Режимы работы электрических аппаратов

Вопросы по дисциплине «Основы электрических аппаратов»

 

1. Определение и требования, предъявляемые к электрическим аппаратам.

Электрические аппараты-это техническое устройство, которое предназначено в зависимости от предъявляемых к нему требований:

I. Для подачи энергии от источника к потребителю.

II. Для управления процессами производства, распределения и потребления электроэнергии.

III. Для контроля и защиты электроустановок и систем.

Требования к электрическим аппаратам

1. Функционально-технические требования

Ø Нагревостойкость при номинальных и аварийных режимах

Ø Электропрочность изоляционных промежутков.

Ø Механическая прочность и износостойкость.

Ø Коммутационная способность.

Ø Это простая конструкция.

Ø Малая масса и габариты.

2. Эксплуатационные требования.

Ø Должны выдерживать воздействие окружающих условий(пыль, ветер, влага, температура и т.д.)

Ø Надежность работы и безотказность.

Ø Долговечность.

Ø Ремонтопригодность.

Ø Низкие эксплуатационные расходы.

3. Социальные требования.

Ø Безопасность.

Ø Эргономичность.

4. Экономические требования.

Ø Низкая себестоимость.

Ø Низкие эксплуатационные расходы.

5. Технологичность конструкции.

 

 

2. Нагрев электрических аппаратов. Понятия. Основные источники теплоты.

При работе аппарата в его токоведущей цепи, изоляции и деталях конструкции возникают потери электрической энергии, которые превращаются в тепло. Тепловая энергия частично расходуется на повышение температуры аппарата и частично отдается в окружающую среду.

1) Нагрев проводников с током, обычно он называется нагревом методом электрического сопротивления.

W_Q = I² _* R _* t - закон Джоуля - Ленца.

Закон Джоуля - Ленца гласит, что в любом теле, обладающем электрическим сопротивлением, выделяется тепловая энергия пропорциональная квадрату тока, сопротивления электрического тела и времени протекания тока.

На постоянном токе - R₌ = r _*

На переменном токе - R_» = R₌ * K_Д

 

К_Д = К_П * К_Б

 

К_Д - Коэффициент добавочных потерь.

К_П -коэффициент поверхностного эффекта

К_Б - коэффициент близости.

поверхностным эффектом называется явление неравномерного распределения плотности переменного тока по поперечному сечению одиночного проводника, а эффектом близости – явление неравномерного распределения плотности переменного тока, обусловленное влиянием друг на друга близко расположенных проводников с токами.

Неравномерность распределения плотности тока приводит к возникновению дополнительных потерь мощности. При этом следует учитывать, что в проводниках из ферромагнитных материалов вышеуказанные явления проявляются значительно сильнее, чем в немагнитных проводниках.

 

Данная энергия идет на нагрев самого аппарата (токоведущих частей), нагрев прилегающих материалов и нагрев окружающей среды по законам теплопередачи (теплопроводности, конвекции и теплового излучения).

 

2) Энергия, выделяющаяся в деталях их ферромагнитных материалов (в нетоковедущих частях):

2.1. Магнитопроводы, предназначенные для усиления магнитного поля, создаваемого проводником с током.

Причина нагрева:

а) Потери от вихревых токов

Рассмотрим элемент магнитопровода.

При прохождении переменного магнитного потока по магнитопроводу в нем появляется ЭДС согласно закону электромагнитной индукции:

e =

Под действием этой ЭДС появляется ток, который называется вихревым, такого направления при котором создаваемые им магнитные потоки противодействуют изменению основного магнитного потока (правило Ленца).

При протекании вихревых токов по магнитопроводу, согласно закону Джоуля – Ленца, происходит преобразование электрической энергии в тепловую.

б) Потери на гистерезис - это энергия, затраченная на поворот доменов.

Полные потери в магнитопроводе вычисляются по формуле:

P_Ж =

P_Ж - мощность железа

K_T = 1,9 ¸ 2,6 - коэффициент потерь на гистерезис;

K_В = 0,4 ¸ 1,2 - коэффициент потерь на вихревые токи;

f - частота сети;

Bm - амплитуда вектора магнитной индукции;

G_T - масса магнитопровода [кг].

