Что такое электрическая дуга и как она возникает

Явление электрической дуги

Электрическая дуга представляет собой электрический разряд в среде (воздух, вакуум, элегаз, трансформаторное масло) с большим током, низким напряжением, высокой температурой. Это явление как электрическое, так и тепловое.

Может возникать между двумя контактами при их размыкании.

Обратимся к ВАХ-диаграмме:

На данном графике у нас зависимость тока от напряжения, немного не в масштабе, но так нагляднее. Значит, есть три области:

• в первой области у нас высокое падение напряжения у катода и малые токи – это область тлеющего разряда
• во второй области у нас падение напряжения резко снижается, а ток продолжает увеличиваться – это переходная область между тлеющим и дуговым разрядом
• третья область характеризует дуговой разряд – малое падение напряжения и высокая плотность тока и следовательно высокая температура.

Механизм возникновения дуги может быть следующий: контакты размыкаются и между ними возникает разряд. В процессе размыкания воздух между контактами ионизируется, обретая свойства проводника, затем возникает дуга. Зажигание дуги – это процессы ионизации воздушного промежутка, гашение дуги – явления деионизации воздушного промежутка.

Явления ионизации и деионизации

В начале горения дуги преобладают процессы ионизации, когда дуга устойчива, то процессы ионизации и деионизации происходят одинаково часто, как-только процессы деионизации начинают преобладать над процессами ионизации – дуга гаснет.

ионизация:

• термоэлектронная эмиссия – электроны отрываются от раскаленной поверхности катодного пятна;
• автоэлектронная эмиссия – электроны вырываются с поверхности из-за высокой напряженности электрического поля.
• ионизация толчком – электрон вылетает с достаточной скоростью и в пути сталкивается с нейтральной частицей, в результате образуется электрон и ион.
• термическая ионизация – основной вид ионизации, поддерживает дугу после её зажигания. Температура дуги может достигать тысяч кельвинов, а в такой среде увеличивается число частиц и их скорости, что способствует активным процессам ионизации.

деионизация:

• рекомбинация – образование нейтральных частиц из противоположно заряженных при взаимодействии
• диффузия – положительно заряженные частицы отправляются “за борт”, из-за действия электрического поля дуги от середины к границе

Бывают ситуации, когда при размыкании контактов дуга не загорается, тогда говорят о безыскровом разрыве. Такое возможно при малых значениях тока и напряжения, или при отключении в момент, когда значение тока проходит через ноль.

Свойства дуги постоянного тока

Дуга может возникать как при постоянном токе-напряжении, так и при переменном. Начнем рассмотрение с постоянки:

Анодная и катодная области – размер=10-4см; суммарное падение напряжения=15-30В; напряженность=105-106В/см; в катодной области происходит процесс ударной ионизации из-за высокой напряженности, образовавшиеся в результате ионизации электроны и ионы образуют плазму дуги, которая обладает высокой проводимостью, данная область отвечает за разжигание дуги.

Ствол дуги – падение напряжения пропорционально длине дуги; плотность тока порядка 10кА на см2, за счет чего и температура порядка 6000К и выше. В данной области дуги происходят процессы термоионизации, данная область отвечает за поддержание горения.

ВАХ дугового разряда постоянного тока

Эта кривая соответствует кривой 3 на самом верхнем рисунке. Тут есть:

• Uз – напряжение зажигания
• Uг – напряжение гашения

Если ток уменьшить от Io до 0 мгновенно, то получится прямая, которая лежит снизу. Эти кривые характеризуют дуговой промежуток как проводник, показывают какое напряжение нужно приложить, чтобы создать в промежутке дугу.

Чтобы погасить дугу постоянного тока, необходимо, чтобы процессы деионизации преобладали над процессами ионизации.

Сопротивление дуги:

• можно определить из ВАХ дуги
• активное, независимо от рода тока
• переменная величина
• падает с ростом тока

Если разорвать цепь амперметра под нагрузкой, то тоже можно увидеть дугу – смотрите по ссылке.

Свойства дуги переменного тока

Особенностью дуги переменного тока является её поведение во времени. Если посмотреть на график ниже, то видно, что дуга каждый полупериод проходит через ноль.

Видно, что ток отстает от напряжения примерно на 90 градусов. Вначале появляется ток и резко повышается напряжение до величины зажигания (Uз). Далее ток продолжает расти, а падение напряжения снижается.

В точке максимального амплитудного значения тока, значение напряжения дуги минимальное. Далее ток стремится к нулю, а падение напряжения опять возрастает до значения гашения (Uг), которое соответствует моменту, когда ток переходит через ноль. Далее всё повторяется опять.

Слева от временной характеристики приведена вольт-амперная характеристика.

Особенностью переменной дуги, кроме её зажигания и гашения на протяжении полупериода, является то, как ток пересекает ноль. Это происходит не по форме синусоиды, а более резко.

Образуется бестоковая пауза, во время которой происходят знакомые нам процессы деионизации. То есть возрастает сопротивление дугового промежутка.

И чем больше возрастет сопротивление, тем сложнее будет дуге обратно зажечься.

Если дуге дать гореть достаточно долго, то уничтожению подлежат не только контакты, но и само электрооборудование. Условия для гашения дуги заложены на стадии проектирования, постоянно внедряются новые методы борьбы с этим вредным явлением в коммутационных аппаратах.

