Az ív kialakulása és tulajdonságai. Az elektromos ív szerkezete és tulajdonságai

Az elektromos ív a gázok elektromos kisülésének egyik fajtája. A töltött részecskék bármely irányított mozgását az elektródák között gázokban kisülésnek nevezzük. Az ív helye a gázok más típusú kisülései között:

Az ívkisülés eltér a többitől:

1 - magas hőmérséklet 4000 - 50 OOO K

2 - nagy áramerősség 50-10 000 A

3 - gyenge elektromos tér 10 - 60 V.

Ívnek nevezik az ív töltött részecskéinek magával az ív mágneses terével való kölcsönhatásából eredő jellegzetes alakja miatt. Az áramerősség növekedésével a mágneses tér megszakíthatja az ívkisülést

Az ívfolyamatban az áram az elektródák (ívpólusok) között folyik az ívtér gázán keresztül.

A pozitív elektróda az anód.

Negatív elektróda - katód

Megkülönböztethető az ívmentes (szabadon táguló) és az összenyomott. A szabad (szabadon táguló) olyan ív, amelynek oadiusa nincs korlátozva egyik szakaszán sem;

a tömörített ív olyan ív, amelynek sugara legalább egy szakaszon korlátozott.

A feszültségesés eloszlása ​​az ívben. Az elektródák közötti térben az elektromos tér egyenetlen eloszlása ​​figyelhető meg (potenciálugrások az elektródához közeli tartományokban), és ennek megfelelően a feszültségesés az ív hosszában egyenetlen.

A fémekben lévő szabad elektronok elektromos tér hatására a katód magas hőmérsékletén elhagyják azt. A katód régió potenciálja felgyorsítja és ionizálja az ívoszlop atomjait. , az elektromos tér hatására ráesik. Az ionok az ellenkező irányba mozognak, és bombázzák a katódot

A gázvezető ellenállása nem lineáris, ezért az ív nem engedelmeskedik Ohm törvényének

Az ívre jellemző statikus áram-feszültség. Az áramsűrűségtől függően az áram-feszültség karakterisztika lehet csökkenő, lapos és növekvő

Alacsony áramerősségnél, az áramerősség növekedésével a töltött részecskék száma intenzíven növekszik, főként a felmelegedés és a katódfelületről érkező elektronkibocsátás növekedése, és ebből adódóan az ívoszlop térfogati ionizációjának megfelelő növekedése miatt.

Ebben az esetben az ívoszlop ellenállása csökken, és a kisülés támogatásához szükséges feszültség csökken. Az ív jellemzője a leesés.

Az áramerősség további növelésével és az elektródák korlátozott keresztmetszetével az ívoszlop enyhén összenyomódik, és a töltések átvitelében részt vevő gáz térfogata csökken. Ez a töltött részecskék számának alacsonyabb növekedéséhez vezet.

Az ívfeszültség kis mértékben függ az áramerősségtől. A jellemző lapos.

Az első két területen az ív elektromos ellenállása negatív (negatív). Ezek a területek a viszonylag alacsony áramsűrűségű ívekre jellemzőek. Az áram további növekedése a katód termikus képességének kimerüléséhez vezet. A töltött részecskék száma nem növekszik, és az ívellenállás pozitív és majdnem állandó lesz. Erősen ionizált sűrített plazma jelenik meg, amely tulajdonságaiban közel áll a fémes vezetőkhöz. Az ilyen ív engedelmeskedik Ohm törvényének.

Az ív különböző területeinek energiakapacitása

A megadott ábrákhoz a feszültségesés az ívtartományokban (ív vasgőzben) és a kézi ívhegesztésre jellemző áramértékek:

A katód tartományban 14Vx100A \u003d 1,4 kW * 10 "5 cm hosszúságban

Az ívoszlopban 25 V/cm x 0,6 cm x 100 A = 1,5 kW ^0,6 cm hosszúságban

Az anódtartományban 2,5 V x 100 A \u003d 250 W 10"4 cm hosszon.

A fő energiafogyasztók a katód tartomány és az ívoszlop, nyilvánvaló, hogy ezekben zajlanak le a fizikai jelenséget jellemző főbb folyamatok, amelyek eredménye ívkisülés.

Állandó elektródátmérők és közöttük lévő távolságok esetén az ív elektromos paraméterei az elektródák anyagától (emisszió, fémgőz az oszlopban), az ívben lévő gáz összetételétől, az elektród hőmérsékletétől, az ívben lévő gáz összetételétől (az ívben) függnek. ívoszlop).

Vagyis az ív elektromos paraméterei fizikai és geometriai tényezőktől függenek. Az elektródák méretének és a köztük lévő távolság megváltoztatása befolyásolja az ív elektromos jellemzőit

A hegesztési ívek fel vannak osztva (osztályozva):

Az elektródák anyaga szerint (Fe, W, Cu, stb.)

A gázok összetétele szerint (levegőben, fémgőzökben, védőgázok áramlásában;

Fogyó vagy nem fogyó elektróda stb.

Fizikai folyamatok a katód tartományban

Az elektronok elhagyják a katód felületét és az anód felé haladnak. Az út, amelyet az ív gázainak atomjaival való első ütközés előtt megtesznek, korlátozza a katód tartományát. A számítások azt mutatják, hogy ez * Yu "b cm normál nyomásra és ívre levegőben és vasgőzben.

A katód területére szokás hivatkozni az ívnek erre a tartományára (1C) "5 cm) és a katód felületére.

1) A katódtartományban a teljes elektromos áram elektron- és ionáramból áll

Áramsűrűség (A/cm2):

I = eo-rvWe'i© = e0n©W&

e0 az elektrontöltés;

n© az elektronok száma;

W© - az elektronok mozgási sebessége (drift).

Ha feltételezzük az ionos és az elektronikus áramok egyenlőségét (magán az I-nél > 1c), akkor

A katód tartományon áthaladó ionok és elektronok kinetikus energiát halmoznak fel:

R _ P1fuf - _ tsLChe.

ahol m, m © a megfelelő tömegek.

Mivel elektromos mező gyorsítja őket, az általuk kapott energia Єo-ІL (a töltések és a potenciálkülönbség szorzata):

Eph = Her=Єo. ik

akkor a töltött részecskék sebessége:

w* = ; mi = nem., akkor

ne _ W9 _ y gpe _ I gp (

Elektrontömeg mQ, \u003d 9,106-10 "28 g

Proton tömege mn \u003d 1,66-10 "24 g

A vasion esetében AFe = 55,84; ebben az esetben:

a katódról, adják neki energiájukat, felmelegítik, elfognak egy elektront, semleges atomokká alakulva. A katód elektronjai eo U* energiára gyorsulnak fel, és az ívoszlop atomjaihoz ütköznek és ionizálják azokat.

katód emisszió

A katód felületéről a következő típusú elektronkibocsátás létezik:

Termikus;

Autoelektronikus (elektrostatikus);

Fotoelektronikus (külső fotoelektromos hatás);

Másodlagos (a felület bombázása atomokkal, ionokkal, nehéz részecskékkel, elektronokkal stb.);

Az íves módszerekkel végzett hegesztésnél a leggyakoribb a termikus és az autoelektronikus emisszió.

Az emissziós intenzitást a j áramsűrűséggel becsüljük [A/cm2] (hegesztésnél 102 ... 105 A/mm2).

