Oblouk. Podmínky pro vznik a hoření oblouku. Způsoby hašení oblouku.

Otevření elektrického obvodu za přítomnosti proudu je doprovázeno elektrickým výbojem mezi kontakty. Pokud jsou proud a napětí mezi kontakty v odpojovaném obvodu větší než kritické hodnoty pro dané podmínky, dojde k poruše mezi kontakty oblouk, jehož doba trvání závisí na parametrech obvodu a podmínkách deionizace obloukové mezery. Vytvoření oblouku při otevírání měděných kontaktů je možné již při proudu 0,4-0,5 A a napětí 15 V.

Obr. 1. Umístění napětí U(a) a intenzita ve stacionárním oblouku stejnosměrného proudu E(b).

V oblouku se rozlišuje katodový prostor, kmen oblouku a anodový prostor (obr. 1). Veškeré napětí je rozloženo mezi tyto oblasti. Udo Usd, UA. Pokles napětí katody ve stejnosměrném oblouku je 10-20 V a délka tohoto úseku je 10-4-10-5 cm, takže v blízkosti katody je pozorována vysoká intenzita elektrického pole (105-106 V/cm). Při takto vysokých intenzitách dochází k nárazové ionizaci. Její podstata spočívá v tom, že elektrony odtržené od katody silami elektrického pole (emise pole) nebo vlivem zahřátí katody (termionická emise) jsou urychlovány v elektrickém poli a při dopadu na neutrální atom mu dávají svou kinetickou energii. Pokud je tato energie dostatečná k odstranění jednoho elektronu z obalu neutrálního atomu, dojde k ionizaci. Výsledné volné elektrony a ionty tvoří plazma jádra oblouku.

Obr. 2. Změna proudu a napětí při zhášení oblouku střídavého proudu v obvodu s indukční zátěží.

Vodivost plazmatu se blíží vodivosti kovů [у= 2500 1/(Ohm×cm)]/ Hlavnicí oblouku protéká velký proud a vzniká vysoká teplota. Proudová hustota může dosáhnout 10 000 A/cm2 nebo více a teplota se může pohybovat od 6000 18000 K při atmosférickém tlaku do XNUMX XNUMX K nebo více při zvýšeném tlaku.

Vysoké teploty v hlavni oblouku vedou k intenzivní tepelné ionizaci, která udržuje vysokou vodivost plazmatu.

Tepelná ionizace je proces tvorby iontů v důsledku srážky molekul a atomů, které mají vysokou kinetickou energii při vysokých rychlostech svého pohybu.

Čím větší je proud v oblouku, tím menší je jeho odpor, a proto je k vypálení oblouku potřeba menší napětí, t.j. oblouk s vysokým proudem se hůře uhasí.

Při střídavém proudu napájecí napětí ucd se mění sinusově a mění se také proud v obvodu i (obr. 2) a proud zaostává za napětím přibližně o 90°. Napětí oblouku ud, pálení mezi kontakty spínače, přerušovaně. Při malých proudech se napětí zvýší na hodnotu uz (zážehové napětí), pak jak se zvyšuje proud v oblouku a zvyšuje se tepelná ionizace, napětí klesá. Na konci půlperiody, když se proud blíží nule, oblouk zhasne při zhášecím napětí ug. V další půlperiodě se jev opakuje, pokud nejsou provedena opatření k deionizaci mezery.

Pokud dojde k uhašení oblouku tím či oním způsobem, mělo by se napětí mezi kontakty spínače obnovit na napájecí napětí – uvz (obr. 2, bod A). Protože však obvod obsahuje indukční, činné a kapacitní odpory, dochází k přechodovému ději a dochází ke kolísání napětí (obr. 2), jehož amplituda Uin,max může výrazně překročit normální napětí. Pro odpojení zařízení je důležité, jakou rychlostí se obnoví napětí na úseku AB. Abychom to shrnuli, lze poznamenat, že výboj oblouku začíná v důsledku nárazové ionizace a emise elektronů z katody a po zapálení je oblouk udržován tepelnou ionizací v hlavni oblouku.

2. Podmínky pro uhašení oblouku střídavého proudu

Ve spínacích zařízeních je nutné nejen otevřít kontakty, ale také uhasit oblouk, který mezi nimi vznikl.

V obvodech střídavého proudu prochází proud v oblouku každou půlperiodu nulou (obr. 2) v těchto okamžicích oblouk samovolně zhasne, ale v další půlperiodě se může znovu objevit. Jak ukazují oscilogramy, proud v oblouku se přiblíží nule o něco dříve než přirozený přechod nulou (obr. 3, а). To je vysvětleno skutečností, že když proud klesá, energie dodávaná do oblouku se snižuje, proto se teplota oblouku snižuje a tepelná ionizace přestává. Délka mrtvé pauzy tn je malé (od desítek do několika set mikrosekund), ale hraje důležitou roli při zhášení oblouku. Pokud v mrtvé pauze rozepnete kontakty a oddálíte je dostatečnou rychlostí na takovou vzdálenost, aby nedošlo k elektrickému průrazu, dojde k velmi rychlému rozpojení obvodu.

