Дуговой разряд: ДУГОВОЙ РАЗРЯД — это… Что такое ДУГОВОЙ РАЗРЯД? — НПФ Техсервис — Техническое оборудование общепромышленного и нефтепромыслового назначения

Содержание

ДУГОВОЙ РАЗРЯД — это… Что такое ДУГОВОЙ РАЗРЯД?

ДУГОВОЙ РАЗРЯД: один из типов стационарного электрического разряда в газе, характеризующийся большой плотностью тока и малым падением напряжения (сравнимым с потенциалом ионизации газа). Д. р. может возникнуть в результате электрич. пробоя разрядного промежутка при кратковрем. резком повышении напряжения между электродами. Если пробой происходит при давлении газа, близком к атмосферному, то Д. р. предшествует искровой разряд. Д. р. используется в дуговых печах, в газоразрядных источниках света, при дуговой сварке, в плазматронах и т. д.

ДУГОВАЯ УГОЛЬНАЯ ЛАМПА
ДУГОГАСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Смотреть что такое «ДУГОВОЙ РАЗРЯД» в других словарях:

ДУГОВОЙ РАЗРЯД — самостоятельный квазистационарный электрический разряд в газе, горящий практически при любых давлениях газа, превышающих 10 2 10 4 мм рт. ст., при постоянной или меняющейся с низкой частотой (до 103 Гц) разности потенциалов между электродами. Д.… … Физическая энциклопедия
дуговой разряд — Самостоятельный электрический разряд, при котором электрическое поле в разрядном промежутке определяется в основном величиной и расположением в нем объемных зарядов и который характеризуется малым катодным падением потенциала (порядка или меньше… … Справочник технического переводчика
дуговой разряд — дуговой разряд; отрасл. дугообразный разряд; вольтова дуга Электрический разряд, при котором электрическое поле в разрядном промежутке определяется в основном величиной и расположением в нем объемных зарядов, характеризуемый малым катодным… … Политехнический терминологический толковый словарь
ДУГОВОЙ РАЗРЯД — электрический разряд в газах, характеризуемый большой плотностью тока и малым падением потенциала вблизи катода. Поддерживается термоэлектронной эмиссией или автоэлектронной эмиссией с катода. Температура газа в канале дугового разряда при… … Большой Энциклопедический словарь
ДУГОВОЙ РАЗРЯД — один из видов самостоятельного электрического разряда в газе, характеризуемый высокой плотностью тока. Нагретый до высокой температуры ионизированный газ в столбе между электродами, к которым подведено электрическое напряжение, находится в… … Большая политехническая энциклопедия
Дуговой разряд — один из типов стационарного электрического разряда в газах (См. Электрический разряд в газах). Впервые наблюдался между двумя угольными электродами в воздухе в 1802 В. В. Петровым и независимо в 1808 09 Г. Дэви. Светящийся токовый канал… … Большая советская энциклопедия
дуговой разряд — lankinis išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. arc discharge; electric arc in gas vok. Bogenentladung, f rus. дуговой разряд, m; дуговой разряд в газе, m pranc. décharge d’arc, f; décharge en régime d’arc, f; décharge par arc, f … Fizikos terminų žodynas
дуговой разряд — электрический разряд в газах, горящий практически при любых давлениях газа, превышающих 10 2 10 3 мм рт. ст.; характеризуется большой плотностью тока на катоде и малым падением потенциала. Впервые наблюдался в 1802 В. В. Петровым в воздухе… … Энциклопедический словарь
Дуговой разряд — Электрическая дуга в воздухе Электрическая дуга физическое явление, один из видов электрического разряда в газе. Синонимы: Вольтова дуга, Дуговой разряд. Впервые была описана в 1802 году русским ученым В. В. Петровым. Электрическая дуга является… … Википедия
дуговой разряд — lankinis išlydis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. arc discharge vok. Bogenentladung, f; Lichtbogenentladung, f rus. дуговой разряд, m pranc. décharge d arc, f; décharge en arc, f … Automatikos terminų žodynas
дуговой разряд — lankinis išlydis statusas T sritis chemija apibrėžtis Savaiminio elektros išlydžio dujose rūšis. atitikmenys: angl. arc discharge rus. дуговой разряд … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

ДУГОВОЙ РАЗРЯД • Большая российская энциклопедия

В книжной версии
Том 9.
Москва, 2007, стр. 394-395
Скопировать библиографическую ссылку:

Авторы: В. Н. Колесников

ДУГОВО́Й РАЗРЯ́Д, самостоятельный квазистационарный электрич. разряд в газе, горящий практически при любых давлениях газа, превышающих 0,01–1 Па (10^–4–10^–2 мм рт. ст.), при постоянной или меняющейся с низкой частотой (до 10³ Гц) разности потенциалов между электродами. Для Д. р. характерны высокая плотность тока на катоде (10²–10⁸ А/см²) и низкое катодное падение потенциала, не превышающее эффективный потенциал ионизации среды в разрядном промежутке. Впервые Д.