Termionikus emisszió.

A szilárd testben lévő szabad elektronok nem hagyják el elektromos mezőjét – ez egy felületi potenciálgát.

Munkafüggvénynek nevezzük annak a legkisebb energiának az értékét, amelyet egy elektronnak meg kell adni ahhoz, hogy elhagyja a test felszínét, és olyan távolságra tudjon mozogni, amelynél a test és a kölcsönhatás lehetetlen.

Mindig lesznek elektronok, amelyek véletlenül felveszik ezt az energiát, és elhagyják a testet. De elektromos tér hatására azonnal visszatérnek.

A testhőmérséklet emelkedésével növekszik azoknak az elektronoknak a száma, amelyek elegendő energiával rendelkeznek ahhoz, hogy elhagyják a testet.

Az elektrosztatikus számításoknál az A* = e0 f munkafüggvény, ahol<р - потенциал выхода. Е0 = 1, А, = ф в эктрон-вольтах.

A termionos emisszió áramsűrűségét a Richardson-Deshtman egyenlet határozza meg:

jT=AT2e"kf; jT = AT2e"^

A - állandó, a katód anyagától függ

T - hőmérséklet

k: - Boltzmann-állandó k \u003d 8,62 10'5 eV / K = 1,38-10 "23 JJ

A termikus emissziós áram több nagyságrenddel (100 .... 10 000-szer) kisebbnek bizonyul, mint amennyi a katódhoz szükséges például acél hegesztésekor.

De a 8-as katód tartományban van egy térfogati pozitív iontöltés, amely 1-106 V/cm és több térerőt hoz létre. Az ilyen erősségű elektromos tér megváltoztatja a katód elektronkibocsátásának feltételeit.

Az elektronok munkafunkciója a térerősség nagyságának megfelelően csökken a közeli elektród (katód) tartományban. Ezt a jelenséget Schottky-effektusnak nevezik. A munkafüggvény a katód felületközeli tartományának e elektromos mező jelenlétében a következőkkel csökken: DAV \u003d "2E, / 2 DAV \u003d 3,8-10" * E

E - elektromos térerősség: Langmuir (1923) elektrosztatikus hipotézise (mezőemisszió) különleges szerepet játszik a fogyóelektródák hegesztésére jellemző anomálisan nagy áramsűrűségű katód-emissziós jelenségek magyarázatában. Az elektronok áramlásának hullámtulajdonságai vannak. Az elektron - a hullám a katódtól az anódig anélkül tud áthatolni, hogy az emisszióhoz szükséges potenciálszintre emelkedne, hanem megkerülné azt. Ezt nevezik alagút átmenetnek, amely energiafelhasználás nélkül megy végbe.

Ebben az esetben a potenciálgát értékének kisebbnek kell lennie, mint az áramlásban lévő elektron hullámhossza. Elektronáramlás hullámhossza:

Ft - Planck-állandó ft \u003d 4,13-10 "15 e-in m-vel - V elektrontömeg - elektronáramlási sebesség.

y és β olyan állandók, amelyek a katód anyagától függenek.

Fotoemisszió (külső fotoelektromos hatás, Einstein-effektus). Amikor a katód fénykvantumokat nyel el, olyan elektronok jelenhetnek meg, amelyek energiája sokkal nagyobb, mint a munkafüggvény. A fotoemisszió létrejöttének feltétele (Einstein törvénye)

Fi v £ f + Uz mv2

fi - Planck-állandó F> = 6,626176 (36) - 10 m J-sec; v a fényhullám frekvenciája;

m - elektro tömege. a

v az elektron sebessége emisszió után.

c - a fény sebessége vákuumban 299792458,0 (1,2) m/s;

vo, *o - korlátozza a fény frekvenciáját és hullámhosszát, amely fotoemissziót okozhat.

A gázkeverékek ionizálása másképpen történik, mint az egyes gázok, amiatt, hogy az ionizáció eredményeként létrejövő elektrongáz a gázelegy minden alkotóelemében közös lesz. A keverék ionizációs foka:

■ L-ts p-d R’

n a részecskék száma;

S a részecske kölcsönhatási átmérője (Ramsauer-átmérő);

P - külső nyomás.

A négyzetes középsebességet a hőmozgás átlagos energiájából határozzuk meg.

k a Boltzmann-állandó.

Egy ion szabad útja X* a semleges atom szabad útja. Az L * o * 4ILp elektron szabad útja (Ramsauer-effektus).

A számítások azt mutatják, hogy a vasion és az elektron tömegével: pіr** = 56-1,66-1 O"2* g,

mobilitásuk aránya a következő lesz:

Nyilvánvaló, hogy az ionáram 1830-szor kisebb, mint az elektronáram. A fenti függésekből a nyomást figyelembe véve az elektronok mobilitása a következő lesz:

b. =J-Ts-Ts - ■Jt ps

B \u003d 3,62-10'13 - dimenzió nélküli érték;

5 - részecske kölcsönhatás átmérője (Ramsauer).

Elektronsodródási sebesség az ívoszlopban:

A számítások során az ívoszlopot hengeresnek feltételezzük, homogénnek, állandó áramsűrűséggel a keresztmetszetben - K. K. Khrenov csatornamodellje.

Az ívoszlop hossza gyakorlatilag megegyezik az ív hosszával (0,1-15 mm-en belül). Az ívoszlop feszültségesése arányos az oszlop hosszával:

Az anód elektromos tere pozitív ionokat dob ​​az ívoszlopba, ehelyett elektronokat vonz. Volumetrikus negatív töltés jön létre. A felületi anód nem bocsát ki pozitív ionokat (kivéve bizonyos típusú szénívek esetét). Ebben a tekintetben az anódterület árama tisztán elektronikus áram ha \u003d / "<>.

Az anódterület hossza megközelítőleg megegyezik az atommal való utolsó ütközésből származó elektronok átlagos szabad útjával. Az anódterület térfogati negatív töltése anódfeszültségesést okoz, ami kevéssé függ az anód anyagától, az ívgázoktól, az íven áthaladó áramtól és 2…3 V. Az anódot elérő elektron adja ki a mozgási energiáját. , valamint a munkafüggvény, amelyet egy elektron leválasztására fordítottak a katódról.

Egy szabadon táguló ív áram-feszültség karakterisztikája (szabad)

Az ívkisülés stabil rendszer. Állandó energiaellátással sokféle üzemmódban tartja fenn magát. Bármilyen kiegyensúlyozatlanság olyan változást okoz az ív paramétereiben, hogy az ívfolyamat megmarad (nem szakad meg). Határok. amelyekben lehetségesek az ívfolyamatok, és az ív paramétereinek változásának jellege az egyensúlyhiányok hatására, határozza meg az áram-feszültség jellemzőket.

Statikus -1 - OS; dinamikus -1 - 0.

Figyelembe vesszük az ívoszlop statikus jellemzőit.

Feltételezések (K.K. Khrenov csatornamodellje):

Stabil ívfolyamatot tekintünk. Az ív korlátlan mennyiségben és tetszőlegesen hosszú ideig áramlik az ívbe. Az ív átmérőjét semmilyen külső tényező nem befolyásolja.

A termodinamikai egyensúlyt az ív minden zónájában szigorúan fenntartják. Ebben az esetben az ívplazma engedelmeskedik a Saha törvénynek.