В электромеханических аппаратах, предназначенных для коммутации электрических цепей, мощным источником теплоты является электрическая дуга. В электромагнитных муфтах, предназначенных для коммутации и передачи механической мощности, потери на трение составляют существенную долю от общих потерь мощности.

 

 

3. Режимы работы электрических аппаратов. Допустимая температура и факторы ее определяющие.

Режимы работы электрических аппаратов

При эксплуатации электрических аппаратов могут иметь место следующие режимы работы:

· продолжительный – при котором температура аппарата достигает установившегося значения и аппарат при этой температуре остаётся под нагрузкой сколь угодно длительное время;

· прерывисто-продолжительный – при котором аппарат остаётся под нагрузкой при установившемся значении температуры ограниченное техническими условиями (ТУ) время;

· повторно-кратковременный – при котором температура частей электрического аппарата за время нагрузки не достигает установившегося значения, а за время паузы не уменьшается до температуры окружающей среды;

· кратковременный – при котором в период нагрузки температура частей электрического аппарата не достигает установившегося значения, а в период отсутствия нагрузки достигает температуры холодного состояния;

· короткого замыкания – это частный случай кратковременного режима работы, когда температура частей электрического аппарата значительно превосходит установившуюся температуру при нормальном режиме работы.

 

В продолжительном режиме (рис. 1.1.) достигается установившееся превышение температуры нагрева , значение которого в любом случае должно быть меньше, чем допустимое превышение температуры . Скорость изменения температуры характеризуется тепловой постоянной времени . Касательная к кривой отсекает на линии установившейся температуры как раз отрезок, равный по длительности .

В кратковременном режиме (рис. 1.2, а) в период наличия тока I_o температура аппарата не успевает достичь установившегося значения, а за время паузы тока t_П температура аппарата снижается практически до температуры окружающей среды Т _окр. Это позволяет осуществлять форсирование аппарата по току с тем условием, что за время нагрузки t_НГ не будет достигнуто .

В повторно-кратковременном режиме (рис 1.2, б) температура аппарата так же не достигает установившегося значения в период t_НГ, а во время паузы тока не успевает снизиться до Т _окр. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью включения:

где t_НГ и t_П – время нагрузки и время паузы. Стандартные значения ПВ составляют 15, 25, 40 и 60%.

Коэффициент перегрузки по мощности показывает, во сколько раз можно увеличить мощность источников теплоты в электрическом аппарате при повторно-кратковременном режиме работы по сравнению с мощностью при продолжительном режиме при условии равенства допустимой температуры в том и другом случаях.

Если , то в этом случае, с погрешностью не более 5% можно определить

Поскольку, при прочих равных условиях, мощность источников теплоты в большинстве случаев пропорциональна квадрату тока, то вводится коэффициент перегрузки по току k_I, который равен

Наиболее общим является перемежающийся режим (рис. 1.2, в) когда в период t ₁ проходит ток I ₁, а в период t ₂ – ток I ₁, причём . В установившемся состоянии температура перегрева имеет максимум и минимум . Если по аппарату длительное время проходит ток I ₁, то установившаяся температура перегрева равна . Аналогично, току I ₂соответствует температура перегрева . По прошествии некоторого времени и соседних циклов станут одинаковыми. Наступит так называемый квазистационарный («мнимостационарный») режим работы с неизменными значениями и .

 

Факторы, ограничивающие допустимый нагрев.

1. Нагревостойкость изоляционных материалов.

2. Механические свойства материалов зависящие от температуры.

3. Температура воспламенения паров 135⁰ трансформаторного масла.

4. Правила техники безопасности.

Наиболее часто рабочая температура лежит в приделах от 90-110 С⁰.

 

4. Переходное сопротивление контакта: понятие и его зависимость от различных факторов.Параметры контактного узла.(Дописать еще)

Наличие в контактных соединениях мест перехода из одно­го проводника в другой, как показали измерения, создает уве­личение электрического сопротивления по сравнению со сплош­ным проводником таких же размеров и формы. Это сопротив­ление контакта называется переходным сопротивлением.

