Lanko degimo temperatūra. Lanko susidarymas ir savybės. Fizikiniai procesai jungiklio lanko tarpelyje esant aukštam slėgiui

Elektros lankas – tai lankinis išlydis, atsirandantis tarp dviejų elektrodų arba elektrodo ir ruošinio ir leidžiantis suvirinant sujungti dvi ar daugiau dalių.

Suvirinimo lankas, priklausomai nuo aplinkos, kurioje jis atsiranda, skirstomas į kelias grupes. Jis gali būti atviras, uždaras arba apsauginėje dujų aplinkoje.

Atviras lankas atvirame ore teka per degimo zonoje esančių dalelių jonizaciją, taip pat dėl ​​suvirinamų detalių metalo garų ir elektrodo medžiagos. Uždaras lankas savo ruožtu dega po srauto sluoksniu. Tai leidžia keisti dujų aplinkos sudėtį degimo zonoje ir apsaugoti metalinius ruošinius nuo oksidacijos. Šiuo atveju elektros lankas teka metalo garų ir srauto priedų jonais. Apsauginėje dujų aplinkoje degantis lankas teka per šių dujų jonus ir metalo garus. Tai taip pat leidžia užkirsti kelią dalių oksidacijai ir, atitinkamai, padidinti suformuotos jungties patikimumą.

Elektros lankas skiriasi tiekiamos srovės tipu – kintamąja ar tiesiogine – ir degimo trukme – impulsine ar stacionaria. Be to, lankas gali turėti tiesioginį arba atvirkštinį poliškumą.

Pagal naudojamo elektrodo tipą išskiriami nelydantys ir besilydantys. Tam tikro elektrodo naudojimas tiesiogiai priklauso nuo jo savybių suvirinimo aparatas. Lankas, atsirandantis naudojant nenaudojamą elektrodą, kaip rodo pavadinimas, jo nedeformuoja. Suvirinant sunaudojamuoju elektrodu, lanko srovė išlydo medžiagą ir ji sulydoma su originaliu ruošiniu.

Lanko tarpą sąlygiškai galima suskirstyti į tris būdingas dalis: beveik katodą, beveik anodo ir taip pat lanko veleną. Šiuo atveju paskutinis skyrius, t.y. lanko kamienas, turi ilgiausio ilgio Tačiau lanko charakteristikas, taip pat jo atsiradimo galimybę lemia būtent artimos elektrodų zonos.

Apskritai elektros lanko charakteristikas galima sujungti į šį sąrašą:

1. Lanko ilgis. Tai reiškia bendrą katodo ir anodo sričių atstumą, taip pat lanko veleną.

2. Lanko įtampa. Susideda iš kiekvienos srities sumos: statinės, beveik katodo ir beveik anodo. Šiuo atveju įtampos pokytis artimųjų elektrodų srityse yra žymiai didesnis nei likusioje srityje.

3. Temperatūra. Elektros lankas, priklausomai nuo dujinės terpės sudėties ir elektrodų medžiagos, gali sukurti iki 12 tūkstančių Kelvino laipsnių temperatūrą. Tačiau tokios smailės nėra visoje elektrodo galo plokštumoje. Nes net ir geriausiai apdirbant laidžiosios dalies medžiaga turi įvairių nelygumų ir nelygumų, dėl kurių atsiranda daug iškrovų, kurios suvokiamos kaip viena. Žinoma, lanko temperatūra labai priklauso nuo aplinkos, kurioje jis dega, taip pat nuo tiekiamos srovės parametrų. Pavyzdžiui, jei padidinsite dabartinę vertę, atitinkamai padidės temperatūros vertė.

Ir galiausiai, srovės įtampos charakteristika arba IV charakteristika. Tai rodo įtampos priklausomybę nuo ilgio ir srovės dydžio.

1. Lanko atsiradimo ir degimo sąlygos

Atidarius elektros grandinę, kai joje yra srovė, tarp kontaktų atsiranda elektros iškrova. Jei atjungtoje grandinėje srovė ir įtampa tarp kontaktų yra didesnės nei kritinės nurodytomis sąlygomis, tai a lankas, kurio degimo trukmė priklauso nuo grandinės parametrų ir lanko tarpo dejonizacijos sąlygų. Lanko susidarymas atidarius varinius kontaktus galimas jau esant 0,4-0,5 A srovei ir 15 V įtampai.

Ryžiai. 1. Vieta stacionariame lanke nuolatinė srovėįtampa U(a) ir įtempimasE(b).

Lankoje išskiriama artimojo katodo erdvė, lanko velenas ir artimoji anodo erdvė (1 pav.). Visas stresas paskirstomas tarp šių sričių Uį, U sd, U A. Katodo įtampos kritimas nuolatinės srovės lanke yra 10-20 V, o šios sekcijos ilgis yra 10-4-10-5 cm, todėl šalia katodo yra aukšta įtampa elektrinis laukas(105-106 V/cm). Esant tokiai aukštai įtampai, vyksta smūginė jonizacija. Jo esmė slypi tame, kad elektronai, atplėšti nuo katodo elektrinio lauko jėgų (lauko emisija) arba dėl katodo įkaitimo (termioninė emisija), pagreitėja į elektrinis laukas ir kai jie atsitrenkia į neutralų atomą, suteikia jam savo kinetinę energiją. Jei šios energijos pakanka vienam elektronui pašalinti iš neutralaus atomo apvalkalo, tada įvyks jonizacija. Gauti laisvieji elektronai ir jonai sudaro lanko statinės plazmą.

Ryžiai. 2. .

Plazmos laidumas priartėja prie metalų laidumo [ adresu= 2500 1/(Ohm×cm)]/ Lanko statine praeina didelė srovė ir susidaro aukšta temperatūra. Srovės tankis gali siekti 10 000 A/cm2 ir daugiau, o temperatūra – nuo ​​6000 K at Atmosferos slėgis iki 18 000 K ar daugiau esant padidintam slėgiui.

Aukšta temperatūra lanko statinėje sukelia intensyvią šiluminę jonizaciją, kuri palaiko aukštą plazmos laidumą.

Šiluminė jonizacija yra jonų susidarymo procesas dėl molekulių ir atomų, turinčių didelę kinetinę energiją, susidūrimo dideliu jų judėjimo greičiu.

Kuo didesnė srovė lanke, tuo mažesnė jo varža, todėl lankui degti reikia mažesnės įtampos, t.y., esant didelei srovei lanką užgesinti sunkiau.

Su kintamosios srovės maitinimo įtampa u cd kinta sinusiškai, kinta ir srovė grandinėje i(2 pav.), o srovė nuo įtampos atsilieka maždaug 90°. Lanko įtampa u d, dega tarp jungiklio kontaktų, su pertraukomis. Esant mažoms srovėms, įtampa padidėja iki vertės u h (uždegimo įtampa), tada didėjant srovei lanke ir didėjant terminei jonizacijai, įtampa krenta. Pusės ciklo pabaigoje, kai srovė artėja prie nulio, lankas užgęsta esant gesinimo įtampai u d) Per kitą pusę ciklo reiškinys kartojasi, jei nesiimama priemonių tarpai dejonizuoti.

Jei lankas vienu ar kitu būdu užgesinamas, įtampa tarp jungiklių kontaktų turi būti atkurta iki maitinimo įtampos - u vz (2 pav., taškas A). Tačiau kadangi grandinėje yra indukcinės, aktyviosios ir talpinės varžos, vyksta pereinamasis procesas, atsiranda įtampos svyravimai (2 pav.), kurių amplitudė U in,max gali žymiai viršyti normali įtampa. Perjungimo įrangai svarbu, kaip greitai atstatoma įtampa AB skyriuje. Apibendrinant galima pasakyti, kad lanko iškrova inicijuojama smūgine jonizacija ir elektronų emisija iš katodo, o po uždegimo lankas palaikomas termine jonizacija lanko statinėje.

Perjungimo įrenginiuose būtina ne tik atidaryti kontaktus, bet ir užgesinti tarp jų atsirandantį lanką.

Grandinėse kintamoji srovė Srovė lanke kas pusę ciklo eina per nulį (2 pav.), šiais momentais lankas savaime užgęsta, bet kitame pusciklyje vėl gali kilti. Kaip rodo oscilogramos, srovė lanke tampa artima nuliui šiek tiek anksčiau nei natūralus perėjimas per nulį (3 pav. A). Tai paaiškinama tuo, kad mažėjant srovei mažėja į lanką tiekiama energija, todėl mažėja lanko temperatūra ir sustoja terminė jonizacija. Mirusio laiko trukmė t n yra mažas (nuo dešimčių iki kelių šimtų mikrosekundžių), bet atlieka svarbų vaidmenį išnykstant lankui. Jei kontaktus atidarysite per negyvą laiką ir pakankamai dideliu greičiu išstumsite vienas nuo kito iki tokio atstumo, kad neįvyktų elektros gedimas, grandinė labai greitai išsijungs.

Negyvos pauzės metu jonizacijos intensyvumas žymiai sumažėja, nes šiluminė jonizacija nevyksta. Perjungimo įrenginiuose, be to, imamasi dirbtinių priemonių lanko erdvei vėsinti ir įkrautų dalelių skaičiui sumažinti. Dėl šių dejonizacijos procesų tarpo elektrinis stiprumas palaipsniui didėja u pr (3 pav., b).

Staigus tarpo elektrinio stiprumo padidėjimas po to, kai srovė praeina per nulį, daugiausia atsiranda dėl to, kad padidėja artimojo katodo erdvės stiprumas (kintamosios srovės grandinėse 150–250 V). Tuo pačiu metu didėja atkūrimo įtampa u V. Jei bet kuriuo metu u pr > u tarpas nebus pradurtas, lankas vėl neįsižiebs srovei perėjus per nulį. Jei tam tikru momentu u pr = u c, tada tarpelyje lankas vėl užsidega.

Ryžiai. 3. :

A– lanko užgesimas, kai srovė natūraliai eina per nulį; b– lanko tarpo elektrinio stiprumo padidėjimas, kai srovė teka per nulį

Taigi, lanko gesinimo užduotis yra sudaryti tokias sąlygas, kad tarpo tarp kontaktų elektrinis stiprumas u tarp jų buvo didesnė įtampa u V.

Įtampos didėjimo procesas tarp išjungto įrenginio kontaktų gali būti skirtingo pobūdžio, priklausomai nuo įjungiamos grandinės parametrų. Jei grandinė, kurioje vyrauja aktyvioji varža, išjungiama, įtampa atkuriama pagal periodinį dėsnį; jei grandinėje vyrauja indukcinė varža, tai atsiranda svyravimai, kurių dažniai priklauso nuo grandinės talpos ir induktyvumo santykio. Virpesių procesas lemia didelį įtampos atkūrimo greitį ir tuo didesnį greitį du V/ dt, tuo didesnė tikimybė, kad tarpas nutrūks ir lankas vėl užsidegs. Siekiant palengvinti lanko gesinimo sąlygas, į atjungtą srovės grandinę įvedamos aktyvios varžos, tada įtampos atsistatymas bus periodiškas (3 pav. b).

3. Lankų gesinimo būdai perjungimo įrenginiuose iki 1000IN

Perjungimo įrenginiuose iki 1 kV plačiai naudojami šie lanko gesinimo būdai:

Lanko pailginimas greitu kontaktų nukrypimu.