Během bezproudové pauzy intenzita ionizace prudce klesá, protože nedochází k tepelné ionizaci. Ve spínacích zařízeních se navíc provádějí umělá opatření k ochlazení prostoru oblouku a snížení počtu nabitých částic. Tyto deionizační procesy vedou k postupnému zvyšování elektrické pevnosti mezery. upr (obr. 3, б).

K prudkému nárůstu elektrické pevnosti mezery poté, co proud překročí nulu, dochází především v důsledku zvýšení pevnosti blízkého katodového prostoru (v obvodech střídavého proudu 150-250V). Současně se zvyšuje obnovovací napětí uV . Pokud kdykoliv upr > umezera nebude proražena, po průchodu proudu nulou se oblouk znovu nerozsvítí. Pokud v určitém okamžiku upr = uv , pak se oblouk v mezeře znovu zapálí.

Obr. 3. Podmínky pro uhašení oblouku střídavého proudu:

а – zhášení oblouku při přirozeném přechodu proudu nulou; б – zvýšení elektrické pevnosti mezery oblouku, když proud prochází nulou

Úkol zhášení oblouku je tedy redukován na vytvoření takových podmínek, že elektrická pevnost mezery mezi kontakty ubylo mezi nimi větší napětí uv.

Proces zvyšování napětí mezi kontakty odpojeného zařízení může mít různý charakter v závislosti na parametrech spínaného obvodu. Pokud se odpojí obvod s převahou aktivního odporu, obnoví se napětí podle aperiodického zákona; Převažuje-li v obvodu indukční odpor, dochází k oscilacím, jejichž frekvence závisí na poměru kapacity a indukčnosti obvodu. Oscilační proces vede k významným rychlostem obnovy napětí a čím vyšší je rychlost, duPROTI/dt, tím je pravděpodobnější, že se mezera rozpadne a oblouk se znovu zapálí. Pro usnadnění podmínek zhášení oblouku se do obvodu vypínaného proudu zavádějí aktivní odpory, pak bude charakter obnovy napětí aperiodický (obr. 3, Obr. б).

3. Způsoby zhášení oblouku ve spínacích zařízeních do 1000 В

Ve spínacích zařízeních do 1 kV se široce používají následující metody zhášení oblouku:

Prodloužení oblouku s rychlou divergenci kontaktů.

Čím delší je oblouk, tím větší napětí je potřeba pro jeho existenci. Pokud je napětí zdroje nižší, oblouk zhasne.

Rozdělení dlouhého oblouku na řadu krátkých (obr. 4, а).

Jak je znázorněno na Obr. 1, napětí na oblouku sestává z katody Udo a anoda Ua poklesy napětí a napětí hlavně Usd:

Pokud je dlouhý oblouk, který vzniká při rozepnutí kontaktů, vtažen do zhášecí mřížky z kovových plátů, rozdělí se na N krátké oblouky. Každý krátký oblouk bude mít svou vlastní katodu a poklesy anodového napětí. UE. Oblouk zhasne, pokud:

U U2, a proto budou hasicí zařízení fungovat za jiných podmínek. Pro vyrovnání napětí jsou paralelně k hlavním kontaktům spínače (MCS) připojeny kondenzátory nebo aktivní odpory (obr. 16, Obr. б, в). Hodnoty kapacit a aktivních bočníkových odporů jsou voleny tak, aby napětí na výhybkách bylo rozloženo rovnoměrně. U spínačů s bočníkovými odpory se po zhasnutí oblouku mezi GC přeruší doprovodný proud, jehož hodnota je omezena odpory, pomocnými kontakty (AC).

Odpory bočníku snižují rychlost nárůstu obnovovacího napětí, což usnadňuje zhášení oblouku.

4. Zhášení oblouku ve vakuu.

Vysoce zředěný plyn (10-6-10-8 N/cm2) má elektrickou pevnost, která je desítkykrát větší než u plynu při atmosférickém tlaku. Pokud se kontakty otevřou ve vakuu, pak se ihned po prvním průchodu proudu v oblouku nulou obnoví síla mezery a oblouk se znovu nezapálí.

5. Zhášení oblouku ve vysokotlakých plynech.

Vzduch o tlaku 2 MPa nebo více má vysokou elektrickou pevnost. To umožňuje vytvořit poměrně kompaktní zařízení pro zhášení oblouku v atmosféře stlačeného vzduchu. Ještě efektivnější je použití plynů s vysokou pevností, jako je fluorid sírový SF6 (fluorid sírový). Plyn SFXNUMX má nejen větší elektrickou pevnost než vzduch a vodík, ale také lepší vlastnosti při zhášení oblouku i při atmosférickém tlaku.