Наличие в контактных соединениях мест перехода из одно­го проводника в другой, как показали измерения, создает уве­личение электрического сопротивления по сравнению со сплош­ным проводником таких же размеров и формы. Это сопротив­ление контакта называется переходным сопротивлением.

Таким образом, сопротивление контактного соединения R_K состоит из двух слагаемых: сопротив­ления металла контакта R_M и переходного сопротивления Р_п

(1)

Сопротивление самого металла контакта R_M зависит от ма­териала контактов, размеров соединения и является величиной постоянной.

При исследовании природы переходного сопротивления обычно рассматривают зону перехода между соприкасающи­мися контактными поверхностями. При этом общепризнанным является представление об электрическом контакте, не как о сплошном соприкосновении обеих контактирующих по­верхностей (кажущиеся кон­тактные поверхности), а как о соприкосновении во многих отдельных точках, что обу­словлено шероховатостью со­прикасающихся поверхно­стей.

Действительно, как бы ни были тщательно обрабо­таны контактные поверхно­сти, они всегда имеют ми­кроскопические возвышения и впадины. На рисунке 2,а показана в увеличенном ви­де граница между двумя контактными телами с со­прикасающимися выступами в точках А, Б, В.

Как видно из этого рисунка, в местах соприкосновения проводников и в области, непосредственно прилегающей к ним, ток проходит через участки с сильно су­женным сечением, которые представляют собой большое сопротивление. Отсюда и выражения - переходное сопротивление, или сопротивление сужения R_n. Эти суженные сечения при­водят к местному увеличению плотностей тока, росту потери и падения напряжения.

 

 

5. Виды контактных соединений. Контактное нажатие.

Место перехода тока из одной токоведущей детали в другую называется электрическим контактом. (contactus – прикосновение в переводе с латинского).

Токоведущие детали называют контакт–деталями. Явление перехода тока называют контактированием.

Контакт состоит из двух контакт–деталей и в зависимости от их взаимного перемещения различают:

1 Разборные или соединительные контакты. При этом детали не перемещаются относительно друг друга, они скреплены резьбовым соединением (болт, винт)

2 Коммутирующие или разрывные контакты замыкают и размыкают электрические цепи – это контакты контакторов, рубильников, пускателей, автоматов и др.

3 Скользящие контакты осуществляют скольжение без прерывания (нарушения) контакта – это троллеи мостовых кранов, контактные провода троллейбусов и др.).

Контактное нажатие – это величина силы, сжимающая контактные детали при замкнутом положении.

Вибрация контактов, обусловленная контактным нажатием, приводит к свариванию контактов и недопустима в ЭА.

(Про контактное нажатие добавить)

 

6. ЭДУ:определение и методы расчета. Опасность ЭДУ. Сила сужения.

Для расчета ЭДУ используются два метода.

В первом ЭДУ определяется как результат взаимодействия проводника с током и магнитного поля по правилу Ампера.

P=B_i sinβ l

На элементарный проводник длиной l, м, с током i, А, находящийся

в магнитном поле с индукцией В, Тл, созданной другим проводником (рис. 1.1, а), действует усилие.

где β- угол между векторами элемента l и индукции В, измеряемый по кратчайшему расстоянию между ними.

За направление l принимается направление тока в элементе. Создаваемой другим проводником, определяется по правилу буравчика, а направление усилия— по правилу левой руки

В случае произвольного расположения проводника в одной плоскости β = 90° и (1.1) упрощается:

Р=∫ B i dl

используя закон Био - Савара-Лапласа.

Второй метод основан на использовании энергетического баланса системы проводников с током (1.1).

Усилие можно найти по уравнению

Р =∂W / ∂х,

Где W- электромагнитная энергия;

х — возможное перемещение в направлении действия усилия

Таким образом, усилие определяется частной производной от электромагнитной энергии данной системы по координате, в направлении которой оно действует. Эта формула получила название энергетической.

Энергетический метод удобен, когда известна аналитическая зависимость индуктивности от геометрических размеров

Рис. 1.1. Направление ЭДУ, действующего на элемент с током

Найдем направление ЭДУ, действующего на элемент dl ₁ с током i₁ (рис. 1.1,6). Линия индукции В ₂, создаваемой током i₂, является окружностью с радиусом r,лежащей в плоскости, перпендикулярной l₂. Направление усилия Р определяется по правилу левой руки и показано на рис. 1.1,6.