Kuo ilgesnis lankas, tuo didesnė jo egzistavimui reikalinga įtampa. Jei maitinimo šaltinio įtampa mažesnė, lankas užgęsta.

Ilgo lanko padalijimas į keletą trumpų (4 pav., A).
Kaip parodyta pav. 1, lanko įtampa yra katodo įtampos suma U k ir anodas U ir įtampos kritimai bei lanko veleno įtampa U sd:

U d= U k+ U a+ U sd= U e+ U sd.

Jei ilgas lankas, atsirandantis atidarius kontaktus, bus įtrauktas į lanko gesinimo tinklelį, pagamintą iš metalinių plokščių, tada jis suskils į N trumpi lankai. Kiekvienas trumpasis lankas turės savo katodo ir anodo įtampos kritimus U e. Lankas užgęsta, jei:

U n U ai,

Kur U- tinklo įtampa; U e - katodo ir anodo įtampos kritimų suma (20-25 V nuolatinės srovės lanke).

Kintamosios srovės lanką taip pat galima suskirstyti į N trumpi lankai. Šiuo metu srovė eina per nulį, beveik katodinė erdvė akimirksniu įgyja 150–250 V elektros stiprumą.

Lankas užgęsta, jei

Lanko išnykimas siaurose plyšiuose.

Jei lankas dega siaurame tarpelyje, kurį sudaro lankui atspari medžiaga, tai dėl sąlyčio su šaltais paviršiais vyksta intensyvus aušinimas ir įkrautų dalelių difuzija į aplinką. Tai lemia greitą dejonizaciją ir lanko išnykimą.

Ryžiai. 4.

A– ilgo lanko padalijimas į trumpus; b– lanko traukimas į siaurą plyšį lanko gesinimo kameroje; V– lanko sukimasis magnetiniame lauke; G– lanko gesinimas alyvoje: 1 – fiksuotas kontaktas; 2 – lankinis kamienas; 3 – vandenilio apvalkalas; 4 – dujų zona; 5 – alyvos garų zona; 6 – judantis kontaktas

Lanko judėjimas magnetiniame lauke.

Elektros lankas gali būti laikomas laidininku, tekančiu srovę. Jei lankas yra magnetiniame lauke, tada jį veikia jėgos, nustatytos pagal kairiosios rankos taisyklę. Jei sukuriate magnetinį lauką, nukreiptą statmenai lanko ašiai, jis gaus transliacinį judesį ir bus įtrauktas į lanko gesinimo kameros plyšį (4 pav., b).

Radialiniame magnetiniame lauke lankas gaus sukamasis judėjimas(4 pav., V). Magnetinį lauką gali sukurti nuolatiniai magnetai, specialios ritės arba pati srovę nešančių dalių grandinė. Greitas lanko sukimasis ir judėjimas prisideda prie jo aušinimo ir dejonizacijos.

Paskutiniai du lanko gesinimo būdai (siaurose plyšiuose ir magnetiniame lauke) taip pat naudojami atjungiant įrenginius, kurių įtampa viršija 1 kV.

4. Pagrindiniai lanko gesinimo būdai įrenginiuose, didesniuose nei 1kV.

Perjungimo įrenginiuose, kurių įtampa viršija 1 kV, naudojami pastraipose aprašyti 2 ir 3 metodai. 1.3. taip pat plačiai naudojami šie lanko gesinimo būdai:

1. Lanko išnykimas aliejuje .

Jei atjungimo įtaiso kontaktai įdedami į alyvą, tada atidarant atsirandantis lankas sukelia intensyvų dujų susidarymą ir alyvos išgaravimą (4 pav. G). Aplink lanką susidaro dujų burbulas, daugiausia susidedantis iš vandenilio (70-80%); dėl greito aliejaus skilimo padidėja slėgis burbule, o tai prisideda prie geresnio jo aušinimo ir dejonizacijos. Vandenilis turi aukštas lanko gesinimo savybes. Tiesiogiai kontaktuodamas su lanko velenu, jis prisideda prie jo dejonizacijos. Dujų burbulo viduje nuolat juda dujų ir naftos garai. Lanko gesinimas alyvoje plačiai naudojamas grandinės pertraukikliuose.

2. Dujos-oras pučiantis .

Aušinimas lanku pagerėja, jei sukuriamas kryptingas dujų judėjimas – sprogdinimas. Pūtimas išilgai arba skersai lanko (5 pav.) skatina dujų dalelių prasiskverbimą į jo statinę, intensyvią difuziją ir lanko aušinimą. Dujos susidaro skaidant naftą lanku (alyvos jungikliai) arba kietomis dujas generuojančiomis medžiagomis (autodujų sprogimas). Efektyviau pūsti šaltu, nejonizuotu oru, sklindančiu iš specialių suslėgto oro cilindrų (oro jungiklių).

3. Kelių srovės grandinės pertrauka .

Sunku išjungti dideles sroves esant aukštai įtampai. Tai paaiškinama tuo, kad esant didelėms tiekiamos energijos ir atkūrimo įtampos vertėms, lanko tarpo dejonizacija tampa sunkesnė. Todėl aukštos įtampos grandinės pertraukikliuose kiekvienoje fazėje naudojami keli lankiniai pertraukikliai (6 pav.). Tokie jungikliai turi keletą gesinimo įtaisų, skirtų daliai vardinės vertės. verpalai. Pertraukų skaičius vienoje fazėje priklauso nuo jungiklio tipo ir jo įtampos. 500-750 kV grandinės pertraukikliuose gali būti 12 ir daugiau pertraukų. Kad būtų lengviau užgesinti lanką, atkūrimo įtampa turi būti tolygiai paskirstyta tarp pertraukų. Fig. 6 paveiksle schematiškai parodytas alyvos jungiklis su dviem pertraukomis vienoje fazėje.

Kai vienfazis trumpasis jungimas yra atjungtas, atsigavimo įtampa tarp pertraukų bus paskirstyta taip:

U 1/U 2 = (C 1+C 2)/C 1

Kur U 1 ,U 2 - įtempiai, taikomi pirmajam ir antrajam lūžiui; SU 1 – talpa tarp šių tarpų kontaktų; C 2 – kontaktinės sistemos talpa žemės atžvilgiu.

Ryžiai. 6. Įtampos pasiskirstymas per pertraukas jungiklyje: a – įtampos pasiskirstymas per pertraukas alyvos jungiklyje; b – talpiniai įtampos dalikliai; c – aktyvieji įtampos dalikliai.

Nes SU 2 yra daug daugiau C 1, tada įtampa U 1 > U 2, todėl gesinimo įtaisai veiks skirtingomis sąlygomis. Norint išlyginti įtampą, lygiagrečiai su pagrindiniais jungiklio (MC) kontaktais jungiamos talpos arba aktyviosios varžos (16 pav. b, V). Talpos ir aktyviųjų šunto varžų reikšmės parenkamos taip, kad įtampa pertraukose būtų paskirstyta tolygiai. Jungikliuose su šuntinėmis varžomis, užgesinus lanką tarp pagrindinių grandinių, lydinčiąją srovę, kurią riboja varžos, nutraukia pagalbiniai kontaktai (AC).

Šunto varžos sumažina atkūrimo įtampos kilimo greitį, todėl lanką lengviau užgesinti.

4. Lanko išnykimas vakuume .

Labai išretintų dujų (10-6-10-8 N/cm2) elektrinis stiprumas yra dešimtis kartų didesnis nei dujų esant atmosferos slėgiui. Jei kontaktai atsidaro vakuume, tada iš karto po pirmojo srovės pratekėjimo lanku per nulį tarpo stiprumas atstatomas ir lankas vėl neužsidega.

5. Lanko išnykimas aukšto slėgio dujose .

Oras, kurio slėgis yra 2 MPa ar didesnis, turi didelį elektrinį stiprumą. Tai leidžia sukurti gana kompaktiškus prietaisus, skirtus gesinti lanką suspausto oro atmosferoje. Didelio stiprumo dujų, tokių kaip sieros heksafluorido SF6 (SF6 dujos), naudojimas yra dar efektyvesnis. SF6 dujos turi ne tik didesnį elektrinį stiprumą nei oras ir vandenilis, bet ir geresnes lanko gesinimo savybes net esant atmosferos slėgiui.

Fizinis lanko degimo pagrindas. Atsidarius elektros prietaiso kontaktams, dėl tarpo tarp jų jonizacijos susidaro elektros lankas. Tarpas tarp kontaktų išlieka laidus, o srovės tekėjimas per grandinę nesiliauja.

Jonizacijai ir lanko formavimuisi būtina, kad įtampa tarp kontaktų būtų maždaug 15–30 V, o grandinės srovė – 80–100 mA.

Kai tarpas tarp kontaktų yra jonizuotas, jį užpildantys dujų (oro) atomai suyra į įkrautas daleles – elektronus ir teigiamus jonus. Elektronų srautas, išspinduliuotas nuo kontakto paviršiaus, kuris yra po neigiamu potencialu (katodas), juda link teigiamai įkrauto kontakto (anodo); teigiamų jonų srautas juda į katodą (303 pav., a).

Pagrindiniai srovės nešėjai lanke yra elektronai, nes teigiami jonai, turintys didelę masę, juda daug lėčiau nei elektronai ir todėl per laiko vienetą perduoda daug mažiau elektros krūvių. Tačiau teigiami jonai vaidina svarbų vaidmenį lanko procese. Artėjant prie katodo, jie šalia jo sukuria stiprų elektrinį lauką, kuris veikia metaliniame katode esančius elektronus ir ištraukia juos nuo jo paviršiaus. Šis reiškinys vadinamas lauko emisija (303 pav., b). Be to, teigiami jonai nuolat bombarduoja katodą ir suteikia jam savo energiją, kuri virsta šiluma; šiuo atveju katodo temperatūra siekia 3000-5000 °C.

Kylant temperatūrai, elektronų judėjimas katodo metale pagreitėja, jie įgauna didesnę energiją ir pradeda palikti katodą, skrisdami į aplinką. Šis reiškinys vadinamas terminė emisija. Taigi, veikiant auto- ir termioninei emisijai, į elektros lanką iš katodo patenka vis daugiau elektronų.

Pereidami nuo katodo prie anodo, elektronai, savo kelyje susidūrę su neutralių dujų atomais, suskaldo juos į elektronus ir teigiamus jonus (303 pav., c). Šis procesas vadinamas smūginė jonizacija. Dėl smūginės jonizacijos atsirandantys nauji, vadinamieji antriniai elektronai pradeda judėti link anodo ir judėdami skaido vis naujus dujų atomus. Nagrinėjamas dujų jonizacijos procesas yra panašus į laviną, kaip ir vienas akmuo, išmestas nuo kalno, savo kelyje užfiksuoja vis daugiau akmenų, sukeldamas laviną. Dėl to tarpas tarp dviejų kontaktų užpildomas daugiau elektronų ir teigiamų jonų. Šis elektronų ir teigiamų jonų mišinys vadinamas plazma. Formuojant plazmą, svarbų vaidmenį vaidina terminė jonizacija, kuri atsiranda dėl temperatūros padidėjimo, dėl kurio padidėja įkrautų dujų dalelių judėjimo greitis.