р. между двумя угольными электродами в воздухе наблюдали в 1802 В. В. Петров и независимо от него в 1808 Г. Дэви. Светящийся токовый канал этого разряда при горизонтальном расположении электродов под действием конвективных потоков изогнут дугообразно, отсюда и названия – Д. р., электрич. дуга.

Для большинства Д. р. при большой плотности тока на катоде возникает малое очень яркое пятно, перемещающееся по всей поверхности катода. Темп-ра в пятне может достигать темп-ры кипения (или возгонки) материала катода. Значит. роль в механизме поддержания тока Д. р. играет термоэлектронная эмиссия. Над катодным пятном образуется слой положительного объёмного заряда, обеспечивающего ускорение эмитируемых электронов до энергий, достаточных для ударной ионизации атомов и молекул газа. Поскольку этот слой очень тонкий (меньше длины свободного пробега электрона), он создаёт высокую напряжённость поля у поверхности катода, особенно у микронеоднородностей, поэтому существенными оказываются и автоэлектронная эмиссия, и термоавтоэлектронная эмиссия.

Высокая плотность тока и «перескоки» пятна с точки на точку создают условия для взрывной электронной эмиссии.

От зоны катодного падения потенциала до анода расположен т. н. положительный столб. На аноде обычно формируется яркое анодное пятно, в котором темп-ра поверхности почти такая же, как и в катодном. В некоторых видах Д. р. при токах в десятки ампер на катоде и аноде возникают факелы в виде плазменных струй, вылетающих с большой скоростью перпендикулярно поверхности электродов. При токах 100–300 А возникают добавочные факелы, образуя пучок плазменных струй. Нагретый до высокой темп-ры и ионизованный газ в столбе представляет собой плазму. Электропроводность плазмы может быть очень высокой, но обычно она на неск. порядков ниже электропроводности металлов.

При концентрации заряженных частиц более 10¹⁸ см^–3 состояние плазмы иногда можно считать близким к равновесному. При меньших плотностях, вплоть до 10¹⁵ см^–3, может возникнуть состояние локального термодинамич. равновесия (ЛТР), когда в каждой точке плазмы все статистич. распределения близки к равновесным при одном значении темп-ры, которая различна в разных точках. Исключение в этом случае составляет лишь излучение плазмы: оно далеко от равновесного и определяется составом плазмы и скоростями радиац. процессов. При ограниченных размерах столба Д. р. даже в плотной плазме на оси столба состояние ЛТР нарушается за счёт радиац. потерь. Это выражается в сильном отклонении состава плазмы и населённостей возбуждённых уровней от их равновесных значений. Кинетика плазмы в столбе Д. р. при высоких плотностях определяется в осн. процессами соударений, а по мере снижения плотности (удаления от оси) всё большую роль играют радиац. процессы.

Диаметр столба Д. р. определяется условиями баланса возникающей и теряемой энергии. С ростом тока или давления меняются механизмы потерь, обусловленные теплопроводностью газа, амбиполярной диффузией, радиац. процессами и др. При таких сменах может происходить самосжатие (контракция) столба (см. Контрагированный разряд).

В зависимости от условий горения Д. р. его параметры меняются в широких пределах. Классич. пример Д. р. – разряд постоянного тока, свободно горящий в воздухе между угольными электродами. Его типичные параметры: ток от 1 А до сотен ампер, расстояние между электродами от миллиметров до нескольких сантиметров, темп-ра плазмы ок. 7000 К, темп-ра анодного пятна ок. 3900 К.

Д. р. применяется как лабораторный источник света и в технике (дуговые угольные лампы). Д. р. с угольным анодом, просверлённым и заполненным исследуемыми веществами, используется в спектральном анализе руд, минералов, солей и т.

п. Д. р. применяется в плазмотронах, дуговых печах для выплавки металлов, при электросварке, в разл. электронных и осветит. приборах. Т. н. вакуумная дуга, которая зажигается в вакууме и горит в парáх металла, испарившегося с катода, используется в вакуумных высоковольтных выключателях.

что это такое, причины возникновения, свойства

Наблюдать искровые разряды приходилось каждому, в том числе и людям, далёким от познаний в электротехнике. Гигантскими искровыми разрядами сопровождаются грозы. Высвобождение огромной энергии, сконцентрированной в электрическом разряде молнии (см. рис. 1), сопровождается ослепительной вспышкой раскалённого ствола. Одним из видов искровых разрядов, созданных человечеством, является дуговой разряд, или попросту, электрическая дуга.