Когда все проводники лежат в од­ной плоскости, результирующая суммарная индукция, действующая на проводник, всегда перпендикулярна этой плоскости. В этой же плоскости действует и усилие. При определении направления усилия учитывается индукция, создаваемая всеми остальными проводниками, за исключением того проводника, для которого оно находится

Электромагнитная энергия системы обусловлена как энергией магнитного поля каждого изолированного контура, так н энергией, определяемой магнитной связью между контурами, и для двух взаимосвязанных контуров

При расчёте усилия взаимодействия контуров считаем, что энергия изменяется только в результате изменения взаимного расположения контуров. Энергия, обусловленная их собственной индуктивностью, считается неизменной. При расчёте можно считать, что токи в контурах не зависят от их деформаций или их перемещения под действием усилий.

Направление определяется по «правилу левой руки». Вектор В входит в ладонь, 4 пальца направлены вдоль тока, а большой оттопыренный палец покажет направление силы

 

 

Рассмотрим электродинамические силы, возникающие в различных частях электрического аппарата. Направление действия силы может быть также определено из следующего общего положения: силы, действующие в контуре с током, стремятся изменить конфигурацию контура так, чтобы охватываемый контуром магнитный поток увеличился

1. взаимодействие проводника с током и магнитным полем. Возьмем систему из двух произвольно расположенных проводников 1 и 2 (рис.), обтекаемых токами

i1 и i2 сила, действующая на проводник, направлена в сторону, где поле ослаблено

В цилиндрическом проводнике они направлены по радиусу: F = Fr.

2. Усилия между параллельными проводниками: поверхностный эффект в проводниках круглого сечения не сказывается на ЭДУ; а эффект близости, смещающий токи в проводниках, вызывает увеличение ЭДУ при встречных и уменьшение при согласных токах.

При прямоугольной форме сечения его размеры влияют наЭДУ, т.к. магнитные силовые линии около проводников являются не окружностями, а овалами.

3. При изменении сечения проводника ЭДУ зависит только от соотноше­ния конечного и начального радиусов и не зависит от формы перехода при осесимметричном проводнике линии тока искривляются, и кроме поперечной Fr появляется продольная составляющая Fl стремящаяся разорвать место перехода вдоль оси проводника. Эта сила всегда направлена от меньшего сечения к большему.

4 ЭДУ в электрическом контакте.

В эл контакте при переходе тока из одного полуконтакта в другой происходит резкое искривление линий тока – они стягиваются к небольшой площадке контактирования. Ток, взаимодействуя с индукцией, создаёт усилие, имеющую продольную и поперечную составляющие. Про­дольная составляющая стремится разомкнуть контакты и направлена в сторону большего сечения.

 

 

При номинальном токе сила отброса контактов невелика. При токе КЗ, эта сила пропорциональна квадрату тока, достигает больших значений.

Для того чтобы при протекании токов КЗ один контакт не отбрасывало от другого и не сваривались, контактное нажатие Рк должно быть больше усилия отброса Р при ударном значении тока, что достигается применением соответствующих контактных пружин.

5. В щели постоянного сечения (рис 16) сила, затягивает проводник и дугу вглубь, будет неизменной, а в щели переменного сечения — переменной, возрастающей по мере сужения щели. Усилия при наличии ферромагнитных частей(силы втягивания дуги в стальную решётку)

При приближении проводника с током к ферромагнитной магнитная проводимость, а следовательно, и магнитный поток увеличиваются, Электромагнитная энергия системы возрастает. На проводник действует усилие, притягивающее его к стенке.

Аналогичные силы возникают между эл дугой и ферромагнитными пластинчатыми дугогасительными решётками. Эти силы затягивают дугу на пластины, что обеспечивает её гашение за счёт интенсивного отвода тепла в пластины

7. Витки в катушке

притягиваются друг к другу, т к идут в одном направлении, поэтому катушка сжимается и разбухает в стороны, а не разрывается. ЭДУ в катушке стремятся сжать катушку по высоте и увеличить её средний диаметр

В катушках аппаратов, кроме сил, действующих внутри каждого витка, будут существовать электродинамические силы между витками.