Plazmą sudarantys elektronai, jonai ir neutralūs atomai nuolat susiduria vienas su kitu ir keičiasi energija; Šiuo atveju kai kurie atomai, veikiami elektronų, patenka į sužadinimo būseną ir išskiria energijos perteklių šviesos spinduliuotės pavidalu. Tačiau elektrinis laukas, veikiantis tarp kontaktų, priverčia didžiąją dalį teigiamų jonų judėti link katodo, o didžioji dalis elektronų – į anodą.

Nuolatinės srovės elektros lanko pastovioje būsenoje terminė jonizacija yra lemiama. Kintamosios srovės lanke, kai srovė teka per nulį, reikšmingą vaidmenį atlieka smūginė jonizacija, o per likusį lanko degimo laiką – šiluminė jonizacija.

Kai lankas dega, kartu su tarpo tarp kontaktų jonizacija, atvirkštinis procesas. Teigiami jonai ir elektronai, sąveikaudami vienas su kitu kontaktinėje erdvėje arba atsitrenkę į kameros, kurioje dega lankas, sienas, sudaro neutralius atomus. Šis procesas vadinamas rekombinacija; kai jonizacija sustoja rekombinacija veda prie elektronų ir jonų išnykimo iš tarpelektrodinės erdvės – vyksta jo dejonizacija. Jei kameros sienelėje įvyksta rekombinacija, ją lydi energijos išsiskyrimas šilumos pavidalu; Rekombinacijos metu tarpelektrodinėje erdvėje energija išsiskiria spinduliuotės pavidalu.

Kai jis liečiasi su kameros, kurioje yra kontaktai, sienelėmis, lankas atvėsta, kuris. veda prie padidėjusios dejonizacijos. Dejonizacija taip pat vyksta dėl įkrautų dalelių judėjimo iš centrinių lanko sričių, kurių koncentracija yra didesnė, į periferinius regionus, kuriuose yra maža koncentracija. Šis procesas vadinamas elektronų ir teigiamų jonų difuzija.

Lanko degimo zona paprastai yra padalinta į tris dalis: katodo zoną, lanko veleną ir anodo zoną. Katodinėje zonoje iš neigiamo kontakto vyksta intensyvi elektronų emisija, įtampos kritimas šioje zonoje yra apie 10 V.

Lanko statinėje susidaro maždaug vienoda elektronų ir teigiamų jonų koncentracija plazma. Todėl kiekvienu laiko momentu bendras teigiamų plazmos jonų krūvis kompensuoja bendrą neigiamą jos elektronų krūvį. Didelė įkrautų dalelių koncentracija plazmoje ir elektros krūvio nebuvimas joje lemia didelį lanko statinės elektrinį laidumą, artimą metalų elektriniam laidumui. Įtampos kritimas lanko velene yra maždaug proporcingas jo ilgiui. Anodo zona daugiausia užpildyta elektronais, ateinančiais iš lanko veleno į teigiamą kontaktą. Įtampos kritimas šioje zonoje priklauso nuo lanko srovės ir teigiamo kontakto dydžio. Bendras įtampos kritimas lanke yra 15-30 V.

Įtampos kritimo U dg, veikiančio tarp kontaktų, priklausomybė nuo srovės I, einančios per elektros lanką, vadinama lanko srovės-įtampos charakteristika (304 pav., a). Vadinama įtampa Uz, kuriai esant galimas lanko uždegimas esant srovei I = 0 uždegimo įtampa. Uždegimo įtampos vertę lemia kontaktų medžiaga, atstumas tarp jų, temperatūra ir aplinka. Po įvykio

elektros lankas jo srovė padidėja iki vertės, artimos apkrovos srovei, kuri tekėjo per kontaktus prieš išjungimą. Šiuo atveju tarpkontaktinio tarpo varža krenta greičiau nei didėja srovė, todėl sumažėja įtampos kritimas U dg. Vadinamas lanko degimo režimas, atitinkantis kreivę a statinis.

Kai srovė sumažėja iki nulio, procesas atitinka kreivę b ir lankas sustoja esant mažesniam įtampos kritimui nei uždegimo įtampa. Vadinama įtampa Ug, kuriai esant užgęsta lankas gesinimo įtampa. Ji visada yra mažesnė už uždegimo įtampą dėl kontaktų temperatūros padidėjimo ir tarpkontaktinio tarpo laidumo padidėjimo. Kuo didesnis srovės mažinimo greitis, tuo mažesnė lanko užgesimo įtampa srovės sustojimo momentu. Srovės ir įtampos charakteristikos b ir c atitinka srovės mažėjimą skirtingais greičiais (kreivei c daugiau nei kreivei b), o tiesė d atitinka beveik momentinį srovės sumažėjimą. Toks srovės įtampos charakteristikų pobūdis paaiškinamas tuo, kad greitai keičiantis srovei, kontaktinio tarpo jonizacijos būsena neturi laiko sekti srovės pokyčio. Reikia tam tikro laiko, kol tarpas dejonizuojasi, todėl, nepaisant to, kad srovė lanke sumažėjo, tarpo laidumas išlieka toks pat, atitinkantis didelę srovę.

Vadinamos srovės įtampos charakteristikos b - d, gautos greitai pasikeitus srovei iki nulio dinamiškas. Kiekvienam kontaktiniam tarpui, elektrodo medžiagai ir terpei yra viena statinio lanko charakteristika ir daug dinaminių, esančių tarp kreivių a ir d.

Kai per kiekvieną pusę ciklo dega kintamosios srovės lankas, vyksta tie patys fiziniai procesai kaip ir nuolatinės srovės lanke. Pusinio ciklo pradžioje įtampa ant lanko pagal sinusoidinį dėsnį padidėja iki uždegimo įtampos U z vertės - 0-a atkarpa (304 pav., b), o tada, atsiradus lankui, ji krenta didėjant srovei - a - b sekcija. Antroje pusciklo dalyje, kai srovė pradeda mažėti, lanko įtampa vėl padidėja iki užgesimo įtampos U g reikšmės, srovei nukritus iki nulio - sekcija b - c.

Per kitą pusę ciklo įtampa keičia ženklą ir didėja pagal sinusoidinį dėsnį iki uždegimo įtampos vertės, atitinkančios srovės įtampos charakteristikos tašką a’. Didėjant srovei, įtampa mažėja, o po to vėl didėja, kai srovė mažėja. Lanko įtampos kreivė, kaip parodyta Fig. 304, b, turi nupjautos sinusoidės formą. Įkrautų dalelių dejonizacijos procesas tarpelyje tarp kontaktų trunka tik nedidelę laikotarpio dalį (skyriai 0 - a ir c - a') ir, kaip taisyklė, per tą laiką nesibaigia, dėl to vėl atsiranda lankas. Galutinis lanko užgesimas įvyks tik po pakartotinio uždegimo serijos per vieną iš paskesnių srovės nulio kirtimų.

Lanko atsinaujinimas po to, kai srovė praeina per nulį, paaiškinama tuo, kad srovei sumažėjus iki nulio, lanko statinėje esanti jonizacija neišnyks iš karto, nes tai priklauso nuo plazmos temperatūros liekamojo lanko statinėje. . Temperatūrai mažėjant, kontaktinio tarpo elektrinis stiprumas didėja. Tačiau jei tam tikru momentu momentinė įjungtos įtampos vertė yra didesnė už tarpo pramušimo įtampą, tai įvyks jos gedimas, atsiras lankas ir tekės kitokio poliškumo srovė.

Lanko išnykimo sąlygos. Nuolatinės srovės lanko gesinimo sąlygos priklauso ne tik nuo jo srovės-įtampos charakteristikų, bet ir nuo elektros grandinės parametrų (įtampa, srovė, varža ir induktyvumas), kurią įjungia ir išjungia prietaiso kontaktai. Fig. 305, ir parodyta lanko srovės-įtampos charakteristika

(1 kreivė) ir įtampos kritimo priklausomybė nuo rezistoriaus R, prijungto prie šios grandinės (2 tiesė). Pastovioje būsenoje įtampa U ir srovės šaltinis yra lygi įtampos kritimų lanke U dg ir IR rezistoriaus R sumai. Keičiant srovės stiprumą grandinėje, prie jų pridedama e. d.s. savaiminė indukcija ±e L (rodoma užtemdytomis ordinatėmis). Ilgas deginimas lankas galimas tik taškais A ir B atitinkančiais režimais, kai į tarpą tarp kontaktų taikoma įtampa U ir - IR lygi įtampos kritimui U dg. Šiuo atveju tašką A atitinkančiu režimu lanko degimas yra nestabilus. Jei, kai lankas dega šiame charakteristikos taške, srovė dėl kokių nors priežasčių padidėja, tada įtampa U dg taps mažesnė už taikomą įtampą U ir - IR. Perteklinė įtampa padidins srovę, kuri padidės, kol pasieks vertę I V.

Jei tašką A atitinkančiu režimu srovė mažėja, taikoma įtampa U ir - IR bus mažesnė nei U dg, o srovė toliau mažės, kol užges lankas. Režimu, atitinkančiu tašką B, lankas dega tolygiai. Srovei padidėjus virš Iv, įtampos kritimas lanke U dg taps didesnis už taikomą įtampą U ir - IR ir srovė ims mažėti. Kai srovė grandinėje tampa mažesnė nei I V, taikoma įtampa U ir - IR taps didesnė už U dg ir srovė pradės didėti.

Akivaizdu, kad norint užtikrinti lanko išnykimą visame nurodytame srovės diapazone, keičiasi I nuo didžiausia vertė iki nulio, kai grandinė išjungiama, būtina, kad srovės įtampos charakteristika 1 būtų virš išjungiamos grandinės tiesės 2 (305 pav., b). Esant tokioms sąlygoms, įtampos kritimas lanke U dg visada bus didesnis nei įtampa U ir - IR, ir srovė grandinėje sumažės.

Pagrindinė lanko įtampos kritimo didinimo priemonė yra lanko ilgio padidinimas. Atidarius žemos įtampos grandines santykinai mažomis srovėmis, gesinimas užtikrinamas tinkamai parinkus kontaktinį sprendimą, tarp kurių susidaro lankas. Tokiu atveju lankas užgęsta be jokių papildomų įrenginių.

Kontaktams, kurie nutraukia maitinimo grandines, gesinimui reikalingas lanko ilgis yra toks didelis, kad tokio kontaktų sprendimo praktiškai įgyvendinti nebeįmanoma. Tokiuose elektros prietaisuose įrengiami specialūs lanko gesinimo įtaisai.

Lanko gesinimo prietaisai. Lanko gesinimo būdai gali būti skirtingi, tačiau jie visi remiasi šiais principais: priverstinis lanko pailginimas; tarpkontaktinio tarpo aušinimas oru, garais ar dujomis; lanko padalijimas į keletą atskirų trumpų lankų.

Lankui ilgėjant ir tolstant nuo kontaktų, įtampos kritimas lanko stulpelyje didėja ir kontaktams teikiamos įtampos nepakanka lankui palaikyti.

Atvėsus tarpkontaktiniam tarpui, padidėja šilumos perdavimas iš lanko kolonėlės į supančią erdvę, dėl to įkrautos dalelės, judančios iš lanko vidaus į jo paviršių, pagreitina dejonizacijos procesą.