Az ívoszlop egy henger, melynek felülete élesen elválasztja a Td hőmérsékletű ívplazmát a T = 0 környezettől.

Az ívoszlop összes hővesztesége az ív külső hengeres héjának sugárzási vesztesége, és megfelel a Stefan-Boltzmann törvénynek.

Steinbeck minimumelve.

A szabadon táguló Ívben a fizikai folyamatok úgy vannak beállítva, hogy t-> min.

Stabil íveljárás esetén az ívoszlop hővesztesége a lehető legkisebb ilyen körülmények között. A gázfázis adott állapota és állandó IH és P esetén az elektromos tér csak I^-től függ.

1. Az oszlop hőmérsékletének T6-tól való emelkedésével párhuzamosan nő az ionizáció mértéke, az elektronmobilitás, az áramsűrűség, az elektromos térerősség és a sugárzási veszteségek is.

2. Az oszlop hőmérsékletének a TB-től való csökkenésével az ionizáció mértéke és az áramsűrűség csökken, de a térerősség nő. Az energiaköltségek emelkednek.

Feltéve, hogy az ív átmérőjére nincs korlátozás, az ív széles tartományon belül önszabályozó rendszer. A lehető legkisebb térerősség automatikusan megmarad az ívben. Vagyis a közeg és az Id fizikai paramétereinek állandó értékeinél az ívben olyan Tf és rst értékek vannak beállítva, amelyeknél az oszlop térerőssége minimális lesz.

Energiaegyensúly az ív régiókban

Az f ívoszlop energiamérlege az elektronáram hányada, |a a hegesztőáram.

Forrásenergia (Joule-Lenz hő szabadul fel az ívoszlop plazma ellenállásán az átmenő árammal szemben):

ist - feszültségesés az ívoszlopon.

Semleges atomok ionizálása:

C az ívrés gázainak ionizációs potenciálja.

Sugárzó hőveszteség – RCT

Hőveszteség a konvekcióból - R^*,

Hőveszteség a töltött részecskék környezetbe való diffúziója miatt - RAWt>

Hőveszteség endoterm kémiai reakciókhoz - RXMt

Egyenleg egyenlet:

(1 - f)l*U* + (1-f)l*Ui+ 4d - Rem = f-lu

Q* + R* vagy egyszerűsített formában:

Q* = lc*(UK -<р)

tehát a kimenet:

annál jobb az elektronemisszió a katód felületéről (annál kisebb a munkafüggvény<р) - тем больше теплоты выделяется на катоде. Опытные данные показывают:

továbbá: 2 - jellemző a nem fogyasztható katódokra;

10 - jellemző a fogyó katódokra.

3. Energiaegyensúly az anódon.

Egyenleg egyenlet:

R + A ■ Rem - Qt + R*

vagy egyszerűsített formában:

Q" = l~(U, +<р)

A tapasztalati adatok azt mutatják:

Tömörített ív.

A het ívoszlop sugara mindenekelőtt az ívben lévő áram függvénye:

pі / 2,2 3 gst \u003d C2 -yy - d

b3,!9k2 a0 Uj

Az áramerősség növekedésével az ív sugara nő.

drCT „ P12 2,-13 . Р12 Megtette

ID Std3i (912 3 VAGY 2a‘3i! 9.2", C

Dgst - az ív sugarának növekedési üteme.

Az ívoszlop sugarának változási sebessége (Dgst - sebesség) az áram abszolút értékétől függ. Alacsony áramoknál a sugár érzékeny az áramváltozásokra, nagy áramoknál nem túl érzékeny. A határ az, amikor I" - * ", Dhet = 0.

Ha Dgst = const, az íváramot az "i" áramsűrűség határozza meg

I = LGap "Urn-

Az ilyen tulajdonságokkal rendelkező ívet tömörítettnek nevezzük. Ha a sugár legalább egy szakaszban a konstans értéke ^ A ^ ra tömörítettnek nevezzük.

A szabad ívről az összehúzott ívre való átmenet határa az U, ionizációs potenciáltól függ. Kis U érték esetén nagy áramra van szükség ahhoz, hogy egy sűrített ívbe menjen. A sugarat korlátozhatja az egyik elektróda területe, vagy az oszlop oldalfelületéről történő hőátadás növelése. Hideg gázárammal megfújva az ívet alacsony áramértékeken lehet sűrítetté alakítani.

Valós körülmények között a Dhet növekedését a következők befolyásolhatják:

1. Azon elektródák sugara, amelyek között az ív ég.

2. Annak a gáznak az ionizációs potenciálja, amelyben az ív ég.

3. Hőátadás az ívoszlop oldalfelületéről.

Módszerek tömörített ív előállítására

Ennek alapján a tömörített ív létrehozásának módjai vannak:

Legalább az egyik elektróda átmérőjének korlátozása;

Ívfújás nagy ionizációs potenciállal és nagy hővezető képességű gázzal (Ag. He);

Külső hosszanti mágneses tér (a mérnöki munkában nem használják).

Az ív áram-feszültség karakterisztikájának általános leírása a fentiek alapján a következőképpen végezhető el:

1) Szabad ív (szabadon táguló). A gst ívoszlop sugara -val növekszik

az áram növekedése^Id. Az ív hőmérséklete állandó T = const, az ionizáció foka x nagyon kicsi. Mind az ívoszlopnak, mind a katódtartománynak van esési karakterisztikája.

2) Összenyomott gyengén ionizált ív. Az r - ívoszlop sugara nem növekszik m növekedésével, az x ionizációs fok és a Ta ívoszlop hőmérséklete érezhetően növekedni kezd. Az ívoszlopnak továbbra is van esési karakterisztikája. Katód régió - növekvő

3) Cu ^ m ^ ^ yuok £ ionizált ívben. Az ívoszlop és a katód tartomány ionizációs foka x-*1 VAC növekszik. Az ívben zajló folyamatok már nem függnek a polaritástól, az elektródák anyagától és az ívoszlop gázainak tulajdonságaitól. Az ív közönséges vezetővé válik a fémek szintjén (10 000 K-en, az ellenállás p = 1,5-1 O "4 Ohm cm), és erősen koncentrált, nagyon stabil hegesztési hőforrássá válik

Működés közben az elektromos áramkörök folyamatosan zárnak és nyitnak. Régóta észrevették, hogy a nyitás pillanatában elektromos ív képződik az érintkezők között. Megjelenéséhez elegendő a 10 voltnál nagyobb feszültség és a 0,1 ampernél nagyobb áramerősség. Magasabb áram- és feszültségértékeknél az ív belső hőmérséklete gyakran eléri a 3-15 ezer fokot. Ez lesz a fő oka az érintkezők és a feszültség alatt álló részek megolvadásának.

Ha a feszültség 110 kilovolt és nagyobb, ebben az esetben az ív hossza elérheti az egy métert is. Az ilyen ív komoly veszélyt jelent az erős erőművekkel dolgozó személyekre, ezért minden áramkörben maximális korlátozása és gyors kioltása szükséges, függetlenül a feszültség értékétől.

Mi az elektromos ív

A legjellemzőbb példa az elektromos hegesztőív, amely a plazmában folyamatos elektromos kisülés formájában nyilvánul meg. A plazma viszont egymással kevert ionizált gázok és a védőatmoszféra összetevőinek gőzei, az alap- és a töltőanyag.