Между виткамис разными направлениями токов усилие Р направлено так, чтобы отбросить витки друг от друга, т.к. потокосцепление увеличивается с ростом расстояния между ними. Если токи текут в одинаковом направлении, то витки притягиваются.

8.Между взаимно перпендикулярными проводниками

КромеЭДУ от левого и правого проводника создаётся изгибающий момент за счёт усилия, возникающего в месте перехода тока

9. Сила, действующая в контуре, в кольцевом витке будет направлена таким образом, чтобы индуктивность, потокосцепление и поток при деформации контура под действием этой силы возрастали. В этом случае ЭДУ действует по радиусу, растягивая контур, тк при этом индуктивность, потокосцепление и магнитный поток возрастают

ЭДУ при переменном токе в однофазной сети.

ЗависимостьЭДУ от тока Р = к ·i_1· i₂

если i₁= i₂, то Р = к ·i₁²

где к-коэф контура

Пусть ток в проводнике и токове­дущих частях не имеет апериодической составляющей и из­меняется по закону

i = I_m sinωt

где I_m — амплитудное значение тока; ω — угловая частота.

При одинаковом направлении тока проводники притягиваются с усилием

Р = (P_m / 2) - (P_m / 2) cos 2 ωt

При отрицательных значениях получим силу, отталкивающую проводник 1 от двух других. Т.е. сила меняется с частотой, в два раза большей частоты тока.

Таким образом, усилие имеет постоянную составляющую Рm /2 и переменную составляющую двойной частоты (Pm/2)cos2wt

Среднее значение усилия за период Р_ср = c I_м²

c = 10^-7 k

где I_м - действующее значение тока

Таким образом, в однофазной системе, среднее значение ЭДУ пропорционально квадрату действующего значения тока, произведение токов взаимодействующих проводников не меняет знака, поэтому изменение усилия во времени при переменном токе в однофазной це­пи (рис) происходит без изменения своего знака.

При переменном токе значение ЭДУ оказывается в 2 раза большим, чем при постоянном.

В трёхфазной сети при отсутствии апериодической составляющей токи сдвинуты по фазе на 120⁰

Рассмотрим силы, действующие между параллельными проводниками.

При переменном токе i₁ = Imsinωt= √2 Imsinωt,

I₂ = √2 Imsin(ωt-120⁰)

I₃ = √2 Imsin(ωt-240⁰)

где Im - амплитудное значение тока;

w - угловая частота

Рассмотрим случай, когда проводники расположены в одной плоскости (рис. 19).

В отличие от однофазного тока при трёхфазном токе с ЭДУ меняется не только во времени, но и по знаку. При положительных значениях sin2ωt и cos2ωt получим силу, притягивающую проводник 1 к двум другим. При отрицательных значениях sin2ωt и cos2ωt получим силу, отталкивающую проводник 1 от двух других.

Силы, действующие на проводники 1 и 3 одинаковы по значению, но разные по направлению Р₁= - Р₃

На проводник 2 оказывают силовое воздействие 1 и 3. И это силовое воздействие будет максимальным. Таким образом, при расположении проводников в одной плоскости сила, действующая на средний проводник, оказывается большей, чем сила, действующая на крайний проводник

ЭДУ при переменном токе в трёхфазной сети при наличии при наличии КЗ в цепи

Иногда включение аппарата происходит при наличии КЗ в цепи нагрузки. Если включение происходит в момент времени, когда принужденная составляющая тока i пр= 0,

то свободной составляющей в цепи не возникает и апериодическая составляющая отсутствуе т (рис. 1.16, а) На этом рисунке е — ЭДС источника;

φ — угол сдвига фаз между ЭДС и током.

Если включение происходит в любой другой момент времени, то возникает свободная апериоди­ческая составляющая, которая в момент t =0 равна и обратна по знаку принужденной составляющей (рис. 1.16,6). Причина возникновения апериодической составляющей — наличие в цепи индуктивности L. Поскольку энергия в ин­дуктивности L i²/ 2 не может меняться скачком, ток в цепи всегда нарастает с нулевого значения. Если при t = 0 ток i _опр ≠ 0, то возникает свободный ток i _св = - i _опр.