Но не всё так печально, потому что светлые умы нашли полезное применение дуговому разряду – использование в дуговой сварке, металлургии, осветительной технике, ртутных выпрямителях.

Источник: https://pomegerim.ru/electrobezopasnost/elektricheskaya-duga.php

Что такое электрическая дуга, ее характеристики и гашение при постоянном и переменном токе

При отключении цепи тока выключателем высокого напряжения его контакты расходятся, однако цепь тока не разрывается, так как между контактами возникает электрическая дуга, т. е. сильно ионизированный столб газа, ставшим проводящим под влиянием высокой температуры.

При малой отключающей мощности возникает лишь искра, при больших мощностях отключения возникает дуга, под действием которой контакты обгорают; требуются специальные устройства для ее гашения и размыкания цепи. Зависимость тока дуги от напряжения на ней носит название вольт-амперной характеристиками дуги.

Для дуги постоянного тока эта характеристика имеет падающий характер, что объясняется весьма быстрым ростом проводимости дугового промежутка при увеличении тока. При неизменном (поддерживаемом при определенном значении какими-либо внешними средствами) дуга постоянного тока устойчива.

Всякие температурные отклонения в стволе дуги немедленно компенсируются изменениями потребляемой мощности, и температура дуги возвращается к первоначальному значению.

По другому ведет себя дуга постоянного тока при неизменном напряжении. При повышении температуры в стволе дуги увеличивается его проводимость, возрастает ток и соответственно мощность.

Это приводит к дальнейшему повышению проводимости и температуры. Обратный процесс охлаждения дуги приводит в конечном счете к ее погасанию. Таким образом, дуга постоянного тока при неизменном напряжении неустойчива.

В дуге переменного тока, возникающей в выключателях переменного тока, ток изменяется периодически с частотой 50 Гц.

Дуга поэтому не является стационарной, а находится в состоянии динамического равновесия.

Максимальное значение напряжения на дуге, соответствующее моменту появления тока в дуге, называют « напряжением зажигания», а моменту перехода тока через нуль – «напряжением гашения».

Неудовлетворительный отвод теплоты дуги почти всегда ведет к неприятным последствиям – выбросу масла из масляных выключателях, повреждению дугогасителей воздушных выключателей и даже взрывам выключателей.

Методы применяются для гашения дуги в выключателях постоянного тока:

В выключателях постоянного тока основным средством гашения дуги является растягивание ее до так называемой критической длины т. е. такую длину дуги при которой она существовать не может. Если ЭДС контура меньше 30 В, размыкание его не будет сопровождаться возникновением дуги, как бы велик не был отключаемый ток.

Практически в аппаратах низкого напряжения нашли применение три типа дугогасительных устройств: открытый разрыв, щелевые дугогасительные камеры и деионные решетки.

Деионные или дугогасительные решетки представляют собой набор металлических пластин, расположенных в виде зубьев гребенки, разбивающих дугу на ряд коротких дуг и охлаждающих ее ствол наподобие радиаторов.

Источник: http://www.eti.su/articles/electrotehnika/electrotehnika_405.html

Электрическая дуга

Электрическая сварочная дуга – это длительный электрический разряд в плазме, которая представляет собой смесь ионизированных газов и паров компонентов защитной атмосферы, присадочного и основного металла.

Дуга получила свое название от характерной формы, которую она принимает при горении между двумя горизонтально расположенными электродами; нагретые газы стремятся подняться вверх и этот электрический разряд изгибается, принимая форму арки или дуги.

С практической точки зрения дугу можно рассматривать как газовый проводник, который преобразует электрическую энергию в тепловую. Она обеспечивает высокую интенсивность нагрева и легко управляема посредством электрических параметров.

Общей характеристикой газов является то, что они в нормальных условиях не являются проводниками электрического тока. Однако, при благоприятных условиях (высокая температура и наличие внешнего электрического поля высокой напряженности) газы могут ионизироваться, т.е.

их атомы или молекулы могут освобождать или, для электроотрицательных элементов наоборот, захватывать электроны, превращаясь соответственно в положительные или отрицательные ионы.

Возбуждение сварочной дуги происходит в несколько этапов.

Например, при сварке МИГ/МАГ, при соприкосновении конца электрода и свариваемой детали возникает контакт между микро выступами их поверхностей.

Высокая плотность тока способствует быстрому расплавлению этих выступов и образованию прослойки жидкого металла, которая постоянно увеличивается в сторону электрода, и в конце концов разрывается.

В момент разрыва перемычки происходит быстрое испарение металла, и разрядный промежуток заполняется ионами и электронами возникающими при этом.

После возбуждения дуги концентрация свободных электронов и положительных ионов в дуговом промежутке продолжает увеличиваться, так как электроны на своем пути сталкиваются с атомами и молекулами и “выбивают” из них еще больше электронов (при этом атомы, потерявшие один и более электронов, становятся положительно заряженными ионами). Происходит интенсивная ионизация газа дугового промежутка и дуга приобретает характер устойчивого дугового разряда.

Через несколько долей секунды после возбуждения дуги на основном металле начинает формироваться сварочная ванна, а на торце электрода – капля металла.

И спустя еще примерно 50 – 100 миллисекунд устанавливается устойчивый перенос металла с торца электродной проволоки в сварочную ванну.

Он может осуществляться либо каплями, свободно перелетающими дуговой промежуток, либо каплями, которые сначала образуют короткое замыкание, а затем перетекают в сварочную ванну.