Így az elektromos ív két vízszintes síkban elhelyezkedő elektróda között elektromos kisülés elégetése. A felhevített gázok hatására ez a kisülés meggörbül, és ívként vagy ívként válik láthatóvá.

Ezek a tulajdonságok lehetővé tették az ív gyakorlatban történő gázvezetőként való alkalmazását, melynek segítségével az elektromos energia hőenergiává alakul, magas fűtési intenzitást hozva létre. Ez a folyamat az elektromos paraméterek változtatásával viszonylag könnyen szabályozható.

Normál körülmények között a gázok nem vezetnek áramot. Kedvező körülmények esetén azonban ionizálhatók. Atomjaik vagy molekuláik pozitív vagy negatív ionokká válnak. Magas hőmérséklet és nagy intenzitású külső elektromos tér hatására a gázok megváltoznak, és olyan plazma állapotba kerülnek, amely a vezető összes tulajdonságával rendelkezik.

Hogyan jön létre a hegesztőív

• Először egy érintkezés jelenik meg az elektróda vége és a munkadarab között, amely mindkét felületet érinti.
• Nagy sűrűségű áram hatására a felületi részecskék gyorsan megolvadnak, és folyékony fémréteget képeznek. Folyamatosan növekszik az elektróda irányában, ami után eltörik.
• Ebben a pillanatban a fém nagyon gyorsan elpárolog, és a kisülési rés ionokkal és elektronokkal kezd megtelni. Az alkalmazott feszültség hatására elmozdulnak az anód és a katód felé, ami a hegesztési ív gerjesztését eredményezi.
• Megkezdődik a termikus ionizáció folyamata, amelyben a pozitív ionok és a szabad elektronok tovább koncentrálódnak, az ívrés gáza még jobban ionizálódik, és maga az ív is stabillá válik.
• Hatása alatt a munkadarab és az elektróda fémei megolvadnak, és folyékony állapotban összekeverednek.
• Lehűlés után ezen a helyen hegesztési varrat képződik.

Elektromos ív oltása kapcsolóberendezésekben

Az elektromos áramkör elemeinek leválasztását nagyon óvatosan, a kapcsolóberendezések károsodása nélkül kell elvégezni. Az érintkezők kinyitása önmagában nem elegendő, a közöttük keletkező ívet megfelelően el kell oltani.

Az ív égésének és oltásának folyamatai a hálózatban való felhasználástól függően jelentősen eltérnek egymástól. Ha nincs különösebb probléma a DC-vel, akkor az AC esetében számos tényezőt kell figyelembe venni. Először is, az íváram minden félcikluson áthalad a nulla jelen. Ebben a pillanatban az energia felszabadulása leáll, ennek eredményeként az ív spontán kialszik, és újra világít. A gyakorlatban az áram már a nullapont átlépése előtt is megközelíti a nullát. Ennek oka az áramerősség és az ívbe juttatott energia csökkenése.

Ennek megfelelően a hőmérséklete is csökken, ami a termikus ionizáció megszűnését okozza. Az ív résében intenzív ionmentesítés megy végbe. Ha ebben a pillanatban az érintkezők gyors nyitása és bekötése történik, akkor előfordulhat, hogy meghibásodás nem történik meg, az áramkör ív megjelenése nélkül kikapcsol.

A gyakorlatban nagyon nehéz ilyen ideális feltételeket teremteni. Ezzel kapcsolatban speciális intézkedéseket dolgoztak ki az ív kihalásának felgyorsítására. A különféle műszaki megoldások lehetővé teszik az ívrés gyors hűtését és a töltött részecskék számának csökkentését. Ennek eredményeként fokozatosan növekszik ennek a résnek az elektromos szilárdsága, és ezzel egyidejűleg növekszik a rajta lévő helyreállító feszültség.

Mindkét érték függ egymástól, és befolyásolja az ív gyulladását a következő félciklusban. Ha a dielektromos szilárdság meghaladja a visszaállító feszültséget, akkor az ív nem gyullad tovább. Ellenkező esetben folyamatosan égni fog.

Az ív oltásának fő módjai

Elég gyakran alkalmazzák az ívhosszabbítás módszerét, amikor az érintkezési divergencia folyamatában, amikor az áramkört leválasztják, az megnyúlik (1. ábra). A felület növelésével a hűtési feltételek jelentősen javulnak, az égés támogatásához nagyobb feszültségértékre van szükség.

1.

Egy másik esetben az általános elektromos ívet különálló rövid ívekre osztják (2. ábra). Ehhez speciális fémrács használható. A lemezeiben elektromágneses mezőt indukálnak a hatás hatására, megfeszítve az ívet a szétváláshoz. Ezt a módszert széles körben használják 1 kV-nál kisebb feszültségű kapcsolóberendezésekben. Tipikus példa a légáramkör-megszakítók.

2.

Meglehetősen hatékony a kis mennyiségben történő oltás, azaz az íves csúszdák belsejében. Ezeknek az eszközöknek hosszirányú rései vannak, amelyek a tengelyek mentén egybeesnek az ívtengely irányával. A hideg felületekkel való érintkezés következtében az ív gyorsan hűlni kezd, és a töltött részecskéket aktívan kibocsátja a környezetbe.

Magas nyomás alkalmazása. Ebben az esetben a hőmérséklet változatlan marad, a nyomás nő, és az ionizáció csökken. Ilyen körülmények között az ív intenzíven lehűl. Szorosan zárt kamrákat használnak a nagy nyomás létrehozására. A módszer különösen hatékony biztosítékoknál és egyéb berendezéseknél.

Az érintkezők elhelyezésére szolgáló olaj segítségével az ívet el lehet oltani. Amikor kinyílnak, ív jelenik meg, amelynek hatására az olaj aktívan elpárolog. Kiderül, hogy egy gázbuborék vagy héj borítja, amely 70-80% hidrogénből és olajgőzből áll. A közvetlenül a hordó zónájába kerülő felszabaduló gázok hatására a buborékban lévő hideg és meleg gáz keveredik, intenzíven hűtve az ívrést.

Egyéb oltási módszerek

Az elektromos ív ellenállásának növelésével oltható el. Fokozatosan növekszik, és az áramerősség olyan értékre csökken, amely nem elegendő az égés fenntartásához. Ennek a módszernek a fő hátránya a hosszú oltási idő, amely alatt nagy mennyiségű energia oszlik el az ívben.

Az ívellenállás növelése többféle módon érhető el:

• Az ív megnyúlása, mivel ellenállása egyenesen arányos a hosszával. Ehhez meg kell változtatni az érintkezők közötti rést a növekedés irányába.
• A közeg hűtése az érintkezők között, ahol az ív található. Leggyakrabban fújást használnak, az ív mentén irányítva.
• Az érintkezőket alacsony ionizációs fokú gázközegbe vagy vákuumkamrába helyezzük. Ezt a módszert gáz- és vákuummegszakítókban használják.
• Az ív keresztmetszete szűk lyukon való átvezetéssel vagy az érintkezési felület csökkentésével csökkenthető.

A váltakozó feszültségű áramkörökben a nulláramú módszert alkalmazzák az ív oltására. Ebben az esetben az ellenállást alacsonyan tartják, amíg az áram nullára nem esik. Ennek eredményeként az oltás természetesen megtörténik, és a gyújtás nem ismétlődik meg, bár az érintkezők feszültsége megnőhet. Minden félciklus végén nullára esik, és az ív rövid időre kialszik. Ha növeli az érintkezők közötti rés dielektromos szilárdságát, akkor az ív kialszik.

