Глава 29 ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА

Основные сведения из теории дуги

При разрыве электрической цепи, находящейся под током, между контактами возникает искровой или дуговой разряд.

Под искровым разрядом понимают кратковременную дугу, не требующую специальных мер для гашения. В тяговых электроаппаратах весьма часто возникают дуговые разряды.

Дуговой разряд представляет собой одну из форм электрического разряда в газах. Известно, что электрический разряд в газах — это поток заряженных частиц — электронов и ионов, перемещающихся с большой скоростью между электродами. В тяговых электроаппаратах электродами являются контакты, имеющие разность потенциалов и, необходимую для поддержания процесса разряда.

Электрический разряд между двумя электродами в газах изменяется в зависимости от  величины разности потенциалов и и тока в цепи электродов. Газовый разряд, имеющий вид ярко светящейся дуги, характеризуется малым падением напряжения между электродами и большими плотностями тока, достигающими 10000—100000 а/см2 на их поверхностях.



Известно, что электрический разряд в газах вызывает ионизацию нейтрального воздушного промежутка между электродами, т. е. превращение его в проводящую зону путем нарушения нейтрального состояния атомов.

В результате изменения уравновешенного количества электронов, связанных с ядром атома, и, следовательно, образования свободных электронов,  заряженные частицы — ионы, перенося заряды между электродами, как бы создают проводящий промежуток. Обычно различаются следующие виды ионизации: ионизация толчком (ударная); ионизация высокой температурой; термоэлектронная и электрическая эмиссии.
 

Ионизация толчком, т. е. ударная ионизация, происходит при столкновении электрона с нейтральным’ атомом или молекулой. Этот вид ионизации наиболее благоприятно протекает в газах, содержащих пары металлов.

Ионизация высокой температурой заключается в том, что с повышением температуры интенсивность и скорость движения частиц значительно увеличиваются и от столкновения быстро движущихся частиц происходит их разрушение, сопровождаемое образованием свободных электронов и ионов.

Термоэлектронная эмиссия происходит при достижении.катодом температуры до 800° К, т. е. абсолютной шкалы. В этом случае повышается интенсивность движения его частиц, и при достижении определенных значений скоростей частицам сообщается энергия, достаточная для вылета, т. е. для эмиссии с поверхности катода в окружающую среду. Этот вид ионизации является одной из причин возникновения дуги между расходящимися контактами с раскаленной поверхностью в тяговых электроаппаратах, разрывающих цепь тока.

Электрическая эмиссия представляет собой процесс вырывания электронов с поверхности катода при высокой напряженности электрического поля, что имеет место в момент начального расхождения контактов аппаратов, выключающих ток. В этот момент падение потенциала у поверхности катода достигает 10000000 в/см.

Во многих случаях дуговой разряд в газах возникает и поддерживается в результате образования проводящего воздушного промежутка при совместном действии различных видов ионизации.

Сопротивление электрической дуги зависит от ее длины, сечения, состава и свойств газового промежутка, а также от условий охлаждения. Дуга между электродами может существовать до тех пор, пока разность потенциалов искрового промежутка не станет меньше катодного падения напряжения.

Высокая температура электрической дуги вызывает оплавление контактов и снижает надёжность работы электрических аппаратов. В целях предотвращения вредных явлений электрической дуги в тяговых аппаратах предусматриваются дугогасящие устройства.