Электрические свойства дуги определяются процессами, протекающими в ее трех характерных зонах – столбе, а также в приэлектродных областях дуги (катодной и анодной), которые находятся между столбом дуги с одной стороны и электродом и изделием с другой.

Для поддержания плазмы дуги при сварке плавящимся электродом достаточно обеспечить ток от 10 до 1000 ампер и приложить между электродом и изделием электрическое напряжение порядка 15 – 40 вольт. При этом падение напряжения на собственно столбе дуги не превысит нескольких вольт.

Остальное напряжение падает на катодной и анодной областях дуги. Длина столба дуги в среднем достигает 10 мм, что соответствует примерно 99% длины дуги. Таким образом, напряженность электрического поля в столбе дуги лежит в пределах от0,1 до 1,0 В/мм.

Соответственно, эти области имеют очень высокую напряженность электрического поля (до 104 В/мм для катодной области и до 103 В/мм для анодной).

Экспериментально установлено, что для случая сварки плавящимся электродом падение напряжения в катодной области превышает падение напряжения в анодной области: 12 – 20 В и 2 – 8 В соответственно.

Учитывая то, что выделение тепла на объектах электрической цепи зависит от тока и напряжения, то становится понятным, что при сварке плавящимся электродом больше тепла выделяется, в той области, на которой падает больше напряжения, т.е. в катодной.

Поэтому при сварке плавящимся электродом используется, в основном, обратная полярность подключения тока сварки, когда катодом служит изделие для обеспечения глубокого проплавления основного металла (при этом положительный полюс источника питания подключают к электроду).

Прямую полярность используют иногда при выполнении наплавок (когда проплавление основного металла, напротив, желательно чтобы было минимальным).

В условиях сварки ТИГ (сварка неплавящимся электродом) катодное падение напряжения, напротив, значительно ниже анодного падения напряжения и, соответственно, в этих условиях больше тепла выделяется уже на аноде.

Поэтому при сварке неплавящимся электродом для обеспечения глубокого проплавления основного металла изделие подключают к положительной клемме источника питания (и оно становится анодом), а электрод подключают к отрицательной клемме (таким образом, обеспечивая еще и защиту электрода от перегрева).

При этом, независимо от типа электрода (плавящийся или неплавящийся) тепло выделяется, в основном, в активных областях дуги (катодной и анодной), а не в столбе дуги. Это свойство дуги используется для того, чтобы плавить только те участки основного металла, на которые направляется дуга.

Те части электродов, через которые проходит ток дуги, называют активными пятнами (на положительном электроде – анодным, а на отрицательном – катодным пятном).

Катодное пятно является источником свободных электронов, которые способствуют ионизации дугового промежутка. В то же время к катоду устремляются потоки положительных ионов, которые его бомбардируют и передают ему свою кинетическую энергию.

Температура на поверхности катода в области активного пятна при сварке плавящимся электродом достигает 2500 … 3000 °С.

Строение дуги
Lк – катодная область; Lа – анодная область (Lа = Lк = 10-5-10-3см); Lст – столб дуги; Lд – длина дуги; Lд = Lк + Lа + Lст

Температура на поверхности анода в области активного пятна при сварке плавящимся электродом достигает 2500 … 4000°С.

Температура столба дуги при сварке плавящимся электродом составляет от 7 000 до 18 000°С (для сравнения: температура плавления стали равна примерно 1500°С).

Влияние на дугу магнитных полей

При выполнении сварки на постоянном токе часто наблюдается такое явление как магнитное. Оно характеризуется следующими признаками:

– столб сварочной дуги резко откланяется от нормального положения; – дуга горит неустойчиво, часто обрывается;

– изменяется звук горения дуги – появляются хлопки.

Магнитное дутье нарушает формирование шва и может способствовать появлению в шве таких дефектов как непровары и несплавления. Причиной возникновения магнитного дутья является взаимодействие магнитного поля сварочной дуги с другими расположенными близко магнитными полями или ферромагнитными массами.

Столб сварочной дуги можно рассматривать как часть сварочной цепи в виде гибкого проводника, вокруг которого существует магнитное поле.

Влияние ферромагнитных масс на отклонение дуги обусловлено тем, что вследствие большой разницы в сопротивлении прохождению магнитных силовых линий поля дуги через воздух и через ферромагнитные материалы (железо и его сплавы) магнитное поле оказывается более сгущенным со стороны противоположной расположению массы, поэтому столб дуги смещается в сторону ферромагнитного тела.

Магнитное поле сварочной дуги увеличивается с увеличением сварочного тока. Поэтому действие магнитного дутья чаще проявляется при сварке на повышенных режимах.

Уменьшить влияние магнитного дутья на сварочный процесс можно:

– выполнением сварки короткой дугой; – наклоном электрода таким образом, чтобы его торец был направлен в сторону действия магнитного дутья;

– подведением токоподвода ближе к дуге.

Уменьшить эффект магнитного дутья можно также заменой постоянного сварочного тока на переменный, при котором магнитное дутье проявляется значительно меньше.

Для того, чтобы дуга переменного тока горела стабильно необходимо использовать стабилизаторы дуги (легкоионизируемые элементы), которые вводят, например, в покрытие электродов или во флюс.