Az elektromos ív következményei

Az ív pusztító hatása nemcsak a berendezésekre, hanem a dolgozó emberekre is komoly veszélyt jelent. Kedvezőtlen körülmények között súlyos égési sérüléseket szenvedhet. Néha az ív veresége halállal végződik.

Általános szabály, hogy elektromos ív akkor lép fel, amikor véletlenül érintkezik az áramot vezető részekkel vagy vezetőkkel. A rövidzárlati áram hatására a vezetékek megolvadnak, a levegő ionizálódik, és egyéb kedvező feltételek jönnek létre a plazmacsatorna kialakulásához.

Jelenleg az elektrotechnika területén jelentős pozitív eredményeket értek el a korszerű elektromos ív elleni védőberendezések segítségével.

A modern iparban a hegesztés nagy jelentőséggel bír, minden iparágban nagyon széles körű alkalmazási körrel rendelkezik. A hegesztési folyamat végrehajtásához hegesztőív szükséges.

Mi a hegesztőív, annak meghatározása

A hegesztési ív teljesítmény és időtartam szempontjából nagyon nagy elektromos kisülésnek minősül, amely a feszültség alá helyezett elektródák között gázkeverékben lép fel. Tulajdonságait magas hőmérséklet és áramsűrűség jellemzi, melynek köszönhetően képes megolvasztani a 3000 fok feletti olvadáspontú fémeket. Általánosságban elmondhatjuk, hogy az elektromos ív olyan gázvezető, amely az elektromos energiát hőenergiává alakítja. Az elektromos töltés az elektromos áram áthaladása egy gáznemű közegen.

Többféle elektromos kisülés létezik:

• Parázsló váladék. Alacsony nyomáson fordul elő, fénycsövekben és plazmaképernyőkben használják;
• Szikrakisülés. Akkor fordul elő, ha a nyomás megegyezik a légköri nyomással, nem folytonos alakú. A szikrakisülés megfelel a villámlásnak, és belső égésű motorok begyújtására is szolgál;
• Ívkisülés. Hegesztésre és világításra használják. Folyamatos formában különbözik, légköri nyomáson fordul elő;
• Korona. Akkor fordul elő, ha az elektróda teste durva és inhomogén, előfordulhat, hogy a második elektróda hiányzik, azaz sugár jelenik meg. A gázok portól való tisztítására szolgál;

Természet és szerkezet

A hegesztőív jellege nem olyan bonyolult, mint amilyennek első pillantásra tűnhet. A katódon áthaladó elektromos áram ezután behatol az ionizált gázba, fényes izzással és nagyon magas hőmérsékletű kisülés következik be, így az elektromos ív hőmérséklete elérheti a 7000-10000 fokot. Ezt követően az áram a feldolgozott hegesztett anyaghoz folyik. A magas hőmérséklet miatt az ív az emberi szervezetre káros ultraibolya és infravörös sugárzást bocsát ki, károsíthatja a szemet vagy könnyű égési sérüléseket okozhat a bőrön, ezért a megfelelő védelem szükséges a hegesztési folyamat során.

A hegesztőív szerkezete három fő területből áll: anódból, katódból és ívoszlopból. Az ívelés során a katódon és az anódon aktív foltok képződnek - olyan területek, ahol a hőmérséklet eléri a legmagasabb értékeket, ezeken a területeken halad át az összes elektromos áram, az anód és a katód területek nagyobb feszültségesést jelentenek. És maga az oszlop ezek között a területek között található, az oszlop feszültségesése nagyon kicsi. Így a hegesztési ív hossza a fenti területek összege, általában néhány milliméter hosszú, amikor az anód és a katód területe rendre 10-4, illetve 10-5 cm. A legkedvezőbb hossz körülbelül 4-6 mm, ilyen hosszúsággal állandó és kedvező hőmérséklet.

Fajták

A hegesztőív típusai különböznek a hegesztőáram ellátási sémájában és a környezetében, ahol előfordulnak, a leggyakoribb lehetőségek a következők:

• Közvetlen cselekvés. Ezzel a módszerrel a hegesztés párhuzamosan történik a hegesztendő fémszerkezettel, és az ív kilencven fokos szöget zár be az elektródához és a fémhez képest;
• Közvetett hatás hegesztési íve. Két elektróda használatakor fordul elő, amelyek 40-60 fokos szöget zárnak be a hegesztendő alkatrész felületével, az elektródák között ív keletkezik és hegeszti a fémet;

Van egy osztályozás is attól függően, hogy milyen légkörben fordulnak elő:

• nyitott típusú. Egy ilyen típusú ív ég a levegőben, és körülötte gázfázis képződik, amely tartalmazza a hegesztendő anyag gőzeit, elektródákat és azok bevonatait;
• zárt típusú. Az ilyen ív égése fluxusréteg alatt történik, az ív körül kialakult gázfázis fémgőzöket, elektródát és fluxust tartalmaz;
• Ív gázellátással. Az égő ívbe sűrített gázokat - héliumot, argont, szén-dioxidot, hidrogént és egyéb különféle gázkeverékeket - juttatnak, úgy szállítják, hogy a hegesztett fém ne oxidálódjon, ellátásuk hozzájárul a redukáló vagy semleges környezethez. Az ív körüli gázfázis magában foglalja - a szállított gáz-, fém- és elektródgőzöket;

Megkülönböztetik őket a hatás időtartama is - álló (hosszú távú használatra) és impulzusos (egyszeri használatra), a felhasznált elektróda anyaga szerint - szén, volfrám - nem fogyó elektródák és fém - fogyó. A leggyakoribb fogyóelektróda az acél. A mai napig a leggyakrabban használt hegesztés nem fogyó elektródával. Így a hegesztőívek típusai változatosak.

Égési körülmények

Normál körülmények között, azaz 25 fokos hőmérsékleten és 1 atmoszféra nyomáson a gázok nem képesek elektromos áramot vezetni. Az ív kialakulásához az szükséges, hogy az elektródák közötti gázok ionizáltak legyenek, azaz különféle töltött részecskéket - elektronokat vagy ionokat (kationokat vagy anionokat) tartalmazzanak. Az ionizált gáz képződésének folyamatát ionizációnak fogjuk nevezni, és azt a munkát, amelyet egy elektron leválasztására kell fordítani az atomrészecskéről, hogy elektron és ion keletkezzen, ionizációs munkának nevezzük, amelyet elektronvoltban és ionizációs potenciálnak nevezzük. A gázfázis jellegétől függ, hogy milyen energiát kell elkölteni egy elektronnak az atomról való leválasztásához, az értékek 3,5 és 25 eV között lehetnek. A legkisebb ionizációs potenciál az alkáli- és alkáliföldfém-csoportok fémei - kálium, kalcium és ennek megfelelően kémiai vegyületeik. Az elektródákat ilyen vegyületekkel vonják be, hogy hozzájáruljanak a hegesztési ív stabil létezéséhez és égéséhez.