Рис. 1. Грозовой разряд

На сегодняшний день причины возникновение и свойства электрической дуги детально изучено наукой. Физики установили, что в области её горения возникает огромная концентрация зарядов, которые образуют плазму ствола. Температуры столба достигает нескольких тысяч градусов.

Что такое электрическая дуга?

Это загадочное явление впервые описал русский учёный В. Петров. Он создавал электрическую дугу, используя батарею, состоящую из тысяч медных и цинковых пластин. Изучая процесс зажигания дуги постоянным током, учёный пришёл к выводу, что воздушный промежуток между электродами при определённых условиях приобретает электропроводимость.

Одним из условий возникновения электрического пробоя является достаточно высокая разность потенциалов на концах электродов. Чем выше напряжение, тем больший газовый промежуток может преодолеть разряд. При этом образуется электропроводный газовый столб, который сильно разогревается во время горения дуги.

Рис. 2. Электрическая дуга

Возникает резонный вопрос: «Почему воздух, являющийся отличным изолятором в обычном состоянии, вдруг становится проводником?».

Объяснение может быть только одно – в стволе дуги образуются носители зарядов, способные перемещаться под действием электрического поля. Поскольку в воздухе, в отличие от металлов, нет свободных электронов, то вывод напрашивается только один – ионизация газов (см. рис. 3). То есть, запуск процесса насыщения газа ионами, являющимися носителями электрического заряда.

Рис. 3. Физика электрической дуги

Ионизация воздуха происходит под действием различного вида излучений, включая рентгеновское и космическое облучение. Поэтому в воздухе всегда находятся небольшое количество ионов. Но поскольку ионы почти сразу рекомбинируются (превращаются в нейтральные атомы и молекулы), то концентрация заряженных частиц всегда мизерная. Получить вспышку дуги при такой концентрации невозможно.

Для возникновения дугового разряда нужен лавинообразный процесс ионизации. Его можно вызвать путём сильного нагревания газа, которое происходит при зажигании.

При размыкании контактов происходит эмиссия электронов, скапливающихся на очень маленьком пространстве. Под действием напряжённости электрического поля отрицательные заряды устремляются к электроду с положительным знаком.

При достижении напряжения пробоя, между электродами возникает искровой разряд, разогревающий область между электродами. Если ток достаточно большой, то количество тепла будет достаточно для запуска лавинообразного процесса ионизации воздуха.

На участке, который называют дуговым промежутком, образуется ствол, называемый столбом дуги и состоящий из горячей проводимой плазмы. По этому стволу протекает ток, поддерживающий разогревание плазмы. Так происходит процесс зажигания дугового разряда.

Насыщение плазменного ствола ионами разных знаков приводит к значительному увеличению плотности тока, а также к рекомбинации части ионов. Разогревание плазмы приводит также к увеличению давления в стволе. Поэтому часть ионов улетучивает в окружающее пространство.

Если не поддерживать образование новых зарядов, то произойдёт гашение дуги. Как мы уже выяснили, устойчивому горению сопутствуют 2 фактора: наличие напряжения между электродами и поддержание высокой температуры плазмы. Исключение одного из них, приведёт к гашению дуги.

Таким образом, можем сформулировать определение электрической дуги. А именно электрическая дуга — это вид искрового разряда, сопровождающегося большой плотностью тока, длительностью горения, малым падением напряжения на промежутке ствола, характеризующегося повышенным давлением газа, в котором поддерживается высокая температура.

Электрическая дуга отличается от обычного разряда большей длительностью горения.

Строение

Электрическая дуга состоит из трёх основных зон:

катодной;
анодной;
плазменного столба.

В сварочных дугах размеры катодной и анодной зоны незначительные, по сравнению с длиной столба. Толщина этих зон составляет тысячные доли миллиметра. В зоне катодного падения напряжения (на конце отрицательного электрода) наблюдается наличие катодных пятен, которые образуются в результате сильного нагревания.

На рисунке 4 изображена схема строения дуги, создаваемой сварочным аппаратом.

Рис. 4. Строение сварочной дуги

Обратите внимание: с целью достижения наглядности, на картинке сильно преувеличены электродные зоны. В действительности их толщина измеряется в микронах.

Свойства

Высокая плотность тока в стволе электрической дуги определяет её главные свойства:

Чрезвычайно высокую температуру плазменного ствола и околоэлектродных зон.
Длительное горение, при поддержании условий образования ионов.