Источник: http://weldering.com/elektricheskaya-duga

Электрическая дуга и электробезопасность

ПодробностиОпубликовано 07.04.2018 15:49

Содержание:

• Опасности электрической дуги
• Сиз для электробезопасности
• Травмы, вызванные вспышкой дуги
• Правильные стратегии спасения
• Постоянное обучение электробезопасности

Одним из самых опасных элементов современных рабочих мест является большое количество электроэнергии, протекающей через него в любой момент времени. Все, от больших машин до небольших инструментов, использует электричество, и удивительно маленький ток может привести к серьезным травмам.

В дополнение к элементам, которые используют электричество самостоятельно, есть также провода и линии высокого напряжения, которые проходят по всей территории. Хотя электрооборудование обычно работает без каких-либо проблем, они по-прежнему представляют собой серьезную опасность, которую необходимо понять.

Опасности электрической дуги

При изучении электрических опасностей наибольший риск возникает при появлении электрической дуги. Вспышка дуги возникает, когда электрический разряд, перемещается из одной области по воздуху к земле или другому месту.

Причины электрической дуги

Исправная машина минимизирует риск возникновения дуговой вспышки. Однако есть много вещей, которые могут привести к дуге. Понимание наиболее распространенные причины электрической дуги могут дать представление о том, как её предотвратить.

Пыль. Пыльные участки могут обеспечить путь к низкому сопротивлению электричеству. Когда пыль густая в воздухе, риск возникновения дуги значительно возрастает. Устранение пыли (включая опилки) очень важно для обеспечения электробезопасности.

Выпавшие предметы – при работе в электрической системе кто-то может вынуть инструмент или другой предмет на оборудование. Это может создать альтернативный путь для электричества, который может привести к дуговой вспышке. Это особенно опасно, если инструмент может проколоть, вырезать или иным образом повредить высоковольтную проводку.

Люди, входящие в контакт с оборудованием – при выполнении работ по чистке, техническому обслуживанию, ремонту или другим задачам важно обеспечить, чтобы никто не контактировал с электрическими проводами или другими компонентами.

Конденсация. Когда в воздухе имеется большая влажность, конденсация может образовываться на электрооборудовании и вокруг него. Вода может проводить электричество, которое может создать путь низкого сопротивления, что приведет к дуговой вспышке.

Утечки воды. Подобно проблеме конденсации, если вода вытекает из трубы над электрической машиной, она может вызвать дуговую вспышку.

Коррозия. Коррозия на проводах или других частях машины может привести может вызвать открытие защитных покрытий, в которых содержится электричество.

Разрушение изоляции. Если провода перемещены, согнуты, на них наступили, это может привести к их разрыву.

Неправильная установка. Если электрооборудование установлено неправильно, существует повышенный риск широкого спектра проблем, в том числе дуговой вспышки.

Сиз для электробезопасности

Одна вещь, которую люди должны оставаться в безопасности от электричества (дуговая вспышка или нет), – это средства индивидуальной защиты. Любой сотрудник, который работает с электрооборудованием, должен быть обязан носить надлежащие СИЗ. Конкретный тип необходимого СИЗ будет зависеть от ряда факторов, включая риск травмирования, уровни напряжения электричества и близость к опасности.

В некоторых случаях достаточно просто носить не проводящие перчатки. В областях, где существует более высокий уровень опасности, может понадобится носить костюм для всего тела, кожаную обувь, средства защиты глаз и многое другое.

Купить костюм для защиты от термических рисков электрической дуги можно здесь http://legio.ua.

Изучение различных видов средств индивидуальной защиты для электробезопасности является важной частью всех программ безопасности на объектах, где используется электрооборудование.

Наличие личного защитного снаряжения для сотрудников – отличное начало. В дополнение к тому, чтобы оно было доступно, работодатели должны сделать обязательным, чтобы сотрудники использовали его надлежащим образом во многих ситуациях.

Травмы, вызванные вспышкой дуги

Когда люди думают о травмах, вызванных вспышкой дуги, они часто полагают, что электрошок – единственный риск. В то время как электрошока, безусловно, является главной опасностью, это действительно только начало потенциальных проблем. Ниже приведены некоторые из других способов, как электрическая дуга может нанести вред людям.

Ожоги – Даже если дуга не вступает в непосредственный контакт с человеком, она все равно может причинить ожог. Температура дуговой вспышки может достигать 20 000 градусов по Цельсию, что может привести к серьезным ожогам.

Огонь. Существует опасность попадания в огонь. Если в области есть какие-либо огнеопасные предметы, их следует удалить.

Разлет предметов – дуговая вспышка может создавать много давления, которое может раскидать объекты по воздуху. Такие вещи, как расплавленный металл и части машин, могут стать очень опасными снарядами.

Давление взрыва – давление от взрыва может достигать 2000 фунтов на квадратный фут. Это может подбросить людей в воздух. Это также то, что вызывает упомянутые выше снаряды.

Слуховой ущерб – вспышки дуги очень громкие. Фактически, они могут достигать 140 дБ в некоторых случаях. Это примерно тот же уровень звука, что и выстрел пистолета. Так как это происходит быстро, это может нанести серьезный ущерб слуху тех, кто находится в этом районе.

Тяжесть потенциальной травмы

Существует много способов вспышки дуги, которые могут привести к травмам людей и окружающего объекта. Тяжесть травмы будет зависеть от ряда факторов. Понимание того, насколько опасна ситуация, может помочь учреждениям и сотрудникам правильно подготовиться при входе в зону, где возможна дуговая вспышка.

Следующие факторы могут повлиять на то, насколько серьезной может быть травма:

Электрический ток. Сила электричества, создающая дуговую вспышку, окажет существенное влияние на потенциальную травму. Чем выше ток, тем больше будет риска.