Ezenkívül az ív kialakulásához és égéséhez állandó hőmérsékletre van szükség a katódon, amely a katód természetétől, átmérőjétől, méretétől és a környezeti hőmérséklettől függ. Az elektromos ív hőmérsékletének tehát állandónak kell lennie, és nem szabad ingadoznia, az áram hatalmas értékei miatt a hőmérséklet elérheti a 7 ezer fokot is, így abszolút minden anyag hegesztéssel rögzíthető. Az állandó hőmérsékletet a jó áramforrás biztosítja, ezért a választása a hegesztőgép tervezésénél nagyon fontos, befolyásolja az ív tulajdonságait.

megjelenése

Gyorskapcsolás során következik be, vagyis amikor az elektróda érintkezésbe kerül a hegesztendő anyag felületével, a kolosszális hőmérséklet hatására az anyag felülete megolvad, az elektróda és az elektróda között kis csík keletkezik az olvadt anyagból. a felület. Mire az elektróda és a hegesztendő anyag szétválik, az anyagból nyak alakul ki, amely a nagy áramsűrűség értékek miatt azonnal eltörik és elpárolog. A gáz ionizálódik, és elektromos ív keletkezik. Érintéssel vagy ütéssel felkelthető.

Sajátosságok

Más elektromos töltésekhez képest a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

• Nagy áramsűrűség, amely eléri a több ezer ampert négyzetcentiméterenként, aminek köszönhetően nagyon magas hőmérséklet érhető el;
• Az elektromos tér egyenetlen eloszlása ​​az elektródák közötti térben. Az elektródák közelében a feszültségesés nagyon nagy, amikor az oszlopban van - éppen ellenkezőleg;
• Hatalmas hőmérséklet, amely a nagy áramsűrűség miatt eléri a legmagasabb értékeket az oszlopban. Az oszlop hosszának növekedésével a hőmérséklet csökken, szűkülésével pedig éppen ellenkezőleg, nő;
• A hegesztési ívek segítségével különféle áram-feszültség jellemzők érhetők el - a feszültségesés függése az áramsűrűségtől állandó hosszúságon, azaz állandó égés mellett. Jelenleg három áram-feszültség jellemző van.

Az első az esés, amikor az erő és ennek megfelelően az áramsűrűség növekedésével a feszültség csökken. A második a kemény, amikor az áram változása semmilyen módon nem befolyásolja a feszültség értékét, a harmadik pedig a növekvő, amikor a feszültség is nő az áram növekedésével.

Így a hegesztőívet a fémszerkezetek rögzítésének legjobb és legmegbízhatóbb módjának nevezhetjük. A hegesztési folyamat nagy hatással van a mai iparra, mert csak a hegesztőív magas hőmérséklete képes a legtöbb fémet egyben tartani. A kiváló minőségű és megbízható varratok eléréséhez helyesen és helyesen kell figyelembe venni az ív összes jellemzőjét, figyelemmel kell kísérni az összes értéket, aminek köszönhetően az eljárás gyors és leghatékonyabb lesz. Figyelembe kell venni az ív tulajdonságait is: áramsűrűség, hőmérséklet és feszültség.

1802-ben Vaszilij Vlagyimirovics Petrov (1761-1834) orosz fizikus megállapította, hogy ha egy nagy elektromos akkumulátor pólusaihoz két darab szenet rögzítenek, és a szenet enyhén szétnyomják, akkor fényes láng keletkezik a szenek végeit és magukat a széneket fehérre hevítik, vakító fényt bocsátva ki (elektromos ív). Ezt a jelenséget hét évvel később egymástól függetlenül figyelte meg G. Davy angol kémikus, aki A. Volta tiszteletére javasolta, hogy ezt az ívet „voltaikusnak” nevezzék.

ábrán A 159. ábra mutatja az elektromos ív előállításának legegyszerűbb módját. A szabályozó állványban két szenet rögzítenek, amelyekhez jobb, ha nem közönséges szenet veszünk, hanem speciálisan készített rudakat, amelyeket grafit, korom és kötőanyagok (ívszén) keverékének sajtolásával nyernek. A világítási hálózat áramforrásként szolgálhat. A rövidzárlat elkerülése érdekében a szenek csatlakoztatásakor a reosztátot sorba kell kötni az ívvel.

Rizs. 159. Telepítés elektromos ív létrehozásához: 1 és 2 - szénelektródák

A világítási hálózatot jellemzően váltakozó áram táplálja. Az ív azonban egyenletesebben ég, ha állandó áramot vezetünk át rajta, így az egyik elektródája mindig pozitív (anód), a másik negatív (katód). Az ilyen ívű fűtött elektródák fényképe az 1. ábrán látható. 160. Az elektródák között van egy forró gázoszlop, amely jó elektromos vezető. Közönséges ívekben ez az oszlop sokkal kevesebb fényt bocsát ki, mint a forró szén, ezért nem látható a fényképen. A magasabb hőmérsékletű pozitív szén gyorsabban ég, mint a negatív szén. A szén erős szublimációja miatt mélyedés képződik rajta - egy pozitív kráter, amely az elektródák legforróbb része. A kráter hőmérséklete levegőben légköri nyomáson eléri a 4000 ° C-ot.

Rizs. 160. Elektromos ívelektródák (fotó)

98.1. Az ívlámpákban speciális szabályozókat használnak - olyan óramechanizmusokat, amelyek mindkét szenet ugyanolyan sebességgel kapcsolják össze, ahogy égnek. A pozitív szög vastagsága azonban mindig nagyobb, mint a negatívé. Miért csinálják?

Az ív fémelektródák (vas, réz stb.) között is éghet. Ebben az esetben az elektródák megolvadnak és gyorsan elpárolognak, ami sok hőt fogyaszt. Ezért a fémelektród kráterének hőmérséklete általában alacsonyabb, mint a szénelektródáé (2000-2500°C).

A szénelektródák között sűrített gázban (kb. 20 atm) ív égetésével sikerült a pozitív kráter hőmérsékletét 5900°C-ra, azaz a Nap felszínének hőmérsékletére hozni. Ugyanakkor a szén olvadását figyelték meg. Még magasabb hőmérsékleten van egy gáz- és gőzoszlop, amelyen keresztül elektromos kisülés lép fel. E gázok és gőzök elektronok és ionok általi energetikai bombázása, amelyet az ív elektromos mezője hajt, az oszlopban lévő gázok hőmérséklete 6000-7000 °C-ra emelkedik. Ezért az ívoszlopban szinte minden ismert anyag megolvad. és gőzzé alakul, és számos kémiai reakció válik lehetővé, amelyek nem mennek végbe alacsonyabb hőmérsékleten. Nem nehéz például ívlángban megolvasztani a tűzálló porcelánrudakat.

Az ívkisülés fenntartásához kis feszültségre van szükség: az ív jól ég, ha az elektródáin lévő feszültség 40-45 V. Az ívben lévő áram meglehetősen jelentős. Így például még kis ívben is, az ábrán látható kísérletben. 159, kb. 5 A áram van, és az iparban használt nagy ívekben az áram eléri a több száz ampert. Ez azt mutatja, hogy az ív ellenállása kicsi; következésképpen a világító gázoszlop is jól vezeti az elektromosságot.

98.2. Egy ívlámpához szénen 60 V feszültség mellett 300 A áram szükséges. Mennyi hő szabadul fel egy ilyen ívben 1 perc alatt? Mekkora egy ilyen ív ellenállása?