Эти свойства необходимо учитывать при борьбе с возникновением электрической дуги, так и при её применении в некоторых сферах.

Полезное применение

Как это ни странно, но физики нашли применение этому электрическому явлению ещё на этапе развития науки об электричестве. Пример тому – лампочка Яблочкова. Она состояла из двух угольных электродов, между которыми зажигалась электрическая дуга.

У этой лампы были два недостатка. Электроды быстро изнашивались (выгорали), а спектр света смещался в ультрафиолетовую зону, что негативно влияло на зрение. По этим причинам дуговые лампы не нашли широкого применения и их быстро вытеснили лампы накаливания, существующие до сегодняшнего дня.

Исключение составляют дугоразрядные лампы, а также мощные прожектора, используемые преимущественно в военных целях.
Дуговой разряд стал массово применяться на практике с момента изобретения сварочного аппарата. Дуговую сварку применяют для сварки металлов. (см. рис. 5)

Рис. 5. Дуговая сварка

Используя проводимость плазмы, включая в сварочную цепь специальные сварочные электроды, достигают высокой температуры в сосредоточенном пятне. Регулируя сварочный ток, сварщик имеет возможность настроить аппарат на нужную температуру дугового разряда. Для защиты ствола от тепловых потерь, металлические электроды покрыты специальной смесью, обеспечивающей стабильность горения.

Электрическую дугу применяют в доменных печах для плавки металлов. Дуговая плавка удобна тем, что можно регулировать её температуру путём изменения параметров тока.

Наряду с полезным применением, в электротехнике часто приходится бороться с дуговыми разрядами. Не контролированный дуговой разряд может нанести существенный вред на линиях электропередач, в промышленных и бытовых сетях.

Рис. 6. Дуговой разряд на ЛЭП

Причины возникновения

Исходя из определения, можем назвать условия возникновения электрической дуги:

наличие разнополярных электродов с большими токами;
создание искрового разряда;
поддержание напряжения на электродах;
обеспечение условий для сохранения температуры ствола.

Искровой разряд возникает в двух случаях: при кратковременном соприкосновении электродов или при приближении к параметрам пробоя. Мощный электрический пробой всегда зажигает ствол.

При сохранении оптимальной длины дуги температура плазмы поддерживается самостоятельно. Однако, с увеличением промежутка между электродами, происходит интенсивный теплообмен ствола с окружающим воздухом. В конце концов, в стволе, вследствие падения температуры, образование ионов лавинообразно прекратится, в результате чего произойдёт гашение пламени.

Пробои часто случаются на высоковольтных ЛЭП. Они могут привести к разрушению изоляторов и к другим негативным последствиям. Длинная электрическая дуга довольно быстро гаснет, но даже за короткое время горения её разрушительная сила огромна.

Дуга имеет склонность к образованию при размыкании контактов. При этом контакты выключателя быстро выгорают, электрическая цепь остаётся замкнутой до момента исчезновения ствола. Это опасно не только для сетей, но и для человека.

Способы гашения

Следует отметить, что гашение дуги происходит и по разным причинам. Например, в результате остывания столба, падения напряжения или когда воздух между электродами вытесняется сторонними испарениями, препятствующими ионизации.

С целью недопущения образования дуг на высоковольтных проводах ЛЭП, их разносят на большое расстояние, что исключает вероятность пробоя. Если же пробой между проводами всё-таки случится, то длинный ствол быстро охладится и произойдёт гашение.

Для охлаждения ствола его иногда разбивают на несколько составляющих. Данный принцип часто используют в конструкциях воздушных выключателей, рассчитанных на напряжения до 1кВ.

Некоторые модели выключателей состоят из множества дугогасительных камер, способствующих быстрому охлаждению.

Быстрой ионизации можно достигнуть путём испарения некоторых материалов, окружающих пространство подвижных ножей. Испарение под высоким давлением сдувает плазму ствола, что приводит к гашению.

Существуют и другие способы: помещение контактов в масло, автодутьё, применение электромагнитного гашения и др.

Воздействие на человека и электрооборудование

Электрическая дуга представляет опасность для человека своим термическим воздействием, а также ультрафиолетовым действием излучающего света. Огромную опасность таит в себе высокое напряжение переменных токов. Если незащищённый человек окажется на критически близком расстоянии от токоведущих частей приборов, может произойти пробой электричества с образованием дуги. Тогда на тело, кроме воздействия тока, окажет действие термической составляющей.

Распространение дугового разряда по конструктивным частям оборудования грозит выжиганием электронных элементов, плат и соединений.

Видео по теме

https://www.youtube.com/watch?v=wuIIgOvi-EI

Электрическая дуга — Что такое Электрическая дуга?