Padalijus lanką į keletą atskirų trumpų lankų, padidėja bendras įtampos kritimas juose ir į kontaktus tiekiama įtampa tampa nepakankama tvariai išlaikyti lanką, todėl jis užgęsta.

Gesinimo prailginant lanką principas taikomas įrenginiuose su apsauginiais ragais ir jungikliuose. Elektros lankas, atsirandantis tarp kontaktų 1 ir 2 (306 pav., a), jiems atsidarius, veikiant jėgai F B, kurią sukuria jo šildomo oro srautas, išsitempia ir pailgėja ant besiskiriančių fiksuotų ragų, kurie veda prie jos užgesimo. Lanko pailgėjimą ir gesinimą taip pat palengvina elektrodinaminė jėga, susidaranti dėl lanko srovės sąveikos su aplink jį atsirandančiu magnetiniu lauku. Šiuo atveju lankas elgiasi kaip laidininkas, kurio srovė yra magnetiniame lauke (307 pav., a), kuri, kaip buvo parodyta III skyriuje, linkusi jį išstumti iš lauko.

Norint padidinti lanką veikiančią elektrodinaminę jėgą F e, kai kuriais atvejais į vieno iš kontaktų 1 grandinę įtraukiama speciali lanko gesinimo ritė 2 (307 pav.,b), sukurianti stiprų magnetinį lauką lanko formavime. zona, magnetiškai

kaitinimo siūlelio srautas F, sąveikaujantis su lanko srove I, užtikrina intensyvų lanko pūtimą ir gesinimą. Greitas lanko judėjimas išilgai ragų 3, 4 sukelia jo intensyvų aušinimą, o tai taip pat prisideda prie jo dejonizacijos 5 kameroje ir išnykimo.

Kai kuriuose įrenginiuose naudojami priverstinio aušinimo ir lanko ištempimo suslėgtu oru ar kitomis dujomis metodai.

Atsidarius 1 ir 2 kontaktams (žr. 306 pav., b), susidaręs lankas atšaldomas ir išpučiamas iš kontakto srities suspausto oro arba dujų srove jėga FB.

Lanko slopinimo kameros yra efektyvi elektros lanko aušinimo ir gesinimo priemonė. įvairaus dizaino(308 pav.). Veikiamas elektros lankas magnetinis laukas, oro srautas ar kitokiu būdu nukreipiamas į siaurus plyšius arba kameros labirintą (308 pav., a ir b), kur glaudžiai liečiasi su savo sienomis 1, pertvaromis 2, atiduoda joms šilumą ir išeina. . Platus pritaikymas elektros prietaisuose e. p.s. randamos labirintinės plyšinės kameros, kuriose lankas pailginamas ne tik tempiant tarp kontaktų, bet ir dėl jo zigzaginio išlinkimo tarp kameros pertvarų (308 pav., c). Siauras tarpas 3 tarp kameros sienelių skatina lanko vėsinimą ir dejonizaciją.

Lanko gesinimo įtaisai, kurių veikimas pagrįstas lanko padalijimu į keletą trumpų lankų, apima dejonines groteles (309 pav., a), įmontuotas lanko gesinimo kameros viduje.

Dejono tinklelis yra kelių atskirų plieninių plokščių 3, izoliuotų viena kitos atžvilgiu, rinkinys. Elektros lankas, atsirandantis tarp atidaromų kontaktų 1 ir 2, tinkleliu padalijamas į keletą trumpesnių lankų, sujungtų nuosekliai. Norint išlaikyti lanką be skilimo, reikalinga įtampa U, lygi sumai artimojo elektrodo (anodo ir katodo) įtampos kritimas U e ir įtampos kritimas lanko stulpelyje U st.

Vieną lanką padalijus į n trumpųjų lankų, bendras įtampos kritimas visų trumpųjų lankų stulpelyje vis tiek bus lygus nU e, kaip ir vieno bendro lanko, bet bendras artimo elektrodo įtampos kritimas visuose lankuose bus lygus nU e. Todėl, norint išlaikyti lanką šiuo atveju, reikės įtampos

U = nU e + U st.

Lankų skaičius n yra lygus tinklelio plokščių skaičiui ir gali būti pasirinktas taip, kad būtų visiškai atmesta galimybė stabiliai degti lanką esant tam tikrai įtampai U. Šis slopinimo principas yra veiksmingas tiek nuolatinei, tiek kintamajai srovei. Kai kintamoji srovė praeina per nulį, lanko palaikymui reikalinga 150-250 V įtampa.Šiuo atžvilgiu plokščių skaičių galima pasirinkti žymiai mažiau nei esant nuolatinei srovei.

Saugikliuose su užpildu, kai įdėklas išsilydo ir dėl to atsiranda elektros lankas aukštas kraujo spaudimas kasetėje esančių dujų, jonizuotos dalelės juda skersine kryptimi. Tuo pačiu metu jie patenka tarp užpildo grūdelių, atvėsina ir dejonizuojasi. Suvestiniai grūdai, judantys pagal veiksmą perteklinis slėgis, suskaido lanką į daugybę mikrolankų, o tai užtikrina jų išnykimą.

Saugikliuose be užpildo korpusas dažnai pagamintas iš medžiagos, kuri kaitinant gausiai išskiria dujas. Tokios medžiagos apima, pavyzdžiui, pluoštą. Kai jis liečiasi su lanku, korpusas įkaista ir išskiria dujas, kurios padeda užgesinti lanką. Kintamosios srovės alyvos jungikliuose lankas gesinamas panašiai (309 pav., b), tik tas skirtumas, kad vietoj sauso užpildo čia naudojama nedegi alyva. Kai atidarant judamuosius 1, 3 ir fiksuotus 2 kontaktus atsiranda lankas, jis užgęsta veikiant dviem veiksniams: atleidimui. didelis kiekis vandenilis, kuris nepalaiko degimo (tam naudojamoje alyvoje vandenilio yra 70-75%) ir intensyvus lanko aušinimas alyva dėl didelės šiluminės talpos. Lankas užgęsta tuo metu, kai srovė lygi nuliui. Alyva ne tik skatina pagreitintą lanko gesinimą, bet ir tarnauja kaip izoliacija įtampingoms ir įžemintoms konstrukcijos dalims. Alyva nenaudojama lankui gesinti nuolatinės srovės grandinėje, nes veikiant lankui ji greitai suyra ir praranda savo izoliacines savybes.

Šiuolaikiniuose elektros aparatuose lanko gesinimas dažnai atliekamas derinant du ar daugiau

aukščiau aprašytus metodus (pavyzdžiui, naudojant lanko slopinimo ritę, apsauginius ragus ir dejono tinklelį).

Elektros lanko gesinimo sąlygos lemia apsauginių įtaisų trūkimo gebą. Jam būdinga didžiausia srovė, galinti išjungti įrenginį esant tam tikram lanko gesinimo laikui.

Kai elektros grandinėje, prijungtoje prie elektros energijos šaltinio, įvyksta trumpasis jungimas, srovė grandinėje didėja išilgai 1 kreivės (310 pav.). Momentu t 1, pasiekus vertę, iki kurios sureguliuotas apsauginis įtaisas (dabartinis nustatymas I y), įtaisas įsijungia ir išjungia apsaugotą grandinę, dėl to srovė mažėja išilgai 2 kreivės.

Laikas, skaičiuojamas nuo signalo davimo išjungti (arba įjungti) įrenginį iki momento, kai pradeda atsidaryti (arba užsidaryti) kontaktai, vadinamas paties įrenginio atsako laiku t s. Atjungus kontaktų atsidarymo momentas atitinka lanko atsiradimą tarp besiskiriančių kontaktų. Grandinės pertraukikliuose šis laikas matuojamas nuo to momento, kai srovė pasiekia nustatytą vertę t 1 iki momento, kai tarp kontaktų t 2 atsiranda lankas. Lanko degimo laikas t dg yra laikas nuo lanko atsiradimo t 2 momento, kol srovė nustoja eiti t 3 . Pilnas laikas išjungimas t p yra jo paties laiko ir lanko degimo laiko suma.

Atsidarius jungiklio kontaktams srovė nenutrūksta. Pagal Lenco dėsnį grandinėje atsiranda emf E L = -Ldi/dt, neleidžianti keisti srovės. Pastarasis randa sau kelią per dujų tarpą tarp besiskiriančių jungiklio kontaktų, kurį blokuoja elektros lankas. Norint nutraukti srovę, lankas turi būti užgesintas. Kintamosios srovės grandinėse palankios sąlygos lankui užgesinti susidaro kiekvieną kartą, kai srovė pasiekia nulį, t.y. 2 kartus per kiekvieną laikotarpį. Staigiai sumažėja lanko kolonėlės skersmuo, temperatūra ir dujų jonizacija. Tam tikru momentu srovė pasiekia nulį ir lanko iškrova sustoja. Tačiau grandinė dar nenutrūko.

Po nulinės srovės dujų tarpelyje, kuris dar kiek jonizuotas, dejonizacijos procesas tęsiasi, t.y. jo transformavimo iš laidininko į dielektriką procesas, o elektros grandinėje prasideda įtampos jungiklių kontaktuose atstatymas iš santykinai mažos lanko įtampos į tinklo įtampą. Šie procesai yra tarpusavyje susiję. Lanko tarpo sąveikos su elektros grandine rezultatas priklauso nuo į tarpą tiekiamos energijos ir joje esančių energijos nuostolių, kurie priklauso nuo jungiklio lanko gesinimo įtaiso, santykio.

Jei energijos nuostoliai vyrauja per visą pereinamąjį procesą, lankas nepasikartos ir grandinė bus nutraukta. Priešingu atveju lankas vėl kils ir srovė tekės dar pusę laikotarpio, o po to sąveikos procesas kartosis. Jungiklio funkcija yra ne tiek „užgesinti“ lanką, kiek atmesti jo pakartotinio užsidegimo galimybę, efektyviai dejonizuojant tarpą įvairiomis dirbtinėmis priemonėmis. Tam išnaudojama išskirtinė dujų savybė – greitai, per kelias mikrosekundes, iš laidininko virsta dielektriku, galinčiu atlaikyti atkuriančią tinklo įtampą.

Norint suprasti jungiklių konstrukciją ir veikimą, būtina susipažinti su fiziniais procesais lanko tarpelyje išjungimo proceso metu. Šiame straipsnyje aptariami lanko gesinimo būdai oro ir alyvos grandinės pertraukikliuose.

Fizikiniai procesai jungiklio lanko tarpelyje esant aukštam slėgiui

Elektros lankas, o tiksliau lankinis išlydis, vadinamas nepriklausomu išlydžiu dujose, t.y. iškrova, atsirandanti be išorinio jonizatoriaus, pasižyminti dideliu srovės tankiu ir santykinai nedideliu įtampos kritimu katode. Žemiau nagrinėjame aukšto slėgio lanką, t.y. lanko išlydis esant atmosferiniam ir aukštesniam slėgiui.

Išskiriamos šios lanko iškrovos sritys:

• katodo įtampos kritimo plotas;
• plotas šalia anodo;
• lanko stulpas.

Katodo įtampos kritimo sritis yra plonas dujų sluoksnis katodo paviršiuje. Įtampos kritimas šiame sluoksnyje yra 20-50 V, o elektrinio lauko stipris siekia 10 5 10 6 V/cm. Energija, tiekiama iš tinklo į šią sritį, naudojama elektronams išlaisvinti nuo katodo paviršiaus.