A gáz ilyen erős ionizációja csak annak köszönhető, hogy az ívkatód rengeteg elektront bocsát ki, amelyek becsapódásaikkal ionizálják a gázt a kisülési térben. A katód erős elektronemisszióját az biztosítja, hogy magát az ívkatódot nagyon magas hőmérsékletre (anyagtól függően 2200-3500°C-ra) hevítik. Amikor az ív meggyújtásához először érintkezésbe hozzuk a szenet, majd a nagyon nagy ellenállású érintkezési ponton a szeneken áthaladó áram szinte teljes Joule-hője felszabadul (59. §). Ezért a szenek végei nagyon forróak, és ez elég ahhoz, hogy széthúzásukkor ív törjön ki köztük. A jövőben az ív katódját maga az íven áthaladó áram tartja fűtött állapotban. Ebben a főszerep a katódnak a rá eső pozitív ionok általi bombázása.

Az ív áram-feszültség karakterisztikája, vagyis az ívben lévő áramerősség és az elektródák közötti feszültség kapcsolata teljesen sajátos jellegű. Eddig kétféle függőséggel találkozhattunk: fémekben és elektrolitokban a feszültség arányában nő az áramerősség (Ohm-törvény), a gázok nem önfenntartó vezetése esetén az áram először a feszültség növekedésével nő, ill. akkor eléri a telítettséget és nem függ a feszültségtől. Ívkisülés esetén az áramerősség növekedésével az ívkivezetéseken a feszültség csökken. Az ívről azt mondják, hogy csökkenő áram-feszültség karakterisztikája van.

Így ívkisülés esetén az áramerősség növekedése az ívrés ellenállásának csökkenéséhez és a rajta lévő feszültség csökkenéséhez vezet. Éppen ezért ahhoz, hogy az ív egyenletesen égjen, be kell kapcsolni egy reosztátot (159. ábra) vagy más, úgynevezett ballasztellenállást vele sorosan.

Az elektromos ív rendkívül pusztító lehet a berendezésekre, és ami még fontosabb, veszélyes lehet az emberekre. Évente riasztóan sok az általa okozott baleset, amelyek gyakran súlyos égési sérüléseket vagy halált okoznak. Szerencsére jelentős előrelépés történt az elektromos iparban az ívgyulladás elleni védelmi eszközök és módszerek kidolgozása terén.

Előfordulás okai és helyei

Az elektromos ív az egyik leghalálosabb és legkevésbé ismert elektromos veszély, és a legtöbb iparágban elterjedt. Széles körben elismert tény, hogy minél nagyobb egy elektromos rendszer feszültsége, annál nagyobb a kockázata a feszültség alatt álló vezetékeken és berendezéseken vagy azok közelében dolgozó embereknek.

Az ívvillanásból származó hőenergia azonban valójában nagyobb is lehet, és gyakrabban fordul elő alacsonyabb feszültségeknél, ugyanolyan pusztító hatásokkal.

Az elektromos ív általában akkor fordul elő, ha véletlenül érintkezik egy áramvezető vezeték, például egy trolibusz vagy villamosvonal kontaktvezetéke egy másik vezetővel vagy egy földelt felülettel.

Amikor ez megtörténik, a keletkező rövidzárlati áram megolvasztja a vezetékeket, ionizálja a levegőt, és tüzes, vezetőképes plazmacsatornát hoz létre jellegzetes ív alakú (innen ered a név), és a magjában lévő elektromos ív hőmérséklete elérheti a 20 000 fokot. °C

Mi az elektromos ív?

Valójában ez az, amit a fizikában és az elektrotechnikában jól ismert ívkisülésnek neveznek – ez egyfajta független elektromos kisülés a gázban. Mik az elektromos ív fizikai tulajdonságai? Széles gáznyomás-tartományban ég, az elektródák közötti állandó vagy váltakozó (akár 1000 Hz-es) feszültségen, több volttól (hegesztési ív) több tíz kilovoltig terjedő tartományban. A maximális íváram-sűrűség a katódon figyelhető meg (10 2 -10 8 A/cm 2), ahol nagyon fényes és kicsi katódfolttá húzódik össze. Véletlenszerűen és folyamatosan mozog az elektróda teljes területén. A hőmérséklete olyan, hogy a katód anyaga felforr benne. Ezért ideális feltételek jönnek létre az elektronok termikus kibocsátásához a katódközeli térbe. Fölötte egy kis réteg képződik, amely pozitív töltésű, és biztosítja a kibocsátott elektronok olyan sebességre történő gyorsulását, amelyen sokk ionizálják a közeg atomjait és molekuláit az elektródák közötti résben.

Ugyanez a folt, de valamivel nagyobb és kevésbé mozgékony, az anódon is kialakul. A hőmérséklet benne közel van a katódfolthoz.

Ha az íváram több tíz amper nagyságrendű, akkor mindkét elektródából plazmasugarak vagy fáklyák áramlanak ki nagy sebességgel a felületükre (lásd az alábbi képet).

Nagy áramerősség esetén (100-300 A) további plazmasugarak jelennek meg, és az ív hasonlóvá válik a plazmaszálak nyalábjához (lásd az alábbi fotót).

Hogyan jelenik meg az ív az elektromos berendezésekben

Mint fentebb említettük, előfordulásának katalizátora egy erős hőleadás a katódfoltban. Az elektromos ív hőmérséklete, mint már említettük, elérheti a 20 000 ° C-ot, körülbelül négyszer magasabb, mint a nap felszínén. Ez a hő gyorsan megolvaszthatja vagy akár elpárologtathatja a rézvezetőket, amelyek olvadáspontja körülbelül 1084 °C, sokkal alacsonyabb, mint egy ívben. Ezért gyakran rézgőz és olvadt fém fröccsenése képződik benne. Amikor a réz szilárd anyagból gőzzé válik, eredeti térfogatának több tízezerszeresére tágul. Ez egyenértékű azzal, hogy egy köbcentiméterben lévő rézdarab a másodperc törtrésze alatt 0,1 köbméteresre változik. Ebben az esetben nagy intenzitású nyomás és hanghullámok terjednek nagy sebességgel (amely meghaladhatja az 1100 km-t óránként).

Elektromos ív hatása

Súlyos sérülést, sőt, ha bekövetkezik akár halált is, nemcsak az elektromos berendezéseken dolgozók, hanem a közelben tartózkodók is szenvedhetnek. Az ívsérülések közé tartozhatnak a külső bőrégések, a forró gázok és az elpárolgott fémek belélegzése által okozott belső égési sérülések, a halláskárosodás, a látáskárosodás, például a villanó ultraibolya fény által okozott vakság és sok más pusztító sérülés.

Egy különösen erős ívnél olyan jelenségek is előfordulhatnak, mint például a robbanás, amely több mint 100 kilopascal (kPa) nyomást hoz létre a törmelékrészecskék, például repeszek kilökődésével akár 300 méter/s sebességgel.

Az elektromos íváramoknak kitett egyének komoly kezelésre és rehabilitációra szorulhatnak, és sérüléseik ára rendkívüli lehet – fizikailag, érzelmileg és anyagilag is. Míg a vállalkozásokat a törvény kötelezi minden munkatevékenység kockázatértékelésének elvégzésére, az ívképződés kockázatát gyakran figyelmen kívül hagyják, mivel a legtöbb ember nem tudja, hogyan értékelje és hogyan kezelje hatékonyan ezt a veszélyt. Az elektromos ív hatásai elleni védelem egy sor eszköz alkalmazását foglalja magában, beleértve a speciális elektromos védőfelszerelések, védőruházat és magának a berendezésnek a használatát, különösen az ívoltó eszközökkel tervezett kisfeszültségű kapcsoló elektromos berendezéseket. feszültség alatt álló elektromos berendezésekkel dolgozik.