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

Электрическая дуга первые была описана в 1802 г. русским ученым В. Петровым.
Она является частным случаем 4^й формы состояния вещества — плазмы — и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа.
Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги.

Электрическая дуга между 2^м^я электродами в воздухе при атмосферном давлении образуется следующим образом.
При увеличении напряжения между двумя электродами до определенного уровня в воздухе между электродами возникает электрический пробой.
Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами и пр.
Зачастую 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 того, чтобы напряжение пробоя (или сопротивление воздушного промежутка) в этом месте значительно упало.
При этом искровые разряды превращаются в дуговой разряд — плазменный шнур между электродами, являющийся плазменным тоннелем.
Эта дуга является по сути проводником, и замыкает электрическую цепь между электродами, средний ток увеличивается еще больше нагревая дугу до 5000–50000 K.
При этом считается, что поджиг дуги завершен.
Взаимодействие электродов с плазмой дуги приводит к их нагреву, частичному расплавлению, испарению, окислению и другим видам коррозии.
После поджига дуга может быть устойчива при разведении электрических контактов до некоторого расстояния.

При эксплуатации высоковольтных электроустановок, в которых неизбежно появление электрической дуги, борьба с электрической дугой осуществляется при помощи электромагнитных катушек, совмещенных с дугогасительными камерами.
Среди других способов известны использование вакуумных и масляных выключателей, а также методы отвода тока на временную нагрузку, самостоятельно разрывающую электрическую цепь.
Электрическая дуга используется при электросварке металлов, для выплавки стали (дуговая сталеплавильная печь) и в освещении (в дуговых лампах).

Дуговой разряд в газах — Справочник химика 21

Электрическая дуга является одним из видов электрического разряда в газе или в парах. Она характеризуется малым катодным падением напряжения (10— 20 В) и высокой плотностью тока, которая может достигать сотен и тысяч ампер на 1 см . Неионизированные газы и пары, состоящие из нейтральных частиц, не проводят электрический ток. В дуговом разряде газ сильно ионизирован, в нем присутствуют положительно заряженные ионы и отрицательно заряженные свободные электроны. При наложении электрического поля на дуговой промежуток заряженные частицы под его действием [c.180]
Для получения струи плазмы в целях резки используется газоразрядное устройство, называемое плазмотроном, где рабочий газ (водород, азот, аргон, гелий или их смеси) превращается в плазму в дуговом разряде между электродами [ 36 ].

[c.117]

Прохождение тока через газ по историческим причинам получило название электрического разряда . Явления, возникающие при газовом разряде, сложным образом зависят от рода и давления газа, материала электродов и их геометрии, окружающих тел, а также от силы протекающего тока. Различные формы разрядов, получили специальные наименования темный разряд, корона, тлеющий разряд и т.д. Мощные разряды (с силой тока от 10 1 до 10 А) даже при различных условиях обладают рядом общих особенностей, что позволяет объединить их под одним названием — дуговой разряд . Термин дуга применяют к устойчивым формам разряда. Электрическая дуга была открыта В.В. Петровым в 1803 г. [c.80]

Наличие ток в газе получило наз вание газового разряда, причем различается несколько его разновидностей. С точки зрения теплогенерации практическое значение имеют распределенный и дуговой разряды. Теплогенерация за счет электрической энергии в любом теле, и в газе, в частности, есть результат наличия определенного активного сопротивления 7 Для получения постоянных условий теплогенерации нужно или иметь постоянное сопротивление Я, или менять напряжение в соответствии с изменением сопротивления. Последнее, естественно, осуществить сложнее. [c.229]

В угольной дуге постоянного тока возбуждаются спектры почти всех элементов, за исключением некоторых газов и неметаллов, характеризующихся высокими потенциалами возбуждения. По сравнению с измерениями эмиссии или абсорбции пламени дуговой разряд обеспечивает снижение предела обнаружения элементов примерно на порядок величины, а также существенное снижение уровня матричных эффектов. [c.59]

Дуговой разряд возникает при более высокой плотности тока, чем тлеющий из-за испарения электродов в спектре преобладают линии металла электродов газ находится в состоянии плазмы разность потенциалов невелика (десятки вольт). [c.215]

Дуговой разряд создается при высоких давлениях газа, и обусловлен тем, что катод сильно разогревается, в результате чего возникает термоэлектронная эмиссия. [c.252]

Искровой разряд возникает при больших давлениях газа и при большой разности потенциалов на электродах. Представляет собой пучок ярких зигзагообразных полосок, совокупность которых называют искровым каналом. Во всех трех видах разрядов образуется типичное плазменное состояние. Положительный столб тлеющего и дугового разрядов и искровой канал искрового разряда состоят из плазмы. [c.252]