Elektronų išlaisvinimo mechanizmas gali būti dvejopas:

• terminė emisija su ugniai atspariais ir ugniai atspariais elektrodais (volframas, anglis), kurių temperatūra gali siekti 6000 K ir aukštesnę
• lauko emisija, t.y. elektronų išmetimas iš katodo veikiant stipriam elektriniam laukui, kai katodas „šaltas“.

Srovės tankis prie katodo siekia 3000-10000 A/cm 5 . Srovė sutelkta mažoje ryškiai apšviestoje srityje, vadinamoje katodo tašku. Išlaisvinti elektronai per lanko stulpelį juda iki anodo.

Anode teigiami jonai pagreitėja link katodo. Elektronai patenka į anodą ir susidaro plonas sluoksnis neigiamas krūvis. Įtampos kritimas prie anodo yra 10-20 V.

Lanko stulpelyje vykstantys procesai kelia didžiausią susidomėjimą tiriant jungiklius, nes lankui gesinti naudojamas įvairus poveikis lanko kolonai. Pastaroji yra plazminė, t.y. jonizuotos dujos, kurių temperatūra yra labai aukšta ir kurių tūrio vienete yra vienodas elektronų ir teigiamų jonų kiekis.

Aukštą temperatūrą lanko stulpelyje sukuria ir palaiko elektronai ir jonai, kurie dalyvauja šiluminiame chaotiškame neutralių molekulių ir atomų judėjime, tačiau taip pat turi kryptingą judėjimą elektriniame lauke išilgai lanko ašies, nulemto dalelių krūvis. Šį judėjimą neleidžia neutralios dujos. Įvyksta dažni elektronų ir jonų susidūrimai su neutraliomis dalelėmis. Kadangi vidutinis laisvas elektronų kelias esant aukštam slėgiui yra mažas, energijos nuostoliai esant dideliam slėgiui elastiniai susidūrimai su molekulėmis ir atomais per susidūrimą yra mažas ir jo nepakanka dalelėms jonizuoti. Tačiau susidūrimų, kuriuos patiria elektronai, skaičius yra labai didelis. Dėl to elektronų energija šilumos pavidalu perduodama neutralioms dujoms.

Vidutinė „elektronų dujų“ energija negali žymiai viršyti neutralių dujų vidutinės energijos, nes papildoma energija, kurią elektronai ir jonai gauna nukreiptu judesiu palei pievos kolonos ašį, yra maža, palyginti su dujų šilumine energija. . Vadinasi, jonai, elektronai, taip pat neutralūs atomai ir molekulės yra šiluminėje pusiausvyroje. Šiuo atveju specifinę lanko kolonėlės jonizaciją visiškai lemia temperatūra, o pasikeitus vienam iš šių dydžių, neišvengiamai kinta ir kitas.

Kadangi esant dideliam dujų slėgiui atomų ir molekulių yra daug daugiau nei elektronų ir jų aukšta temperatūra yra beveik tokia pati, dauguma sužadintų ir jonizuotų atomų ir molekulių susidaro susidūrus neutralioms dalelėms, o ne susidūrus su elektronais. Taigi elektronai jonizuojasi ne tiesiogiai susidūrę su neutraliomis dalelėmis (kaip atsitinka vakuume), o netiesiogiai, padidindami dujų temperatūrą lanko stulpelyje. Šis jonizacijos mechanizmas vadinamas termine jonizacija. Šiluminei jonizacijai reikalingas energijos šaltinis yra elektrinis laukas.

Lanko stulpelyje yra energijos nuostoliai, kurie pastovioje būsenoje yra subalansuoti iš tinklo gaunama energija. Didžiąją dalį energijos iš lanko kolonėlės nuneša sužadinti ir jonizuoti atomai ir molekulės. Dėl įkrautų dalelių koncentracijų lanko stulpelyje ir aplinkinėje erdvėje skirtumo, taip pat temperatūrų skirtumo jonai difunduoja į lanko kolonėlės paviršių, kur yra neutralizuojami. Šiuos nuostolius turi kompensuoti naujų jonų ir elektronų susidarymas, susijęs su energijos sąnaudomis. Pastovioje būsenoje įtampos gradientas lanko stulpelyje visada yra toks, kad vykstanti jonizacija kompensuoja elektronų praradimą per rekombinaciją. Įtampos gradientas priklauso nuo dujų savybių, būsenos, kurioje jos yra (tyli, turbulentinė), taip pat nuo slėgio ir srovės. Didėjant dujų slėgiui, įtampos gradientas didėja dėl laisvo elektronų kelio sumažėjimo. Didėjant srovei, įtampos gradientas mažėja, o tai paaiškinama lanko kolonėlės skerspjūvio ploto ir temperatūros padidėjimu. Lanko stulpelis yra linkęs įgauti tokį skerspjūvį, kad nagrinėjamomis sąlygomis energijos nuostoliai yra minimalūs.

Įtampos gradiento E = dU/dl lanko stulpelyje priklausomybė nuo srovės, kai pastaroji kinta labai lėtai, yra statinė lanko charakteristika (1 pav., a), priklausanti nuo dujų slėgio ir savybių. .

1 pav. Lanko srovės įtampos charakteristikos:
a - statinė charakteristika;
b – dinaminės charakteristikos

Pastovioje būsenoje kiekvienas charakteristikos taškas atitinka tam tikrą lanko stulpelio skerspjūvį ir temperatūrą. Keičiantis srovei, lanko kolonėlė turi keisti savo skerspjūvį ir temperatūrą, atsižvelgiant į naujas sąlygas. Šie procesai užtrunka, todėl nauja pastovi būsena atsiranda ne iš karto, o su tam tikru vėlavimu. Šis reiškinys vadinamas histereze.

Tarkime, kad srovė staiga pasikeičia iš reikšmės I 1 (taškas 1) į reikšmę I 2 (taškas 2). Pirmuoju momentu lankas išlaikys savo skerspjūvį ir temperatūrą, o gradientas sumažės (taškas 2"). Tiekiama galia bus mažesnė nei reikalinga srovei I 2. Todėl skerspjūvis ir temperatūra pradės mažėti, o gradientas didės tol, kol statinės charakteristikos taške 2 atsiras nauja pastovi būsena. Staigiai padidėjus srovei nuo reikšmės I 1 iki vertės I 3, įtampos gradientas padidės (taškas 3"). Į lanką tiekiama galia bus didesnė nei reikalinga srovei I 3 vesti. Todėl kolonėlės skerspjūvis ir temperatūra pradės didėti, o įtampos gradientas mažės, kol statinės charakteristikos 3 taške atsiras nauja pastovi būsena.

Kai srovė sklandžiai keičiasi tam tikru greičiu, įtampos gradientas neturi laiko sekti srovės pokyčio pagal statinę charakteristiką. Didėjant srovei, įtampos gradientas viršija statinės charakteristikos nustatytas vertes, o srovei mažėjant, įtampos gradientas yra mažesnis už šias reikšmes. Kreivės E=f(I), kai srovė kinta tam tikru greičiu, parodo lanko dinamines charakteristikas (ištisinės linijos 1 pav., b).

Šių charakteristikų padėtis statinės charakteristikos atžvilgiu (žr. punktyrinę kreivę) priklauso nuo srovės kitimo greičio. Kuo lėčiau vyksta srovės pokytis, tuo dinaminė charakteristika artimesnė statinei. Esant tam tikroms lanko sąlygoms, gali būti tik viena statinė charakteristika. Dinaminių charakteristikų skaičius neribojamas.

Analizuojant elektros grandines, įprasta operuoti varžos sąvoka. Todėl jie taip pat kalba apie lanko varžą, ty įtampos prie elektrodų ir srovės santykį. Lanko varža nėra pastovi. Tai priklauso nuo srovės ir daugelio kitų veiksnių. Didėjant srovei, lanko varža mažėja.

2 pav. Lanko įtampa esant kintamajai srovei:
a – lanko įtampa kaip srovės funkcija;
6 - lanko įtampa kaip laiko funkcija

Kintamosios srovės lanko srovės-įtampos charakteristika parodyta 2 pav., a. Ketvirčio laikotarpiu, kai srovė didėja, įtampos kreivė yra virš statinės charakteristikos. Kitą laikotarpio ketvirtį, kai srovė mažėja, įtampos kreivė yra žemiau statinės charakteristikos.

Lankas užsidega taškuose 1 ir 3, o užgęsta 2 ir 4 taškuose. 2,b paveiksle parodytos lanko charakteristikos kaip laiko funkcija. Intervalai 2-3 ir 4-1 atitinka nestabilią būseną, kurioje vyksta intensyvi lanko sąveika su grandinės konstantomis R, L ir C. Šie trumpi laiko intervalai, trunkantys kelias mikrosekundes, naudojami intensyviai dejonizuoti tarpą. tarp jungiklio kontaktų, kad būtų išvengta naujo lanko užsidegimo. Priklausomai nuo sąlygų, sąveikos procesas gali baigtis dviem būdais: arba lankas užges ir grandinė nutrūks, arba lankas vėl kils ir sąveikos procesas pasikartos po pusės laikotarpio palankesnėmis sąlygomis.

Lanko užgesimas oro grandinės pertraukikliuose

Oro grandinės pertraukikliuose lankas užgęsta aukšto slėgio oro srove. Jungiklis gesinimo įtaisas (3a pav.) yra kamera, kurioje yra du purkštukai, kurie vienu metu atlieka kontaktų funkciją. Purkštukų išmetimo pusės yra sujungtos su žemo slėgio zona. Atskyrus kontaktus, dėl slėgio skirtumo susidaro oro srautas, nukreipiamas į purkštukus simetriškai į abi puses.

3 pav. Oro grandinės pertraukiklio lankinis įtaisas su dviejų krypčių pūtimu:
a - diagrama;
b - slėgio pasiskirstymas išilgai ašies

3b paveiksle parodytas slėgio pasiskirstymas išilgai ašies. Tarpo tarp purkštukų viduryje yra srauto stagnacijos taškas, kurio slėgis rodomas p o .

Abiejose šio taško pusėse slėgis mažėja ir pasiekia maždaug pusę p o ties purkštukų kakleliais. Už gerklų slėgis toliau krenta iki išmetimo slėgio.

Lanko gesinimo procesas vyksta taip. Tarp atidaromų kontaktų susidaro lankas, kuris, veikiamas oro srautas greitai juda išilgai ašies. Tokiu atveju lanko atramos dėmės juda purkštukų viduje išilgai srauto, kaip parodyta 3 pav. Lankas tarp purkštukų yra cilindro formos.

4 pav. Temperatūros pasiskirstymas skersine kryptimi srityje tarp purkštukų:
a - lankas;
c - terminis ribinis sluoksnis

Temperatūros pasiskirstymas skersine kryptimi parodytas 4 pav. Lanko zonoje a ji yra maždaug 20 000 K ir smarkiai krenta link šiluminio ribinio sluoksnio b, susidariusio šalia lanko. Čia temperatūra svyruoja nuo 2000 K iki šalto oro temperatūros. Srovei artėjant prie nulio, lanko cilindrinės dalies skersmuo sparčiai mažėja. Kai srovė lygi nuliui, ji mažesnė nei 1 mm. Tačiau temperatūra šioje lanko dalyje vis dar labai aukšta (15000 K).