Близость. Чем ближе кто-то к фактической вспышке дуги, тем больше опасности у них. Поэтому важно держать людей, которые не обучены и не подготовлены для работы с электрическим оборудованием, вдали от любой области, где есть потенциал для дуговой вспышки.

Длина – дуговая вспышка обычно будет продолжаться до тех пор, пока цепь не разорвется. Когда автоматические выключатели работают правильно, это займет всего доли секунды. Однако даже небольшое увеличение длины дуговой вспышки может привести к увеличению вероятности травмы.

Температура. Температура вспышки дуги также может вызывать повышенный риск ожогов и других травм.

Окрестности. Объекты, находящиеся в районе, где происходит вспышка дуги, могут быть ключевым показателем того, насколько потенциально может быть травма. Если вокруг склада возникает вспышка дуги, эти объекты могут разлетаться по всему району, что приводит к серьезной травме.

Область воздействия. Место на теле, в которое ударяет дуга, также влияет на потенциальную травму. В то время как само электричество может проходить через тело из любой точки входа, места, где он входит и выходит из организма, подвержены более сильным ожогам.

Правила безопасности

В то время как вспышки дуги являются наиболее опасной электрической опасностью, существует множество других рисков, связанных с работой вблизи электрических систем. Даже работа с оборудованием с низким напряжением ставит людей под угрозу серьезных травм, если они не будут осторожны.

Внедрение стандартов электробезопасности в объекте является важным способом обеспечения безопасности сотрудников и минимизации риска повреждения объекта. Общая политика в области электробезопасности должна быть отдельной (хотя и связанной) с политикой безопасности дуговой вспышки, поскольку каждый из них требует другого подхода.

Обучение сотрудников тому, как безопасно работать с электрическим оборудованием, может помочь снизить риск шока или поражения электрическим током.

Есть много других программ обучения электробезопасности, чтобы обеспечить сотрудников безопасностью.

Осознание – один из лучших способов защитить людей при работе вблизи электрооборудования. Если есть высоковольтная машина, то может быть очень полезно размещать знаки безопасности, предупреждающие людей о ее присутствии.

В зонах с ограниченным доступом из-за опасностей рекомендуется использовать напольную маркировочную ленту или другую визуальную маркировку, чтобы напомнить людям, что они не могут зайти в этот район без надлежащего одобрения, обучения и оборудования.

Использование стратегий визуальной коммуникации – эффективный способ повышения безопасности любого объекта. Однако важно убедиться, что стратегия визуальной коммуникации хорошо спланирована и соответствует другим усилиям в области визуальной коммуникации.

Правильные стратегии предотвращения опасности

Если происходит вспышка дуги, люди часто испытывают желание спешить в этот район, чтобы помочь жертве. Это может привести к тому, что дополнительные люди получают травму. Вместо того, чтобы спешить, чтобы помочь, лучше подождать и подтвердить, что электричество было отключено, поэтому больше нет риска получения дополнительных травм.

Постоянное обучение электробезопасности

Такие вещи, как индивидуальное защитное снаряжение и удержание машин в хорошем рабочем состоянии, будут иметь большое значение для обеспечения безопасности объекта от электрических опасностей. Тем не менее, так как многие люди работают с электрооборудованием и вокруг него, важно также обеспечить всем сотрудникам уровень подготовки, необходимый для их работы.

Электрикам понадобится обширная подготовка для правильной и безопасной работы с этим типом оборудования. К счастью, большинство электриков выходят на работу со знаниями и опытом, в которых они нуждаются.

Генеральный обслуживающий персонал также будет тесно сотрудничать с электрооборудованием, но у них может не быть углубленного обучения электрика. Работодатели должны всегда предоставлять этому типу сотрудника подробное обучение, чтобы они знали, как правильно выполнять свою работу, не подвергая себя и других сотрудников повышенному риску.

Другие сотрудники, которые обычно не имеют прямого воздействия на электрооборудование, должны по-прежнему получать как минимум базовый уровень обучения, чтобы они знали, как реагировать в чрезвычайных ситуациях. Есть много ресурсов для онлайн-обучения или личной подготовки по вопросам электробезопасности, доступных для сотрудников.

Источник: http://myelectro.com.ua/986-elektricheskaya-duga-i-elektrobezopasnost

Электрическая дуга

электрическая дуга, электрическая дуга видео
Электрическая дуга (вольтова дуга, дуговой разряд) — физическое явление, один из видов электрического разряда в газе.

Впервые была описана в 1802 году русским учёным В.

Петровым в книге «Известие о гальвани-вольтовских опытах посредством огромной батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков» (Санкт-Петербург, 1803). Электрическая дуга является частным случаем четвёртой формы состояния вещества — плазмы — и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа.

Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги.

Электрическая дуга между двумя электродами в воздухе при атмосферном давлении образуется следующим образом:

Потенциал ионизации первого электрона атомов металлов составляет приблизительно 4,5 – 5 В, а напряжение дугообразования – в два раза больше (9 – 10 В). Требуется затратить энергию на выход электрона из атома металла одного электрода и на ионизацию атома второго электрода.

Процесс приводит к образованию плазмы между электродами и горению дуги (для сравнения: минимальное напряжение для образования искрового разряда немногим превышает потенциал выхода электрона – до 6 В).