Наибольшая апериодическая составляющая появляется при условии t=0 (рис. 1.16,в).

Через время t = π / ω ток в цепи достигает наибольшего значения, которое называется ударным.

i =k _уд I _{m 3}

Ударный коэффициент k уд зависит от постоянной вре­мени Т а. Т а = L/R.

Чем больше индуктивность L, и меньше активное сопротивление R тем больше

k уд.

Если имеется апериодическая составляющая, то через время t = π / ω ток в цепи достигает наибольшего значения, которое называется ударным. I = k _уд I _{m пр}

Р_мах = к · к _уд^{2 ·}I²,

 

 

где к _уд^{2 -}ударный коэффициент

Причина возникновения апериодической составляющей —наличие в цепи индуктивности L - поскольку энергия в ин­дуктивности L не может меняться скачком, ток в цепи всегда нарастает с нулевого значения. Если при t = 0 ток i _опр ≠ 0, то возникает свободный ток i _св = - i _опр - апериодический ток обратного направления, величина которого

i _a0 = i _нo -^·I _{п max}

где i _нo -мгнов. значение тока нагрузки,

I _{п max} -периодическая составляющ. тока КЗ.

Благодаря инерции магнитного потока не происходит мгновенное значение тока, т е возникает апериодическая составляющая, которая не позволит в начальный момент тока КЗ мгновенно измениться току от i _нo до I _{п max}

7. Электрическая дуга отключения: виды ионизации и механизм зажигания.

Размыкание электрической цепи при значительных токах и напряжениях сопровождается электрическим разрядом между расходящимися контактами. Воздушный промежуток между контактами иони­зируется и становится проводящим, в нем горит дуга. Процесс отключения состоит в деионизации воздушного промежутка между контактами, т. е. в прекращении электрического разряда и восстановлении диэлектрических свойств. При особых условиях: малых токах и напряжениях, разрыве цепи переменного тока в момент перехода тока через нуль, может произойти без электрического разряда. Такое отключение называется безыскровым разрывом.

Зависимость падения напряжения на разрядном промежутке от тока электрического разряда в газах приведена на рис. 1.

Участок I кривой – область тлеющего разряда, характеризуется высоким падением напряжения у катода (200÷250В) и малым током (до 0,1А). С ростом тока падение напряжения на разрядном промежутке возрастает до 300÷400 В. Участок II – область перехода тлею­щего разряда в дуговой. Участок III – дуговой разряд. Характе­ризуется малым падением напряжения у электродов (10÷15 В) и большой плотностью тока (до 100 кА/см2). С ростом тока напряжение на дуговом промежутке падает, а затем не меняется.

Рис.1. Вольт-амперная характеристика электрического разряда в газах

Электрическая дуга сопровождается высокой температурой. Поэтому дуга – явление не только электрическое, но и тепловое. В обычных условиях воздух хороший изолятор. Для пробоя 1см воздушного промежутка требуется напряжение 30кВ. Чтобы воздушный промежуток стал проводником, необходимо создать в нем определенную концентрацию заряженных частиц: свободных электронов и положительных ионов. Процесс отделения от нейтральной частицы электронов и обра­зования свободных электронов и положительно заряженных ионов называется ионизацией. Ионизация газа происходит под действием высокой температуры и электрического поля. Для дуговых процессов в электрических аппаратах наибольшее значение имеют процессы у электродов и процессы в дуговом промежутке.

Виды ионизации.

1. Ударная

2. Термическая

3. Автоэлектронная эмиссия

4. Фотоэлектронная эмиссия

5. Термоэлектронная эмиссия

Ударной ионизацией называется возникновение свободных электронов и положительных ионов при столкновении электронов с нейтральной частицей. Свободный электрон разбивает нейтральную частицу. В результате получатся новый свободный электрон и положительный ион. Новый электрон, в свою очередь, ионизирует следующую частицу. Чтобы электрон мог ионизировать частицу газа, он должен двигаться с определенной скоростью. Скорость электрона зависит от разности потенциалов на длине свободного пробега. Поэтому обычно указывается не скорость движения электрона, а минимальную разность потенциалов на длине свободного пути, чтобы электрон приобрел необходимую скорость. Эта разность потенциалов называется потенциал ионизации. Потенциал ионизации газовой смеси определяется самым низким из потенциалов ионизации входящих в газовую смесь компонентов и мало зависит от концентрации компонентов. Потенциал ионизации для газов составляет 13÷16В (азот, кислород, водород), для паров металла примерно в два раза ниже: 7,7В для паров меди.