Svarbiausias veiksnys, prisidedantis prie lanko išnykimo, yra turbulencija ribiniame sluoksnyje tarp lanko ir jį supančio santykinai šalto oro. Dėl aukštos lanko temperatūros dujų tankis kolonoje yra maždaug 20 kartų mažesnis nei in aplinką. Todėl dujų greitis lanko stulpelio viduje yra žymiai didesnis nei greitis gretimuose sluoksniuose (greitis yra atvirkščiai proporcingas tankio kvadratinei šakniai). Dėl dalelių difuzijos iš regiono su didelis greitisį regioną su mažu greičiu ir atgal į ribinį sluoksnį, atsiranda didelės šlyties jėgos, susidaro sūkuriai ir visas tūris įgauna didelę turbulenciją. Į lanko kolonėlę įleidžiamos santykinai šaltos nejonizuotos dujos, dėl to kolonėlė praranda savo homogeniškumą. Jis suskyla į tūkstančius geriausių laidžių siūlų, nuolat keisdamas savo formą ir padėtį (5 pav.).

5 pav. Turbulencijos įtaka lanko kolonai, artimai nuliui (schema)

Jie pasižymi aukšta temperatūra ir aukšta specifine jonizacija ir yra apsupti šaltų, silpnai jonizuotų dujų. Yra žinoma, kad difuzijos greitis iš cilindrinio tūrio yra atvirkščiai proporcingas skersmens kvadratui. Kuo plonesni jonizuoti siūlai, tuo greičiau vyksta dalelių mainai su supančia šaltesne ir mažiau jonizuota aplinka. Turbulencija daug kartų padidina difuziją. Ypač ryškiai tai pasireiškia purkštukų gerklėje, kur plazmos greitis maksimalus – 6000 m/s. Įjungus nulinę srovę, trumpą laiką, matuojant mikrosekundėmis, laidus kanalas suyra ir tolimesnį temperatūros sumažėjimą lemia šiluminis ribinis sluoksnis, kurio atšalimas vyksta daug lėčiau.

6 pav. Ekvivalentinė diagrama, paaiškinanti lanko varžos ir talpos įtaką

7 pav. Lanko sąveika su elektros grandine

Lanko varža ir talpa, sujungta lygiagrečiai lanko tarpui, turi didelę įtaką išjungimo procesui (6 pav.). Jei nepaisysime lanko varžos, srovė i 0 =I m sinɷt beveik tiesiškai artėja prie nulio (7 pav.). Tačiau lanko varža nėra lygi nuliui. Todėl srovė i B jungiklio lanko tarpelyje mažėja:

(1)

kur t 0 yra kontakto atsidarymo momentas.

Kaip matyti iš paveikslo, lanko įtampa keičiasi pagal srovės įtampos charakteristiką. Srovės mažėjimo greitis gerokai sumažėja per paskutines 5...10 μs, kol pasiekia nulį. Šis laikas yra mažas, bet kelis kartus didesnis už lanko laiko konstantą, todėl labai įtakoja lanko būseną esant nulinei srovei (1 taškas). Lankas lengvai užgęsta. Lanko varža taip pat keičia PVM kreivę. Įtampos atkūrimo procesas prasideda 1 taške; įtampa pasiekia didžiausią taške 2, kai i L =i C =0.

Galimo terminio gedimo stadija

Jei dujų temperatūra tarpelyje nesumažės iki tam tikros kritinės vertės, nustatytos dujų savybėmis ir slėgiu, tarpas išsaugos laidumą po nulinės srovės (1 taškas), o veikiant PVM liekamojo laidumo srovė. kilti (8 pav.).

8 pav. Uždelstas lanko išnykimas
sukeltas liekamosios laidumo srovės atsiradimo

Esant palankioms sąlygoms, jis yra mažas ir greitai išblunka (2 punktas). Tačiau jei aušinimo procesas nėra pakankamai intensyvus, liekamoji laidumo srovė didėja; Plazma vėl pašildoma, jonizacijos procesas atsinaujina ir vėl atsiranda lankas. Šis reiškinys vadinamas terminiu gedimu, nes elektrinis gedimas yra neįmanomas, nes tarpas yra jonizuotas ir dar neįgijo elektrinio stiprumo.

Ar toks gedimas įvyks, ar ne, priklauso nuo dviejų tarpusavyje susijusių procesų, vykstančių tarpelyje, baigties, vieną iš kurių lemia tiekiamos galios laiko integralas (srovės ir įtampos sandauga per tarpą), o antrasis – šilumos laidumo ir konvekcijos sukeliamų nuostolių laiko integralas. Tai reiškia, kad sąveikos procesas tęsis tol, kol išnyks srovė arba vėl atsiras lankas. Šiluminio gedimo reiškinys būdingas pirmąsias 20 μs po nulinės srovės tokiomis sąlygomis, kai įtampos atkūrimo greitis yra didelis, pavyzdžiui, esant nepašalintam trumpiesiems jungimams.

Galimo elektros gedimo etapas

Jei šiluminis gedimas neįvyksta, tarpkontaktinis tarpas ir toliau yra veikiamas PVM. Lanko kanalo temperatūra yra dar aukštesnė ir tankis mažesnis. Praėjus keliems šimtams mikrosekundžių po nulinės srovės, kai PVM pasiekia maksimalią vertę, prasideda galimo elektros gedimo etapas. Jis pagrįstas ne energijos balansu, o elektronų susidarymo elektriniame lauke procesu. Elektronų koncentracijos padidėjimui viršijus tam tikrą kritinę reikšmę, susiformuos kibirkštis, kuri virs lankiniu išlydžiu.

Lanko užgesimas alyvos grandinės pertraukikliuose

Alyvos jungikliuose kontaktai atsidaro alyvoje, tačiau dėl aukštos tarp kontaktų susidarančio lanko temperatūros alyva suyra ir lanko iškrova atsiranda dujinėje aplinkoje. Maždaug pusė šių dujų (pagal tūrį) yra naftos garai. Likusią dalį sudaro vandenilis (70%) ir įvairios sudėties angliavandeniliai. Šios dujos yra degios, tačiau degti aliejuje neįmanoma dėl deguonies trūkumo. Lanko suskaidomos alyvos kiekis nedidelis, tačiau išsiskiriančių dujų kiekis didelis. Vienas gramas aliejaus suteikia maždaug 1500 cm 3 dujų, sumažintų iki kambario temperatūros ir atmosferos slėgio.

Lanko gesinimas alyvos jungikliuose efektyviausiai vyksta naudojant gesinimo kameras, kurios riboja lanko zoną, prisideda prie slėgio padidėjimo šioje zonoje ir dujų sprogimo per lanko kolonėlę susidarymo. 9 paveiksle parodyta paprasčiausios gesinimo kameros schema.

9 pav. Paprasčiausios alyvos jungiklio gesinimo kameros schema

Išjungimo proceso metu kontaktinis strypas 1 juda žemyn. Tarp 1 ir 2 kaiščių susidaro lankas. Susidaro intensyvus dujų susidarymas, o slėgis kameroje greitai didėja. Alyvos paviršiuje susidariusios palyginti šaltos dujos susimaišo su lanko plazma. Ribinis sluoksnis pereina į turbulentinę būseną, skatindamas dejonizaciją. Tačiau lankas negali užgesti, kol atstumas tarp kontaktų nepasieks tam tikros minimalios vertės, kurią nustato atkūrimo įtampa. Šis minimalus tarpas susidaro, kai judantis kontaktas vis dar yra kameroje. Kai strypas išeina iš kameros, dujos išmetamos su jėga. Įvyksta dujų sprogimas, nukreiptas išilgai ašies, padedantis užgesinti lanką.

Užgesinus lanką, kontaktinis strypas toliau juda, kad užtikrintų reikiamą izoliacijos atstumą išjungtoje padėtyje.

Alyvos grandinės pertraukiklio lanko įtampa bent jau 3 kartus daugiau nei oro grandinės pertraukiklis. Tarpo elektrinis stiprumas atstatomas greičiau (maždaug 2 kV/µs greičiu). Todėl esant tokiai pačiai trumpojo jungimo srovei, alyvos grandinės pertraukiklio lanko gesinimo įtaisas gali būti suprojektuotas dvigubai didesnei įtampai ir dvigubai didesnei būdingai varžai nei oro srauto įtaisas.

Oro ir alyvos grandinės pertraukiklių charakteristikos

Oro automatiniuose jungikliuose pūtimas lanko tarpelyje sukuriamas iš išorinio energijos šaltinio ir nepriklauso nuo perjungiamos srovės. Po nulinės srovės atkūrimo įtampa įvedama į trumpą tarpą, užpildytą karštomis jonizuotomis dujomis. Tarpo elektrinio stiprumo atstatymo greitis nustatomas aušinant dujas ir pašalinant jas iš tarpo srautu grynas oras. Tai užtrunka, todėl tarpo elektrinio stiprumo atkūrimo procesas vėluoja.

10 pav. Atkuriamo elektrinio stiprumo charakteristikos
oro grandinės pertraukiklio lanko tarpas

10 paveiksle parodytos tipinės oro grandinės pertraukiklio lanko tarpo atsigaunančio elektrinio stiprumo kreivės. Jie yra S formos. Šiuo atveju pagrindinis tarpo elektrinio stiprumo atkūrimo proceso etapas vyksta ne didesniu kaip 1-2 kV/μs greičiu ir prasideda 10-15 μs po nulinės srovės vertės. Didėjant perjungimo srovei, delsimas didėja, o elektros stiprumo atkūrimo greitis mažėja. Apatinė punktyrinė kreivė atitinka nepatenkinamo jungiklio veikimo atvejį, nes tarpo elektrinio stiprumo atkūrimo procesas yra per lėtas. Oro grandinės pertraukiklio vardinę pertraukimo srovę riboja atkuriama tarpo dielektrinė stipris.

Alyvos jungikliuose pati lanko energija naudojama dujų sprogimui sukurti. Slėgis gesinimo kameroje ir pūtimo jėga iš pradžių yra proporcingi išjungiamai srovei. Kuo pastaroji didesnė, tuo efektyvesnė tarpo dejonizacija ir greičiau atstatomas jo elektrinis stiprumas. Tačiau didėjant srovei, didėja mechaniniai įtempimai slopinimo kameros dalyse. Todėl vardinę trūkimo srovę riboja mechaninis gesinimo kameros stiprumas.

Būdingos oro ir alyvos grandinės pertraukiklių savybės atsiranda išjungus asimetrinę trumpojo jungimo srovę. Kaip žinoma, didelės spartos jungikliai, esant atitinkamai relinei apsaugai, atidaro savo kontaktus, kai perjungiamos srovės periodinė dedamoji dar nespėjo užgesti. Todėl šie jungikliai turi gebėti išjungti tiek simetrinę, tiek asimetrinę srovę, t.y. srovė, nepaslinkusi arba pasislinkusi laiko ašies atžvilgiu, priklausomai nuo sąlygų. Srovės asimetrija β (santykinis periodinio komponento kiekis trumpojo jungimo srovėje) apibrėžiamas kaip periodinio komponento ir trumpojo jungimo srovės periodinio komponento amplitudės santykis jungiklio kontaktų atidarymo momentu τ.