Для инициирования пробоя при имеющемся напряжении электроды приближают друг к другу. Во время пробоя между электродами обычно возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь.

Электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточной мощности источника напряжения в воздушном промежутке образуется достаточное количество плазмы для значительного падения напряжения пробоя или сопротивления воздушного промежутка.

После поджига устойчивое горение дуги обеспечивается термоэлектронной эмиссией с катода, разогреваемого током и ионной бомбардировкой.

Взаимодействие электродов с плазмой дуги приводит к их нагреву, частичному расплавлению, испарению, окислению и другим видам коррозии.

После поджига дуга может оставаться устойчивой при разведении электрических контактов до некоторого расстояния.

При эксплуатации высоковольтных электроустановок, в которых неизбежно появление электрической дуги, борьба с ней осуществляется при помощи электромагнитных катушек, совмещённых с дугогасительными камерами. Среди других способов известны использование вакуумных, воздушных, элегазовых и масляных выключателей, а также методы отвода тока на временную нагрузку, самостоятельно разрывающую электрическую цепь.

Содержание

• 1 Полезное применение
• 2 Борьба с электрической дугой
• 3 См. также
• 4 Литература

Полезное применение

Электрическая дуга используется при электросварке металлов, для выплавки стали (Дуговая сталеплавильная печь) и в освещении (в дуговых лампах). Иногда используется свойство нелинейной вольт-амперной характеристики дуги (см. Автомат гашения поля).

Борьба с электрической дугой

В ряде устройств явление электрической дуги является вредным.

Это в первую очередь контактные коммутационные устройства, используемые в электроснабжении и электроприводе: высоковольтные выключатели, автоматические выключатели, контакторы.

При отключении нагрузок вышеуказанными аппаратами между размыкающимися контактами возникает дуга. Механизм возникновения дуги в данном случае следующий:

• Уменьшение контактного давления — количество контактных точек уменьшается, растёт сопротивление в контактном узле;
• Начало расхождения контактов — образование «мостиков» из расплавленного металла контактов (в местах последних контактных точек);

• Разрыв и испарение «мостиков» из расплавленного металла;
• Образование электрической дуги в парах металла (что способствует большей ионизации контактного промежутка и трудности при гашении дуги);

• Устойчивое горение дуги с быстрым выгоранием контактов.

Для минимального повреждения контактов необходимо погасить дугу в минимальное время, прилагая все усилия по недопущению нахождения дуги на одном месте (при движении дуги теплота, выделяющаяся в ней будет равномерно распределятся по телу контакта). Для выполнения вышеуказанных требований применяются следующие методы борьбы с дугой:

• охлаждение дуги потоком охлаждающей среды — жидкости (масляный выключатель); газа — (воздушный выключатель, автогазовый выключатель, масляный выключатель, элегазовый выключатель), причём поток охлаждающей среды может проходить как вдоль ствола дуги (продольное гашение), так и поперёк (поперечное гашение); иногда применяется продольно-поперечное гашение;

• использование дугогасящей способности вакуума — известно, что при уменьшении давления газов, окружающих коммутируемые контакты до определённого значения, приводит к эффективному гашению дуги (в связи с отсутствием носителей для образования дуги) вакуумный выключатель.

• использование более дугостойкого материала контактов;
• применение материала контактов с более высоким потенциалом ионизации;
• применение дугогасительных решёток (автоматический выключатель, электромагнитный выключатель). Принцип применения дугогашения на решётках основан на применении эффекта околокатодного падения в дуге (большая часть падения напряжения в дуге — это падение напряжения на катоде; дугогасительная решётка — фактически ряд последовательных контактов для попавшей туда дуги).

• использование дугогасительных камер — попадая в камеру из дугостойкого материала, например слюдопласта, с узкими, иногда зигзагообразными каналами, дуга растягивается, сжимается и интенсивно охлаждается от соприкосновения со стенками камеры.

• использование «магнитного дутья» — поскольку дуга сильно ионизирована, то её в первом приближении можно полагать как гибкий проводник с током; создавая специальными электромагнитами (включённых последовательно с дугой) магнитное поле можно создавать движение дуги для равномерного распределению тепла по контакту, так и для загона её в дугогасительную камеру или решётку. В некоторых конструкциях выключателей создаётся радиальное магнитное поле, придающее дуге вращательный момент.

См. также

• Дуговой разряд с накалённым катодом
• Сварка
• Электросварка
• Дуговая сварка
• Свойства электрической (сварочной) дуги.

Литература

1. Дуга электрическая — статья из Большой советской энциклопедии
2. Искровой разряд — статья из Большой советской энциклопедии
3. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — 2-е изд. — М.: Наука, 1992. — 536 с. — ISBN 5-02014615-3.

Родштейн Л.А. Электрические аппараты, Л 1981г.

электрическая дуга, электрическая дуга видео

Электрическая дуга Информацию О

Электрическая дуга

Электрическая дуга
Электрическая дуга Вы просматриваете субъект
Электрическая дуга что, Электрическая дуга кто, Электрическая дуга описание

There are excerpts from wikipedia on .postlight.com”>

Источник: https://www.turkaramamotoru.com/ru/-3192.html

Электрическая дуга

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНЖЕНЕР-СВАРЩИК

Электрическая дуга – один из видов электрического разряда в газах. Всякое направ­ленное движение заряженных частиц между электродами в газах называется разрядом. Ме­сто дуги среди других видов разрядов в газах:

Статическая вольтамперная характеристика разных видов раз­рядов в газах. I – темновой; II – переходной. Ill – нормальный тлеющий; IV – аномальный тлеющий; V – переходной; VI – дуговой.