Práce se zařízením pod napětím vždy vyžaduje dodržování bezpečnostních opatření. Úraz elektrickým proudem nebo náhlý elektrický oblouk mohou mít na člověka škodlivý účinek. Je důležité vědět, za jakých podmínek k obloukovému výboji dochází, jaké škody může způsobit a jak se chránit před škodlivými vlivy.

Charakteristika a příčiny jevu

Elektrický oblouk je elektrický výboj, který vzniká mezi dvěma vodiči, když dojde k ostrému přerušení nebo krátkému kontaktu vodičů mezi sebou nebo s uzemněným povrchem. Náhlé otevření obvodu pod napětím může vytvořit elektrický oblouk. Typickým příkladem je záblesk nebo jiskra způsobená odpojením výkonného elektrického spotřebiče ze zásuvky. Nebo blesk, který vizuálně ukazuje, jak vzniká a chová se elektrický obloukový výboj.

Blesky v blízkosti napájecího zařízení nelze ovládat. Ale když znáte faktory, které vyvolávají jejich vzhled, můžete se chránit předem. Příčiny elektrického obloukového výboje jsou:

• náhlé proudění vzduchu do napájecí skříně při otevření dveří;
• přiblížení vodičů k sobě;
• prasknutí vodičů vysokého napětí, pád vedení na zem;
• křížení fází a nesprávně připojené vodiče;
• náhodné upuštění nástroje nebo kontakt s vodivými prvky;
• porucha izolace, koroze spojů a pájek.

Více než polovina důvodů souvisí s lidským faktorem, kdy se v postižené oblasti nacházejí lidé, kteří by si mohli ublížit.

Dopad elektrického oblouku na člověka

Výskyt elektrického výboje je doprovázen jasným zábleskem, který oslepuje a způsobuje ultrafialové popálení rohovky oka. Elektrooftalmie je doprovázena zarudnutím, slzením, bolestí a dalšími nepříjemnými příznaky. V nejhorším případě pacient prostě nemůže otevřít oči a ztrácí zrak. Výbuchy, které doprovázejí zvláště silné poruchy, jsou ohlušující a způsobují zranění odletujícími úlomky a částmi.

Teplota v oblasti výboje se pohybuje od 2500 do 18000 0 C. To může způsobit těžké popáleniny částí těla, dokonce i smrt. Pokud dojde k elektrickému oblouku uvnitř rozvaděče nebo transformátoru, izolační materiály se roztaví a kovové části se vaří. Proces je doprovázen uvolňováním škodlivých výparů a horkých plynů. To vyvolává otravu a popáleniny dýchacího systému.

Jak se chránit před výbojem elektrického oblouku

Nosit specializované oblečení je hlavní způsob, jak se chránit před elektrickým obloukem. Materiály, ze kterých jsou sestavy vyrobeny, musí splňovat následující požadavky:

• chránit před vysokými teplotami;
• nevedou elektrický proud;
• snížit vystavení ultrafialovému záření;
• zabránit požáru a doutnání oděvů;
• snížit dopad mechanického poškození.

Pracovníci, kteří pracují s elektřinou a udržují vysokonapěťové napájecí sítě a průmyslová zařízení, musí mít speciální oděv. Ochranné oděvy zahrnují:

• svářečské masky a přilby se štíty;
• Dielektrické rukavice, galoše a holínky;
• obleky, kombinézy a pláštěnky;
• boty, kukly, mikiny.

Oblek je vybírán s ohledem na roční období a povětrnostní podmínky, měl by co nejvíce zakrývat exponovaná místa těla, chránit před požáry a úrazy elektrickým proudem. Kromě toho existují pomocná zařízení, která pomohou chránit před poruchou. Patří sem: izolační rohože, podložky, tyče, stojany a krytky.

Modely ochranných oděvů pro ochranu před elektrickým obloukem

Oblek s ochranou proti elektrickému oblouku 90 cal/cm2 je vyroben z ohnivzdorné tkaniny WORKER. Sada obsahuje bundu a kalhoty/kombinézu a také spodní prádlo. Třída ochrany 7. Zabraňuje požáru a průchodu elektrického proudu.

Oblek ENERGO LUX s ochranou proti elektrickému oblouku od 9 do 81 cal/cm 2 v závislosti na hustotě tepelné a ohnivzdorné tkaniny Thermol. Skládá se z bundy a kalhot nebo overalu. Má obložení ze speciálního diskrétního povlaku pro snížení tření.

ELECTRA SUIT ZN-24 s ochranou proti elektrickému oblouku 65,5 cal/cm². Vyrobeno z ohnivzdorné tkaniny Nomex-Comfort. Má antistatické vlastnosti. Skládá se z bundy a overalu.

Ochranný oblek proti elektrickému oblouku vyrobený z tkaniny Indura Ultra Soft. Zahrnuje bundu a kalhoty nebo overal. Upevňovací prvky jsou skryté. Našité kapsy pro větší ochranu. Eliminuje úraz elektrickým proudem a požár.