(2)

Atjungtos srovės asimetrija priklauso nuo grandinės laiko konstantos T a =Х/(ɷR), taip pat nuo τ - jungiklio kontaktų atsidarymo laiko, atsižvelgiant į relinės apsaugos reakcijos laiką. Kuo ilgesnė laiko konstanta ir kuo greičiau atsidaro jungiklio kontaktai, tuo didesnė įjungiamos srovės asimetrija. Generatoriai, transformatoriai ir reaktoriai turi didžiausią laiko konstantą. Todėl didžiausios asimetrijos reikėtų tikėtis trumpiesiems jungimams prie generatorių ir stoties šynų. Skaičiavimai rodo, kad galingų stočių pagrindinėse skirstyklose įrengtų greitųjų jungiklių išjungiamos srovės asimetrija gali siekti 80 proc. Mažesnio greičio jungikliai tomis pačiomis sąlygomis gali susidurti su 40–50% asimetrija. Įdiegti jungikliai paskirstymo tinklai, atsiranda su asimetrija, neviršijančia 20%.

Jei įjungiamoje srovėje yra periodinis komponentas:

• efektyvi srovės vertė didėja;
• laiko intervalai tarp momentų, kai srovė pasiekia nulį, tampa nelygūs: jie pakaitomis yra daugiau ar mažiau nei pusė ciklo;
• srovės di/dt kitimo greitis artėjant prie nulio mažėja;
• sumažinama grįžtamoji įtampa jungiklio poliuje.

Padidėjus efektyviajai srovės vertei ir pasikeitus laiko intervalams tarp nulinių srovės reikšmių, nepalankiomis sąlygomis gali žymiai padidėti išleista energija, palyginti su energija, išsiskiriančia nesant periodinio srovės komponento. Lankoje išsiskirianti energija lemia dujų jonizaciją tarpelyje, o alyvos jungikliuose taip pat susidarančių dujų kiekį ir slėgį kameroje, todėl mechaninis įtempis jungiklio elementuose, kontakto lydymosi laipsnis. ir kt.

Sumažinus srovės kitimo greitį, kai jis artėja prie nulio, sumažėja tarpo jonizacija iki to laiko, kai užges lankas, o tai palengvina išjungimo procesą.

Sumažinus grįžtamąją įtampą taip pat palengvinamas išjungimo procesas.

11 pav. Grįžtamoji įtampa išjungus srovę yra nesubalansuota

Kaip matyti iš 11 pav., periodinė trumpojo jungimo srovės dedamoji i p pasislenka tinklo įtampos atžvilgiu kampu φ, artimu π/2. Jei uždarymo fazė α=φ, tai aperiodinės srovės dedamosios nėra, momentas, kai srovė pasiekia nulį, o lankas užgęsta, yra artimas maksimalios įtampos momentui. Grįžtamoji įtampa nustatoma pagal ordinatę ab. Kai grandinė uždaroma bet kuriuo kitu metu, išjungiamoje srovėje atsiranda periodinis komponentas ir, kai srovė pasiekia nulį, pasislenka. Nagrinėjamu atveju, esant α = 27°, grįžtamoji įtampa po didelės srovės pusės bangos nustatoma pagal ordinatę a"b", o po mažosios pusbangos - pagal ordinatę a"b" ( sudarant kreives laikomos periodinės ir aperiodinės srovės dedamosios sąlyginai neslopintos).

Iš aukščiau pateiktos analizės matyti, kad išjungtoje srovėje esant periodiniam komponentui, atsiranda nemažai naujų veiksnių, turinčių įtakos išjungimo procesui, kai kurie iš jų šį procesą apsunkina, o kiti palengvina.

Galutinis periodinio komponento poveikis priklauso nuo jungiklio savybių.

Alyvos grandinės pertraukikliai, kurių pertraukimo galią riboja mechaninis gesinimo kameros stiprumas, išjungiant didelę srovę turi nemažą rezervą atkuriant lanko tarpo elektrinį stiprumą. Išjungtos srovės efektyvios vertės padidėjimas, atsirandantis dėl periodinio komponento, padidina išjungimo sunkumą, nes didėja lanke išsiskirianti energija ir palengvinantys veiksniai, atsirandantys dėl trumpojo jungimo periodinio komponento. -grandinės srovės (srovės, artėjančios prie nulio, greičio sumažėjimas ir grįžtamosios įtampos sumažėjimas) nenaudoja alyvos grandinės pertraukikliai. Teigiama, kad tokie jungikliai yra jautrūs srovei, nes lanke išsiskiriančią energiją daugiausia lemia srovė.

Oro grandinės pertraukikliai, kurių pertraukimo galią riboja tarpo elektrinis stiprumas, naudoja palengvinančius veiksnius, kuriuos įveda periodinė srovės dedamoji (sumažina srovės ir grįžtamosios įtampos mažėjimo greitį). Periodinio komponento sukeltas išjungtos srovės efektyvios vertės padidėjimas nepadidina išjungimo sunkumo, nes įvedami sunkesni ir lengvesni veiksniai yra kompensuojami. Apie tokius jungiklius įprasta sakyti, kad jie jautrūs įtampai.

Renkantis automatinį jungiklį pagal jo pertraukimo galią, reikia atsižvelgti į įjungiamos trumpojo jungimo srovės asimetriją. Tačiau normalizuotos (nominalios) asimetrijos vertės β nom yra nustatytos vienodos tiek alyvos, tiek oro grandinės pertraukikliams.



Straipsnyje sužinosite, kas yra elektros lankas, blyksnis, kaip jis atsiranda, jo atsiradimo istoriją, taip pat pavojų, kas nutinka elektros lanko metu ir kaip apsisaugoti.

Elektros sauga yra itin svarbi norint išlaikyti bet kokį efektyvų ir produktyvų įrenginį, o viena didžiausių grėsmių darbuotojų saugai elektros lankas ir lanko blykstė. Mes rekomenduojame jums šį straipsnį.

Elektros gaisrai sukelia katastrofiškų nuostolių, o pramoninėse patalpose juos dažnai sukelia vienokio ar kitokio tipo elektros lankai. Nors kai kurių tipų elektros lankų sunku nepastebėti, „lanko blyksnis yra garsus ir jį lydi didelis, ryškus sprogimas“, kai kurie elektros lankai, pavyzdžiui, lanko blyksnis, yra subtilesni, bet gali būti tokie pat žalingi. Lanko gedimai yra dažna elektros gaisrų gyvenamuosiuose ir komerciniuose pastatuose priežastis.

Paprasčiau tariant, elektros lankas yra elektros, kuris tyčia arba netyčia išleidžiamas per tarpą tarp dviejų elektrodų per dujas, garus ar orą ir sukuria santykinai žemą įtampą laidininkams. Šio lanko skleidžiama šiluma ir šviesa paprastai yra intensyvūs ir gali būti naudojami specialioms reikmėms, pavyzdžiui, lankiniam suvirinimui ar apšvietimui. Netyčiniai lankai gali turėti niokojančių pasekmių, tokių kaip gaisrai, elektros pavojai ir turto sugadinimas.

Elektros lankas

Elektros lanko atsiradimo istorija

1801 metais britų chemikas ir išradėjas seras Humphry Davy savo draugams Karališkojoje Londono draugijoje pademonstravo elektros lanką ir pasiūlė pavadinimą – elektros lankas. Šie elektros lankai atrodo kaip nelygūs žaibo smūgiai. Po šios demonstracijos sekė tolesni elektros lanko tyrimai, kuriuos 1802 m. parodė rusų mokslininkas Vasilijus Petrovas. Tolesnė ankstyvųjų elektros lanko tyrimų pažanga paskatino pramonėje pirmaujančius išradimus, tokius kaip lankinis suvirinimas.

Palyginti su kibirkštimi, kuri atsiranda tik akimirksniu, lankas yra nuolatinė elektros srovė, kuri generuoja tiek daug šilumos iš krūvį nešiojančių jonų ar elektronų, kad gali išgaruoti arba išlydyti bet ką lanko diapazone. Lankas gali būti palaikomas nuolatinės arba kintamosios srovės elektros grandinėse ir turi turėti tam tikrą pasipriešinimą, kad padidėjusi srovė neliktų nekontroliuojama ir visiškai nesunaikintų tikrojo grandinės šaltinio, sunaudojant šilumos ir energijos.

Praktinis naudojimas

Tinkamai naudojant, elektros lankai gali būti naudingi. Tiesą sakant, kiekvienas iš mūsų atlieka daugybę kasdienių užduočių dėl riboto elektros lanko naudojimo.

Elektros lankai naudojami:

• fotoaparato blykstės
• prožektoriai scenos apšvietimui
• fluorescencinis apšvietimas
• lankinio suvirinimo
• lankinės krosnys (plieno ir medžiagų, tokių kaip kalcio karbidas, gamybai)
• plazminiai pjaustytuvai (kuriuose suspaustas oras sujungiamas su galingu lanku ir paverčiamas plazma, turinčia galimybę akimirksniu pjaustyti plieną).

Elektros lanko pavojus

Elektros lankai taip pat gali būti labai pavojingi, jei jie nėra naudojami tyčia. Situacijos, kai elektros lankas sukuriamas nekontroliuojamoje aplinkoje, pavyzdžiui, žaibuojant lankui, gali sukelti sužalojimą, mirtį, gaisrą, sugadinti įrangą ir prarasti turtą.

Siekdamos apsaugoti darbuotojus nuo elektros lankų, įmonės turėtų naudoti toliau nurodytus lanko blykstės gaminius, kad sumažintų elektros lankų atsiradimo tikimybę ir padarytų žalą.

Apsauginės pirštinės nuo lanko- Šios pirštinės skirtos apsaugoti rankas nuo elektros smūgio ir sumažinti sužalojimus įvykus elektrai.

Lanko blykstės apibrėžimas

Lanko blykstės apibrėžimas yra nepageidaujama elektros iškrova, kuri oru keliauja tarp laidininkų arba nuo laidininko iki žemės. Lanko blykstė yra lankinio išlydžio dalis, kuri yra elektros sprogimo, kurį sukelia mažos varžos jungtis, kuri praeina per orą į žemę, pavyzdys.

Kai įvyksta lanko blyksnis, jis sukuria labai ryškią šviesą ir intensyvų šilumą. Be to, jis gali sukurti lanką, kuris gali sukelti trauminę jėgą, kuri gali rimtai sužaloti ką nors vietoje arba sugadinti ką nors šalia.

Kas nutinka lanko blyksnio metu?

Lanko blyksnis prasideda, kai elektra palieka numatytą kelią ir oru pradeda judėti link įžemintos zonos. Kai tai atsitiks, jis jonizuoja orą, o tai dar labiau sumažina bendrą pasipriešinimą lanko kelyje. Tai padeda pritraukti papildomos elektros energijos.

Lankas judės taip, kad rastų artimiausią atstumą iki žemės. Tikslus atstumas, kurį gali nukeliauti lanko blyksnis, vadinamas lanko blykstės riba. Tai nustatoma potencinė energija ir daugelis kitų veiksnių, tokių kaip oro temperatūra ir drėgmė.