Дуговой разряд отличается от других:

1 – высокой температурой 4000 – 50 ООО К

2 – высокой силой тока 50-10 000 А

3 – слабым электрическим полем 10 – 60 В.

Называется дугой из-за характерной формы, которая возникает от взаимодействия за­ряженных частиц дуги с магнитным полем самой дуги. При увеличении тока магнитное поле может разрывать дуговой разряд

Ток в дуговом процессе протекает между электродами (полюсами дуги) через газ дуго­вого пространства.

Положительный электрод – анод.

Отрицательный электрод – катод

Различают дугу свободную (свободно расширяющуюся) и сжатую. Свободной (свобод­но расширяющейся) называется дуга оадиус которой, не ограничен ни в одном её сечении;

сжатой называется дуга радиус которой, ограничен хотя бы в одном сечении.

Свободные электроны, которые есть в металлах под действием электрического поля при высокой температуре катода покидают его Потенциалом катодной области разгоняются и ионизуют атомы столба дуги Атомы столба могут ионизироваться и от высокой темпера­туры (соударением, фотоионизация) Электроны перемещаются в столбе дуги в сторону анода Приблизившись к аноду, попадают на него под действием электрического поля анод­ной области Ионы двигаются в противоположную сторону, бомбардируя катод

Сопротивление газового проводника является нелинейным и поэтому дуга не подчиня­ется Закону Ома

Статическая вольт-амперная характеристика дуги. В зависимости от плотности тока вольтамперная характеристика может быть падающей, пологой и возрастающей

При малых токах с увеличением тока интенсивно возрастает количество заряженных частиц, главным образом, из-за нагрева и увеличения эмиссии электронов с поверхности катода, а, значит, и соответствующего ей увеличения объемной ионизации в столбе дуги.

Сопротивление столба дуги при этом уменьшается и падает необходимое для поддержки разряда напряжение. Характе­ристика дуги – падающая.

При дальнейшем увеличении тока и ограниченном сечении электродов столб дуги немного сжимается и объем газа, ко­торый берет участие в переносе зарядов уменьшается. Это приводит к меньшей скорости роста числа заряженных частиц.

Напряжение дуги становится мало зависи­мым от тока. Характеристика – пологая.

В первых двух областях электрическое сопротивление дуги отрицательно (негативно). Эти области характерные для дуг со сравнительно малой плотностью тока. Дальнейший рост тока приводить к исчерпанию термоэмиссионной способности ка­тода.

Такая дуга подчиняется закону Ома.

Энергетическая ёмкость различных областей дуги

Для приведенных цифр падение напряжения в областях дуги (дуга в парах железа) и характерных для ручной дуговой сварки значений тока:

– В катодной области 14Вх100А=1,4 кВт на длине *10'5 см

– В столбе дуги 25 В/см х 0,6 см х 100 А = 1,5 кВт на длине ^0.6 см

– В анодной области 2,5 В х 100 А = 250 Вт на длине ^Ю”4 см.

Основные потребители энергии – катодная область и столб дуги, очевидно, что в них и происходят основные процессы, которые характеризуют физические явление, результатом которых является дуговой разряд.

При постоянных диаметрах электрода и расстояниях между ними электрические пара­метры дуги будут зависеть от материала электродов (эмиссия, пары металлов в столбе), состава газов в дуге, температуры электродов, состава газа в дуге (в столбе дуги).

То есть, электрические параметры дуги зависят от физических и геометрических фак­торов. Изменение размеров электродов и расстояния между ними влияет на электрические характеристики дуги

Сварочные дуги подразделяют (классифицируют):

– По материалам электродов (Fe, W, Си и т. д.)

– По составу газов (в воздухе, в парах металлов, в потоке защитных газов;

– Плавящимся или неплавящимся электродом и т. п.

Физические процессы в катодной области

Электроны покидают поверхность катода и двигаются к аноду. Путь, который они про­ходят до первого столкновения с атомами газов дуги ограничивает катодную область. Рас­четы показывают, что это является * Ю'ь см для нормального давления и дуги в воздухе и в парах железа.

К катодной области принято относить эту область дуги (1C)'5 см) и саму поверхност­ность катода.

1) Общий электрический ток в катодной области состоит из электронного и ионного тока

Плотность тока (А/см2):

I = eo-rvWe’i© = e0n©W&

е0 – заряд электрона;

л© – количество электронов;

W© – скорость движения (дрейфа) электронов.

ne-We=neW13A=

пв W„

Ионы и электроны, которые проходят катодную область, накапливают кинетическую энергию:

Р _ П1фУф — _ тсЛЧэ.

2 е ~ 2 ’

где те, т© – соответствующие массы.

Поскольку они разгоняются электрическим полем, то энергия, которую они получают, будет Єо-ІЛ (произведение зарядов на разницу потенциалов):

Еф = Ее=Єо. ик

тогда скорости движения заряженных частиц:

w* = ; we = №., тогда

V те те

2ЄоУк

пе _ W9 _ у гпе _ I гп(

Масса электрона mQ, = 9,106-10'28 г

Масса протона mn = 1,66-10'24 г

Для иона железа AFe = 55,84; в этом случае:

о катод, отдают ему свою энергию, разогревая его, захватывают электрон, превращаясь в нейтральные атомы. Электроны из катода разгоняются до энергии eo U* ударяются в атомы столба дуги и ионизируют их.