Термическая ионизация происходит под воздействием высокой температуры. Температура ствола дуги достигает 4000÷7000 К, а иногда 15000 К. При такой температуре резко возрастает количество и скорость движущихся частиц газа. При столкновении атомы и молекулы разрушаются, образуя заряженные частицы. Основной характеристикой термической ионизации является сте­пень ионизации, представляющая собой отношение числа ионизированных атомов к общему числу атомов в дуговом промежутке. Поддержание возникшего дугового разряда достаточным числом свободных зарядов обеспечивается термической ионизацией.

 

Термоэлектронной эмиссией называется испускание электронов с накаленной поверхности. При расхождении контактов резко возрастают переходное сопротивление контакта и плотность тока в площадке контактирования. Площадка разогревается, расплавляется и образуется контактный перешеек из расплавленного металла. Перешеек при дальнейшем расхождении контактов разрывается и происходит испарение металла контактов. На отрицательном электроде образуется раскаленная площадка (катодное пятно), которая служит основа­нием дуги и очагом излучения элект­ронов. Термоэлектронная эмиссия является причиной возникновения электрической дуги при размыкании контактов. Плотность тока термоэлектронной эмиссии зависит от тем­пературы и материала электрода.

Автоэлектронной эмиссией называется явление испускания электронов с ка­тода под воздействием сильного электрического поля. При разомкнутых контактах к ним приложено напряжение сети. При замыкании контактов, по мере приближения подвижного контакта к неподвижному растет напряженность электрического поля между контактами. При критическом расстоянии между контактами напряженность поля достигает 1000 кВ/мм. Такой напряженности электрического поля достаточно для вырывания электронов из холодного катода. Ток автоэлектронной эмиссии мал служит только началом дугового разряда.

Фотоэлектронной эмиссией, или внешним фотоэффектом, называют эмиссию электронов из кристалла под действием падающего на его поверхность светового потока (квантов).

 

Электрическая дуга начинается ударной ионизацией и по мере своего развития и повышения температуры она сама начинает себя поддерживать термической ионизацией.

В электрической дуге выделяют 3 зоны.

1. При катодный промежуток

2. При анодный промежуток.

3. Дуговой столб.

Параметры.

1. Степень ионизации

2. Теплопроводность

3. Температура

4. Теплосодержание.

Одновременно с процессами ионизации в дуге происходят обратные процессы деионизации – воссоединения заряженных частиц и образование нейтральных молекул. При возникновении дуги преобла­дают процессы ионизации, в устойчиво горящей дуге процессы ионизации и деионизации одинаково интенсивны, при преобладании процессов деиониза­ции дуга гаснет.

Деионизация происходит главным образом за счет рекомбинации и диф­фузии. Рекомбинацией называется процесс, при котором различно заряженные частицы, при­ходя в соприкосновение, образуют нейтральные частицы. Диффузия заряженных частиц представляет собой процесс выноса заряженных частиц из дугового промежутка в окружающее пространство, что уменьшает проводимость дуги. Диффузия обусловлена как электрическими, так и тепловыми факторами. Плотность зарядов в стволе дуги возрастает от периферии к центру. Ввиду этого создается электрическое поле, заставляющее ионы двигаться от центра к периферии и покидать область дуги. В этом же направлении действует и разность температур ствола дуги и окружающего пространства. В стабилизированной и свободно горящей дуге диффузия играет ничтожную роль. В дуге, обдуваемой сжатым воздухом, а также в быстро движущейся открытой дуге деионизация за счет диффузии может по значению быть близкой к рекомбинации. В дуге, горящей в узкой щели или закрытой камере, деионизация происходит за счет рекомби­нации.