doba od okamžiku, kdy se objeví oblouk t 2 do okamžiku, kdy se zastaví průchod proudu t 3. Plný úvazek vypnutí t p je součtem vlastního času a doby hoření oblouku.

Zdravím všechny návštěvníky mého blogu. Tématem dnešního článku je elektrický oblouk a ochrana před elektrickým obloukem. Téma není náhodné, píšu ze Sklifosovské nemocnice. Hádej proč?

Co je elektrický oblouk

Jedná se o jeden z typů elektrického výboje v plynu (fyzikální jev). Říká se mu také - Obloukový výboj nebo Voltaický oblouk. Skládá se z ionizovaného, ​​elektricky kvazi-neutrálního plynu (plazmy).

Může k němu dojít mezi dvěma elektrodami, když se napětí mezi nimi zvyšuje, nebo když se k sobě přibližují.

Krátce o vlastnosti: teplota elektrického oblouku, od 2500 do 7000 °C. Není to však malá teplota. Interakce kovů s plazmou vede k zahřívání, oxidaci, tavení, vypařování a dalším typům koroze. Doprovázeno světelným zářením, tlakovou a rázovou vlnou, ultravysokou teplotou, ohněm, uvolňováním ozónu a oxidu uhličitého.

Na internetu je spousta informací o tom, co je elektrický oblouk, jaké má vlastnosti, pokud vás zajímají další podrobnosti, podívejte se. Například na en.wikipedia.org.

Teď o mé nehodě. Je těžké uvěřit, ale před 2 dny jsem se s tímto fenoménem přímo setkal a neúspěšně. Bylo to takto: 21. listopadu jsem byl v práci instruován, abych udělal kabeláž lamp ve spojovací skříni a poté je připojil k síti. S kabeláží nebyly žádné problémy, ale když jsem se dostal do štítu, objevily se určité potíže. Je škoda, že androyd zapomněl svůj dům, nevyfotil elektrický panel, jinak by to bylo jasnější. Možná toho udělám víc, až přijdu do práce. Štít byl tedy velmi starý - 3 fáze, nulová sběrnice (aka uzemnění), 6 automatů a přepínač paketů (zdá se, že je vše jednoduché), stav zpočátku nebyl důvěryhodný. Dlouho jsem bojoval s nulovým pláštěm, protože všechny šrouby byly rezavé, načež jsem snadno nasadil fázi na stroj. Vše v pořádku, kontroloval jsem lampy, fungují.

Poté se vrátil ke štítu, aby opatrně položil dráty a zavřel ho. Chci poznamenat, že elektrický panel byl ve výšce ~ 2 metry, v úzkém průchodu, a abych se k němu dostal, použil jsem štafle (žebřík). Při pokládání drátů jsem na kontaktech jiných strojů našel jiskry, které způsobily blikání lamp. V souladu s tím jsem prodloužil všechny kontakty a pokračoval v kontrole zbývajících vodičů (udělat to jednou a už se k tomu nevracet). Když jsem zjistil, že jeden kontakt na sáčku má vysokou teplotu, rozhodl jsem se ho také prodloužit. Vzal jsem šroubovák, opřel ho o šroub, otočil, prásk! Ozval se výbuch, záblesk, byl jsem odhozen zpět, narazil jsem do zdi, spadl jsem na podlahu, nebylo nic vidět (oslepen), štít nepřestal explodovat a bzučet. Proč ochrana nefungovala, nevím. Cítil jsem na sobě padající jiskry a uvědomil jsem si, že musím ven. Dostal jsem se ven dotykem, plazením. Když se dostal z tohoto úzkého průchodu, začal volat svého partnera. Už v tu chvíli jsem to cítil se svým pravá ruka(Držel jsem jí šroubovák) něco nebylo v pořádku, byla cítit strašná bolest.

Společně s partnerem jsme se rozhodli, že musíme běžet na stanoviště první pomoci. Co se stalo potom, myslím, že to nemá cenu říkat, prostě bodli a šli do nemocnice. Nikdy nezapomenu na ten hrozný zvuk dlouhého zkratu - svědění s bzučením.

Teď jsem v nemocnici, mám odřeninu na koleni, doktoři si myslí, že jsem byl v šoku, tohle je východisko, tak sledují srdce. Věřím, že mě proud neporazil, ale popáleninu na ruce mi způsobil elektrický oblouk, který vznikl při zkratu.

Co se tam stalo, proč ke zkratu došlo, zatím nevím, myslím, že při otáčení šroubu se samotný kontakt pohnul a došlo k mezifázovému zkratu, nebo byl za paketem holý drát. spínač a když se šroub přiblížil elektrický oblouk. Jestli na to přijdou, zjistím později.

Sakra, šla jsem pro dresink, tak mi omotali ruku, že teď píšu s jednou)))

Bez obvazů jsem nefotil, není to moc příjemný pohled. Nechci strašit začínající elektrikáře ....

Jaká jsou opatření na ochranu před elektrickým obloukem, která by mě mohla chránit? Po analýze internetu jsem viděl, že nejoblíbenějším prostředkem ochrany osob v elektroinstalacích před elektrickým obloukem je žáruvzdorný oblek. V Severní Americe jsou velmi oblíbené speciální jističe Siemens, které chrání jak před elektrickým obloukem, tak před maximálním proudem. V Rusku se v současné době takové stroje používají pouze ve vysokonapěťových rozvodnách. V mém případě by mi stačila dielektrická rukavice, ale zamyslete se sami, jak v nich zapojit lampy? Je to velmi nepříjemné. Doporučuji také používat ochranné brýle na ochranu očí.

V elektroinstalacích se boj s elektrickým obloukem provádí pomocí vakuových a olejových jističů a také pomocí elektromagnetických cívek spolu se zhášecími komorami.

To je všechno? Ne! Nejspolehlivějším způsobem, jak se chránit před elektrickým obloukem, jsou podle mého názoru práce na zmírnění stresu . Nevím jak vy, ale já už nebudu pracovat ve stresu...

Toto je můj článek elektrický oblouk a oblouková ochrana končí. Je k tomu co dodat? Zanechat komentář.