Катодная эмиссия

Различают такие виды эмиссии электронов с поверхности катода:

– Термоэлектронная;

– Автоэлектронная (электростатическая);

– Фотоэлектронная (внешний фотоэффект);

– Вторичная (бомбардировка поверхности атомами, ионами, тяжелыми частицами, электронами и др.);

Интенсивность эмиссии оценивают плотностью тока j [А/см2] (для сварки 102 … 105 А/мм2).

Термоэлектронная эмиссия.

Свободным электронам, которые есть в твердом теле, не дает покинуть его электриче­ское поле – поверхностный потенциальный барьер.

Величина наименьшей энергии, которую необходимо придать электрону, чтобы он мог выйти из поверхности тела и удалиться на расстояние, при котором между ним и телом не­возможно взаимодействие называется работа выхода.

С ростом температуры тела количество электронов, которые имеют энергию, доста­точную для выхода из тела, увеличивается.

В электростатических расчетах работа выхода А* = е0 ф, где = 6,626176 (36)- 10 м Дж-сек; v – частота световой волны;

m – масса электро. на

v – скорость электрона после эмиссии.

Если считать fi v = о, тогда: v0 = ф/h; Хс – c/v0 = cFt/ф.

с – скорость светла в вакууме равна 299792458,0 (1,2) м/сек;

vo, *о – граничные частота и длина волны света, которые могут вызвать фотоэмиссию.

Хо = 1,238-10'7 / ф (м),

ф – в ел-вольтах – работа выхода.

Плотность тока фото эмиссии:

_

Іф< = аАТ2е т

А – постоянная Ричардсона: а – коэффициент отражения света 0 … 1.

В металлах граничная длина волны лежит в пределах фиолетовой и ультрафиолето­вой области спектра. Фотоэмиссия играет незначительную роль и не учитывается на практи­ке в расчетах.

Вторичная эмиссия.

Ион, который приближается к катоду, нейтрализуется. При этом один из электронов металла передается иону и он становится нейтральным атомом. Вторичная эмиссия воз­можная, если e0 U„ £ 2

Источник: https://msd.com.ua/mezhdunarodnyj-inzhener-svarshhik/elektricheskaya-duga/

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Возникновение электрической дуги объясняется следующим. С повышением температуры угольных стержней увеличивается скорость движения электронов, находящихся в угле.

При сильном нагреве скорость движения свободных электронов увеличивается настолько, что при раздвижении углей электроны из стержней вылетают в межэлектродное пространство. При повышении температуры электродов эмиссия увеличивается.

Они обладают большой энергией и, сталкиваясь с нейтральными атомами воздуха, расщепляют их на положительно и отрицательно заряженные частицы – ионы. Этот процесс называется ионизацией соударения.  [1]

Возникновение электрической дуги в месте замыкания на землю может повредить электрооборудование и вызвать двух-и трехфазные к.

Следствием этого является неизбирательное действие релейной защиты, что влечет за собой увеличение числа аварийных отключений ( в том числе и неповрежденных участков), приводящих иногда к полному развалу системы электроснабжения.

Кроме того, возникает опасное электромагнитное влияние на линии связи, значительно возрастают градиенты напряженности вблизи места повреждения и, следовательно, напряжения прикосновения и шага, на что система с изолированной нейтралью обычно не рассчитывается.  [4]

Режимы работы нейтрали электроустановок в трехфазной сети.  [5]

Возникновение электрической дуги в месте однофазного замыкания на землю наиболее вероятно при емкостном токе замыкания на землю, большем 5 – 10 А.  [6]

Возникновение электрической дуги объясняется следующим. С повышением температуры угольных стержней увеличивается скорость движения электронов, находящихся в угле.

При сильном нагреве скорость движения свободных электронов возрастает настолько, что при раздвижении углей электроны из стержней вылетают в межэлектродное пространство.

При повышении температуры электродов эмиссия увеличивается.  [7]

Возникновение электрической дуги в выключателе происходит за счет напряженности электрического поля. Даже при невысоком напряжении, но малом расстоянии между расходящимися контактами ( напряженность поля будет громадна.

Это становится понятным, если учесть, что напряженность поля составляет частное от деления приложенного к контактам напряжения на величину расстояния между контактами, выраженное в сантиметрах.

В начале расхождения контактов это расстояние близко к нулю, а отсюда следует, что напряженность поля представляет собой бесконечно большую величину.  [8]

Возникновение электрической дуги приводит к нагреву металла контакта до температуры, близкой к плавлению.  [9]

Деформация каплп металла.  [10]

Длявозникновения электрической дуги при постоянном токе необходимо напряжение не менее 30 – 35 в, а при переменном – 50 – 55 в. После возбуждения дуги напряжение тока уменьшается.  [11]

Дуговая печь для получения карбида кальция.  [12]

Такоевозникновение электрической дуги тем более вероятно, чем выше применяемое напряжение.  [13]

Привозникновении электрической дуги фибра выделяет газы, которые тушат дугу.  [14]

Привозникновении электрической дуги ( искры) расчет переходного процесса усложняется и, строго говоря, не может проводиться методами, изучаемыми в данной главе. Объясняется это тем, что сопротивление электрической дуги ( искры) является нелинейной функцией протекающего через нее тока.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: http://www.ngpedia.ru/id557950p1.html