Kai stengiamasi pagerinti lanko blykstės saugą, įrenginys dažnai pažymės lanko blykstės ribą naudodamas lipni juosta už grindis. Visi dirbantys šioje srityje turės dėvėti asmenines apsaugos priemones (AAP).

Lanko blykstės potencialo temperatūra

Vienas didžiausių pavojų, susijusių su lanko blykste, yra itin aukšta temperatūra, kurią ji gali sukurti. Priklausomai nuo situacijos, jie gali pasiekti aukštą 35 000 laipsnių Farenheito arba 19 426 667 laipsnių Celsijaus temperatūrą. Tai viena aukščiausių temperatūrų pasaulyje, maždaug 4 kartus aukštesnė už Saulės paviršių.

Net jei tikroji elektra žmogaus nepalies, jo kūnas patirs didžiulę žalą, jei jis bus šalia. Be tiesioginių nudegimų, ši temperatūra gali kažką uždegti šioje srityje.

Kaip atrodo lanko blykstė?

Šiame vaizdo įraše parodyta, koks greitas ir sprogus gali būti lankinis blyksnis. Šiame vaizdo įraše parodyta valdoma lanko blykstė su „bandomuoju manekenu“:

Kiek laiko trunka lanko blyksnis?

Lanko blyksnis gali trukti nuo sekundės dalies iki kelių sekundžių, priklausomai nuo daugelio veiksnių. Dauguma lanko blyksnių netrunka labai ilgai, nes elektros šaltinį greitai atjungia grandinės pertraukikliai ar kita saugos įranga.

Labiausiai modernios sistemosŠiuo metu naudojami prietaisai, vadinami lanko šalintuvais, kurie aptinka ir užgesina lanką vos per kelias milisekundes.

Tačiau jei sistema neturi tam tikros rūšies apsaugos, lanko blyksnis tęsis tol, kol elektros srovė fiziškai sustos. Taip gali nutikti, kai darbuotojas fiziškai nutraukia elektrą tam tikroje srityje arba kai lanko blykstės padaryta žala tampa pakankamai didelė, kad kažkaip sustabdytų elektros srautą.

Žiūrėti į tikras pavyzdys lanko blykstė, kuri tęsiasi ilgą laiką kitame vaizdo įraše. Laimei, vaizdo įraše užfiksuoti žmonės dėvėjo asmenines apsaugos priemones ir nebuvo sužaloti. Galingas sprogimas, didelis triukšmas, ryški šviesa ir ekstremalios temperatūros yra labai pavojingi.

Lanko blykstės žalos potencialas

Dėl aukštų temperatūrų, intensyvių sprogimų ir kitų lanko blyksnio padarinių lanko blyksniai gali labai greitai padaryti daug žalos. Supratimas įvairių tipų galinti atsirasti žala gali padėti įmonėms planuoti savo įsipareigojimus dėl saugos.

Galima žala turtui

• Šiltas- Lankinio blyksnio šiluma gali lengvai ištirpdyti metalą, o tai gali sugadinti brangias mašinas ir kitą įrangą.
• Ugnis- Šių blyksnių skleidžiama šiluma gali greitai sukelti gaisrą, kuris gali išplisti per įrenginį, jei jis nebus kontroliuojamas.
• Sprogimai- Lanko blykstė, kuri gali atsirasti dėl lanko blykstės, gali išdaužti langus, suskaldyti medieną, sulenkti metalą ir kt. Viskas, kas saugoma lanko sprogimo spinduliu, gali būti sugadinta arba sunaikinta per kelias sekundes.

Galimas kūno sužalojimas dėl lanko blykstės

• Nudegimai- Antrojo ir trečiojo laipsnio nudegimai gali atsirasti per sekundės dalį, kai kas nors yra šalia lanko blyksnio.
• Elektros šokas- jei pro žmogų praeis lanko blyksnis, jis gaus smūgį, kaip elektros kėdėje. Priklausomai nuo srovės stiprumo, šis smūgis gali būti mirtinas.
• Klausos pažeidimas- Lankiniai blyksniai gali skleisti labai garsius garsus, kurie gali negrįžtamai pakenkti klausai.
• Žala regėjimui— Lankiniai blyksniai gali būti labai ryškūs, todėl gali laikinai ar net ilgai pažeisti akis.
• Lanko sprogimo žala„Lanko sprogimas gali sukurti jėgą, kuri siekia tūkstančius svarų vienam metrui. Taip žmogus gali nugriauti kelis metrus. Taip pat gali lūžti kaulai, griūti plaučiai, sutrenkti ir kt.

Asmeninių apsaugos priemonių dėvėjimas gali užtikrinti didelį apsaugos laipsnį, tačiau negali pašalinti visų pavojų. Darbuotojams, kurie yra šalia, kai įvyksta lanko blyksnis, visada gresia pavojus, nepaisant to, kokias AAP jie dėvi.

Galimos lanko blyksnio priežastys

Lanko blyksniai gali atsirasti dėl įvairių priežasčių. Daugeliu atvejų pagrindinė priežastis bus sugadinta įranga, pvz., viela. Tai taip pat gali atsirasti dėl to, kad kažkas dirba su įranga, leidžiančia elektrai pabėgti iš kelio, prie kurio ji paprastai prijungta.

Net jei už laidų yra potencialus kelias, elektra seks mažiausio pasipriešinimo keliu. Štai kodėl lanko blyksnis nebūtinai įvyksta, kai tik kažkas sugenda arba atsiranda alternatyvus kelias. Vietoj to, elektra ir toliau eis numatytu keliu, kol atsiras kitas mažesnio pasipriešinimo variantas.

Štai keletas dalykų, kurie gali sukurti mažiau pasipriešinimo kelią ir sukelti lanko blyksnį:

• Dulkės- Dulkėse vietose per laidus ar kitą įrangą per dulkes gali prasidėti elektra.
• Numesti įrankiai- pavyzdžiui, jei įrankis nukrito ant vielos, jis gali jį sugadinti ir į įrankį tekėti elektra. Iš ten jis turi rasti kitą kelią tęsti judėjimą.
• Atsitiktinis prisilietimas– Jei žmogus paliečia pažeistą vietą, elektra gali pasklisti per jo kūną.
• Kondensatas- Susidarius kondensatui, iš laidų per vandenį gali išeiti elektra, tada susidarys lankas.
• Medžiagos gedimas- Jei laidas pažeistas tiek, kad kyla problemų dėl elektros pratekėjimo, kelias gali būti stabilesnis nei eiti už laido.
• Korozija— Korozija gali sukurti kelią už laido, o po to mirksėti lankas.
• Neteisingas montavimas— Jei įranga sumontuota netinkamai, elektrai gali būti sunku arba neįmanoma tekėti numatytu keliu, o tai gali sukelti lanko blyksnį.

Elektros lanko blyksnių prevencija

Pirmasis lanko blykstės saugos žingsnis yra įvykio rizikos sumažinimas. Tai galima padaryti atlikus elektros rizikos vertinimą, kuris gali padėti nustatyti, kur vietoje yra didžiausi pavojai. IEEE 1584 yra geras variantas daugumai objektų ir padės nustatyti įprastas problemas.

Reguliarus visos aukštos įtampos įrangos ir visų laidų patikrinimas yra dar vienas svarbus žingsnis. Pastebėjus korozijos, pažeistų laidų ar kitų nesklandumų požymių, juos reikia kuo greičiau sutaisyti. Tai padės saugiai išlaikyti elektros srovę mašinose ir laiduose.

Kai kurios konkrečios sritys, kurias reikėtų patikrinti, apima bet kokią elektros įrangą skirstomieji skydai, valdymo pultai, valdymo pultai, lizdų korpusai ir variklio valdymo centrai.

Tinkamas ženklinimas

Visos vietos, kuriose gali būti didelė elektros srovė, turėtų būti tinkamai pažymėtos įspėjamomis lanko etiketėmis. Juos galima įsigyti jau pagamintus arba pagal poreikį atspausdinti bet kokiu pramoniniu etikečių spausdintuvu. Nacionalinio elektros kodekso 110.16 straipsnyje aiškiai nurodyta, kad tokio tipo įranga turi būti paženklinta, kad įspėtų žmones apie pavojus.

Atliekant techninę priežiūrą, įrangos išjungimas

Kai mašinai reikia atlikti bet kokį darbą, ji turi būti visiškai išjungta. Automobilio išjungimas yra daugiau nei tiesiog jo išjungimas. Visos mašinos turi būti išjungtos ir fiziškai atjungtos nuo bet kokio maitinimo šaltinio. Atjungę taip pat turėtumėte patikrinti įtampą, kad įsitikintumėte, jog latentinė energija nesusikaupė.

Idealiu atveju turėtų būti taikoma blokavimo politika, kuri fiziškai užblokuotų maitinimo šaltinį, kad jo nebūtų galima netyčia vėl prijungti, kol kas nors dirba su įrenginiu.

Grandinės pertraukikliai

Jei įmanoma, visose mašinose turėtų būti sumontuoti grandinės pertraukikliai. Šie grandinės pertraukikliai greitai aptiks staigų galios padidėjimą ir nedelsdami sustabdys srautą. Net ir naudojant grandinės pertraukiklius, gali atsirasti lanko blyksnis, tačiau jis truks tik dalį laiko, nes nutrūksta elektros srovė.

Tačiau net ir labai trumpas lankinis blyksnis gali būti mirtinas, todėl grandinės pertraukikliai neturėtų būti laikomi pakankama lanko blykstės saugos programa.

Saugos standartai

Visos patalpos turi atitikti įvairius lankinio blykstės saugos standartus, kuriuos nustatė valstybinės ir privačios agentūros. Nustačius, kokių standartų turi būti laikomasi, galima užtikrinti, kad įrenginys atitiktų vietinius kodeksus ir taisykles, kartu užtikrinant įrenginio saugumą.

Toliau pateikiami dažniausiai naudojami elektros lanko blykstės saugos standartai:

• OSHA – OSHA turi keletą standartų, įskaitant 29 CFR dalis 1910 ir 1926. Šie standartai apima elektros energijos gamybos, perdavimo ir paskirstymo reikalavimus.
• Nacionalinė asociacija apsauga nuo ugnies(NFPA) – NFPA 70-2014 standartas, Nacionalinis elektros kodeksas (NEC) nurodo saugų elektros instaliacija ir praktika. NFPA 70E, Elektros saugos darbo vietoje standartas, išsamiai apibūdina įvairius įspėjimo etikečių reikalavimus, įskaitant įspėjamąsias etiketes dėl lanko blyksnių ir lanko sprogimų. Jame taip pat pateikiamos gairės, kaip darbo vietoje įdiegti geriausią praktiką, kad darbuotojai, dirbantys su aukštos įtampos įranga, būtų saugūs.
• Kanados standartų asociacija Z462 – tai labai panašu į NFPA 70E standartus, tačiau taikoma Kanados įmonėms.
• Underwriters Laboratories of Canada – šis standartų rinkinys skirtas bet kokiai situacijai, kai elektros energija gaminama, perduodama ar paskirstoma, ir apima saugos reikalavimus. Panašus į OSHA standartus, bet skirtas Kanadai.
• IEEE 1584 yra gairių rinkinys, skirtas tiksliai apskaičiuoti lanko pliūpsnio pavojų.