Ív az elektromos készülékekben

Az elektromos berendezések ezen osztályában (megszakítók, kontaktorok, mágneses indítók) különösen fontos a jelenség elleni küzdelem. Amikor egy olyan kapcsoló érintkezői kinyílnak, amely nincs felszerelve speciális eszközökkel, hogy megakadályozzák az ívet, szükségszerűen meggyullad közöttük.

Abban a pillanatban, amikor az érintkezők szétválni kezdenek, az utóbbi területe gyorsan csökken, ami az áramsűrűség növekedéséhez és ennek következtében a hőmérséklet növekedéséhez vezet. Az érintkezők közötti résben keletkező hő (szokásos közepes olaj vagy levegő) elegendő a levegő ionizálásához vagy az olaj elpárologtatásához és ionizálásához. Az ionizált levegő vagy gőz az érintkezők közötti íváram vezetőjeként működik. A köztük lévő potenciálkülönbség nagyon kicsi, de az ív fenntartásához elegendő. Ezért az áramkörben az áram mindaddig folyamatos marad, amíg az ívet nem szüntetik meg. Nem csak késlelteti az áram megszakításának folyamatát, hanem hatalmas mennyiségű hőt is termel, ami károsíthatja magát a megszakítót. Így egy kapcsolónál (elsősorban a nagyfeszültségűnél) a fő probléma az elektromos ív mielőbbi eloltása, hogy a benne keletkező hő ne érjen el veszélyes értéket.

Ívkarbantartási tényezők a megszakító érintkezői között

Ezek tartalmazzák:

2. Ionizált részecskék közöttük.

Ezt figyelembe véve ezen kívül megjegyezzük:

• Ha kis hézag van az érintkezők között, még egy kis potenciálkülönbség is elegendő az ív fenntartásához. Az oltás egyik módja az, hogy az érintkezőket olyan távolságra választják el egymástól, hogy a potenciálkülönbség nem lesz elegendő az ív fenntartásához. Ez a módszer azonban nem praktikus nagyfeszültségű alkalmazásokban, ahol sok mérőóra szétválasztására lehet szükség.
• Az érintkezők közötti ionizált részecskék általában támogatják az ívet. Ha az útja ionmentes, akkor a kioltási folyamat könnyebbé válik. Ez az ív lehűtésével vagy az ionizált részecskék eltávolításával érhető el az érintkezők közötti térből.
• Kétféleképpen biztosítható az ívvédelem a megszakítókban:

Nagy ellenállású módszer;

Nulla áramú módszer.

Az ív oltása ellenállásának növelésével

Ennél a módszernél az ívpályán az ellenállás idővel növekszik, így az áramerősség olyan értékre csökken, amely nem elegendő a fenntartásához. Következésképpen megszakad és az elektromos ív kialszik. Ennek a módszernek a fő hátránya, hogy a kioltási idő meglehetősen hosszú, és hatalmas mennyiségű energiának van ideje eloszlani az ívben.

Az ívellenállás növelhető:

• Az ív megnyúlása - az ív ellenállása egyenesen arányos a hosszával. Az ív hossza az érintkezők közötti hézag változtatásával növelhető.
• Az ív, pontosabban az érintkezők közötti közeg hűtése. A hatékony léghűtést az ív mentén kell irányítani.
• Az érintkezők nehezen ionizálható gázközegbe (gázkapcsolók) vagy vákuumkamrába (vákuumkapcsolók) helyezésével.
• Az ív keresztmetszetének csökkentésével keskeny lyukon való átvezetéssel, vagy az érintkezési felület csökkentésével.
• Az ív felosztásával - ellenállása növelhető, ha több sorba kapcsolt kis ívre osztja. Mindegyikük tapasztalja a nyúlás és a hűtés hatását. Az ív felosztható néhány vezetőképes lemez behelyezésével az érintkezők közé.

Ívkioltás nulláramú módszerrel

Ezt a módszert csak váltakozó áramú áramkörökben alkalmazzák. Ebben az ívellenállást alacsonyan tartják, amíg az áram nullára nem esik, ahol természetesen kialszik. Az érintkezők feszültségnövekedése ellenére megakadályozzák az újragyulladást. Minden modern nagyáramú megszakító ezt az ívoltási módszert alkalmazza.

Váltakozó áramú rendszerben ez utóbbi minden félciklus után nullára csökken. Minden ilyen visszaállításnál az ív rövid időre kialszik. Ebben az esetben az érintkezők közötti közeg ionokat és elektronokat tartalmaz, így a dielektromos szilárdsága kicsi, és az érintkezőkön lévő növekvő feszültség könnyen tönkreteheti.

Ha ez megtörténik, az elektromos ív égni fog az áram következő fél ciklusában. Ha közvetlenül a nullázás után az érintkezők közötti közeg dielektromos szilárdsága gyorsabban nő, mint a rajtuk lévő feszültség, akkor az ív nem gyullad ki, és az áram megszakad. A közeg dielektromos szilárdságának gyors növekedése közel nulla áramhoz a következőképpen érhető el:

• az érintkezések közötti térben lévő ionizált részecskék rekombinációja semleges molekulákká;
• az ionizált részecskék eltávolítása és semleges részecskékkel való helyettesítése.

Így az ív váltakozó áramának megszakításában az igazi probléma az érintkezők közötti közeg gyors ionmentesítése, amint az áram nullává válik.

Az érintkezők közötti közeg ionmentesítésének módjai

1. Hézagnyúlás: A közeg dielektromos szilárdsága arányos az érintkezők közötti rés hosszával. Így az érintkezők gyors nyitásával a közeg nagyobb dielektromos szilárdsága is elérhető.

2. Magas nyomás. Ha az ív közvetlen közelében nő, akkor az ívkisülési csatornát alkotó részecskék sűrűsége is megnő. A részecskék megnövekedett sűrűsége magas szintű ionmentesítéséhez vezet, és ennek következtében megnő az érintkezők közötti közeg dielektromos szilárdsága.

3. Hűtés. Az ionizált részecskék természetes rekombinációja gyorsabb, ha lehűlnek. Így az érintkezők közötti közeg dielektromos szilárdsága az ív hűtésével növelhető.

4. Robbanáshatás. Ha az érintkezők közötti ionizált részecskéket elsöpri és nem ionizált részecskékre cseréljük, akkor a közeg dielektromos szilárdsága növelhető. Ez elérhető gázrobbanással, amelyet a nyomózónába irányítanak, vagy olajat fecskendeznek be az érintkezési térbe.

Ezek a megszakítók kén-hexafluorid (SF6) gázt használnak ívoltó közegként. Erősen hajlamos a szabad elektronok elnyelésére. A kapcsoló érintkezői a köztük lévő nagynyomású SF6 áramlásban nyílnak (lásd az alábbi ábrát).

A gáz az ívben felfogja a szabad elektronokat, és kis mobilitású negatív ionok feleslegét képezi. Az ívben lévő elektronok száma gyorsan csökken, és kialszik.