Для повышения воспроизводимости количественных определений и снижения пределов обнаружения предлагаются различные способы стабилизации дугового разряда наложение магнитного поля, соосного разряду обдув свободно горящей дуги потоком газа помещение разряда в охлаждаемую трубку, которая ограничивает поперечное сечение разряда. Такие приемы не только стабилизируют дугу пространственно, но и изменяют параметры разряда — напряжение, температуру и электронную концентрацию, пространственное распределение и концентрацию элементов в облаке. В дуговом плазмотроне используется принцип стабилизации дуги потоком газа и стенками. [c.52]

Принцип работы плазмотрона заключается в следующем. Два электрода, между которыми зажигается сильноточный дуговой разряд, помещаются в специальную камеру. Через эту камеру с большой скоростью протекает газ. Таким газом может быть [c.52]

Поскольку плазма не находится в равновесии, ее характеристики отвечают лишь определенным стационарным процессам. Непрерывно происходит ионизация и нейтрализация зарядов, выделение энергии внутри плазмы и охлаждение вследствие взаимодействия с окружающей средой. При этом наиболее трудно происходит обмен энергией между ионами и электронами, что обусловлено большим различием в их массах. Поэтому отсутствует термическое равновесие между ионами и электронами, а также и нейтральными частицами (молекулами). Энергию от электрических источников (например, дуг) непосредственно получают электроны. Вследствие этого 7 а>7 и>7 м, где Тэ, Ти, 7 м — температуры электронов ионов и молекул (или атомов). В газоразрядных трубках Гэ имеет порядок 10 С, а Та и Ты лишь (1—2)-10 °С. В дуговом разряде, где плотность газа выше и число столкновений больше, величины Та, Тя и Та сближаются. При этом Т и Тм достигают около 6000° С. [c.357]

Принцип действия плазматрона состоит в том, что при охлаждении поверхностного слоя облака дугового разряда происходит сжатие разрядного шнура дуги, в результате чего увеличивается плотность тока в ней. Это достигается помещением графитовых или тугоплавких электродов в камеру, в которую вводят струю инертного газа в направлении касательных к камере. Механизм работы плазмотрона ясен из рис. 30.9. В горящую дугу вводят аэрозоль анализируемого раствора. Вихреобразные струи инертного 1 аза охлаждают снаружи облако разряда и выносят образуемую плазму через отверстие в катоде в виде светящейся струи длиной 10—15 мм. По мере увеличения скорости потока через выходное отверстие возрастает электропроводность струи, что приводит к повышению плотности тока и увеличению температуры [c.663]

Для создания потока ионизированных частиц используется дуговой разряд значительной длины между двумя электродами в продуваемом инертным газом канале, стенки которого имеют водяное охлаждение. За счет охлаждения внешней поверхности столба дуги происходит концентрация дугового разряда в центральной части канала, где достигается температура 10 000—20 000 К, что вызывает высокую степень ионизации продуваемого газа, получающего значительный запас энергии. Эта энергия может быть использована для нагрева в процессе сварки и резки различных материалов. [c.305]

В последние годы также усиленно разрабатываются дуговые нагреватели газа и плазменные горелки на постоянном и переменном токе, со стабилизацией дугового разряда газовым потоком или электромагнитным полем. Области применения их расширяются и им предстоит, по-видимому, большое будущее, [c.17]

Электрическая дуга, или дуговой разряд, — один из видов электрических разрядов в газе или парах. Газовая среда, обычно не проводящая тока, приобретает проводимость, если в ней, помимо нейтральных, появляются свободные заряженные частицы — электроны, положительные и отрицательные ионы, которые и обусловливают прохождение в газе токов, если в нем существует электрическое поле. [c.18]

Ионы также могут быть источником ионизации, но так как их масса по крайней мере в 2 000 раз больше массы электронов, а электрические заряды их равны, то их скорости много меньше скоростей электронов. Поэтому хотя в некоторых случаях ионы могут приобрести кинетическую энергию, достаточную для ионизации нейтральных частиц, в дуговых разрядах их участие в ионизации газа невелико. [c.22]

В зоне дугового разряда средняя скорость движения заряженных частиц мало отличается от средней скорости теплового движения газа ал. Тогда если Я — средний свободный пробег частиц, то среднее время между соударениями равно т= = Х1ш. За это время поле Е сообщит частице ускорение е //п, а путь частицы в направлении поля будет [c.27]

Установки для машинной резки позволяют резать нержавеющую сталь и цветные металлы толщиной до 80—120 мм со скоростью 6—450 м ч. Со снижением стоимости и заменой дефицитных материалов (неплавящиеся вольфрамовые электроды, образующие дуговой разряд) и газов, образующих плазменную струю (стабилизирующие газы аргон, водород, азот), резка плазменной дугой найдет весьма широкое применение. Эффективна резка нержавеющей стали в среде азота или в смеси с водородом. Рекомбинация атомов азота и водорода в полости разреза сопровождается выделением тепла, что улучшает поверхность разреза [46, 47]. Эффективно применение электроннолучевой резки высоколегированных и закаленных сталей [48]. [c.144]

Абсорбционные методы применяют для извлечения значительных примесей ацетилена. Известно несколько методов переработки природного газа, к ним относятся электрокрекинг, термический крекинг, окислительный пиролиз. Они различаются лишь способом подвода тепла в реакционную зону, в которой происходит разложение метана. При электрокрекинге необходимая высокая температура (—1600 °С) в реакционной зоне достигается в результате дугового разряда между двумя электродами, расположенными в концах реактора. [c.452]

Быстро развивающейся и привлекающей большое внимание областью приложения парофазного анализа является определение газов в изоляционных маслах. Исследования, проводившиеся в 1960—1970-х годах во многих странах с развитой электроэнергетикой, показали, что определение следов растворенных в трансформаторном масле газов может служить надежным и эффективным способом выявления и диагностики дефектов мощных трансформаторов, возникающих в процессе их работы. Такой способ надзора за состоянием силовых высоковольтных трансформаторов дает значительный экономический эффект благодаря возможности предотвращения тяжелых аварий и своевременного устранения возникающих повреждений на ранних стадиях их развития. Газы образуются в трансформаторах вследствие воздействия на изоляцию тепла и электрических разрядов. Разложение целлюлозы бумажной изоляции и электротехнического картона приводит к выделению в трансформаторное масло окислов углерода. Кроме того, при пиролизе твердой изоляции и электроизоляционных масел получаются углеводороды ряда метана и этилена, а при нагреве выше 600 °С или действии дугового разряда образуется ацетилен. Небольшие количества указанных газов медленно выделяются и при естественном старении изоляции в нормально работающих трансформаторах. Однако статистика обследования большого числа установок в разных странах показы- [c.165]

Метод основан на бомбардировке исследуемой поверхности газообразными ионами и масс-спектрометрическом анализе выбиваемых поверхностных ионов. Достоинство метода — его высокая чувствительность, применимость ко всем элементам и значительное пространственное разрешение ( 1 мкм), дости- гаемое при использовании тонко сфокусированного пучка ионов. Полученные данные обобщены Соха [106] и Кейном и Ларраби [107]. Источник ионов представляет собой двойной плазмотрон [108, 109], в котором создается сжатый магнитным полем дуговой разряд газа при давлении около 2—3 Па 0,02. мм рт. ст.) образующиеся ионы выходят через узкую диафрагму в аноде. После ускорения и дополнительной фокусировки ионы падают на образец. Выбиваемые ионы имеют значительную кинетическую энергию, и для их анализа обычно применяют масс-спектрометр с двойной фокусировкой. [c.430]

В положительном столбе дугового разряда газ находится в состоянии изотермической плазмы, при котором электроны и ионы находятся в термодинамическом равновесии. Вследствие высокой температуры, достигающей 18 000° С в центре дуги, а также большой плотности тока и возможности варьирования давления в дуговом разряде создаются весьма благоприятные условия для проведения высокотем- [c.126]

Химическая реакция двух инертных, дешевых и распространенных компонентов (СН4, N3) представляет большой интерес. В патенге So iete d Elektro himie [74] рекомендуется пропускать через дуговой разряд газ следующего состава 60% Ng, 32% Н2 и 6% СН4. При взаимодействии СН4 и N2 образ)аотся, помимо H N, ацетилен и водород, что повышает ценность этого процесса. [c.106]

Этот вид имеет и другие названия — независимая плазменная струя или плазменная дуга косвенного действия. При этом дуговой разряд 4 возникает между электродом 1 и корпусом плазмотрона 2. Поток газа 3, проходя через столб дуги 4, образует кинжалообразный язык плазмы 5 с температурой порядка 10000 — 15000 °С, используемый для проплавления разрезаемого металла 6. [c.117]

При низких давлениях газа (несколько миллиметров ртутного столба) и не очень малом сопротивлении внешней цеии формируется тлеюи ий разряд. Если же сопротивление внешней цепи невелико, источник тока достаточно мощный, а давление газа более высокое, то вслед за пробоем образуется дуговой разряд. Тлеющий разряд можно постепенно перевести в дуговой, увеличивая силу тока (путем уменьшения внешнего сопротивления цеии) и одновременно повышая давление. При этом можно получить различные формы тлеющего разряда. [c.239]

Плазменная наплавка. Плазма представляет собой высокотемпературный сильно ионизированный газ. Она создается возбуждаемым между двумя электродами дуговым разрядом, через который пропускается газ в узком канале. Присадочный материал может подаваться в виде проволоки, ленты или порошка. При наплавке по слою крупнозернистого порошка последний заранее насыпается на наплавляемую поверхность, а плазменная дуга, горящая между электродом и и.чделием, расплавляет его. При наплавке с вдуванием порошка в дугу порошок подается в плазменную струю, плавится в струе и наносится на предварительно подогретую поверхность изделия. В качестве плазмообразующего газа используется аргон. Плазменная наплавка позволяет значительно повысить износостойкость деталей. Объясняется это минимальным проплавлением основного металла в процессе наплавки порошковых сплавов, что обеспечивает получение необходимых свойств наплавки уже в первом слое. [c.92]

Газ в положительном столбе тлеющего разряда, в дуговом разряде при высоких давлениях и в некоторых других формах разряда (а также в раскаленной атмосфере звезд) находится в особом состоянии (состояние плазмы). Плазма представляет собой некоторую (диную систему взаимодействующих частиц, обладающую специфическими свойствами. [c.178]

Состояние газа в дуговом разряде обычно соответствует состоянию изотермической плазмы. Благодаря высокой температуре глла и высокой электронной температуре , достигающей нескольких тысяч градусов, большой плотности тока и обычно высокому давлению в дуге преобладают химические процессы, характерные для высоких температур, в частности процессы температурного к]]екинга. [c.179]

Синтез ацетилена из метана (а также из смеси газов, содержащей метан) представляет собой один из примеров органического синтеза в электрическом разряде, осуществленного на практике в значительных масштабах и усношно конкурирующего с обычным, карбидным методом получения ацетилена. Для получения ацетиленл из метана применялись различные формы электрического разряда. Тпк как, однако, уже первые исследования показали, что и тихом разряде выход ацетилена ничтожно мал, то все дальнейшие попытки осуществления этой реакции с выходом jH , представляющим практический интерес, в основном были сосредоточены на использовании дугового разряда. (Литературу см. в [4, 41].) [c.181]

Дуговой разряд постоянного тока. Дуга постоянного тока представляет собой, стационарный газовый разряд, в котором прохождение тока обусловливается электронами и ионами. Для спектрально-аналитических целей преимущественно используют дугу низкого напряжения между угольными (графитовыми) электродами (ток 5—15 А, питающее напряжение 220 В, ток ограничивают балластным сопротивлением). Температура дугового разряда зависит от подводимой электрической мощности и от природы газа в межэлектродном промежутке. В смесях эта температура определяется наиболее легко ионизируемым элементом (например, для дуги с чисто угольными электродами Т 7700 К при потенциале ионизации 1 = 11,3 эВ, а для дуги между цезиевыми электродами Т 2900 К при , = 3,9 эВ). Вводя легко ионизирующиеся элементы в плазму дуги, можно регулировать ее температу- [c.187]

Высокочастотная индуктивно-связанная плазма обладает достоинствами пламен и высокотемпературных дуговых разрядов. Большая протяженность факела и относительно малая скорость потока газа создают условия для увеличения времени пребыва- [c.73]

На практике флуктуации потока фотонов, зависящие от параметров конкретного источника излучения, значительно превышают флуктуации, обусловленные дискретной природой света. Например, интенсивность спектра дугового разряда зависит от флуктуации скорости испарения пробы из канала угольного электрода, а ин-тенсивиость спектра пламени — от флуктуаций давления горючего газа. Как было сказано выше, каждая из флуктуаций, какими бы явлениями она ни была обусловлена, вносит свой вклад в суммарную составляющую шума. Поэтому нахождение явления, вносящего наибольший вклад в суммарную составляющую, и устранение или минимизация флуктуаций, обусловленных этим явлением, являются важной аналитической задачей. [c.80]

Применение -металлов III группы. Применение 8с, У, Ьа ограничено их дефицитностью. Однако лантан Ьа употребляется в сплавах с вольфрамом. Лантанированный вольфрам обладает малой работой выхода электрона и дуговой разряд между электродами из этого материала отличается большой стабильностью (сварка в инертных газах). [c.324]

Свойства аминопластов отличны от свойств фенолальдегидных смол. Эти полимеры полупрозрачны или прозрачны, окрашиваются в любые светлые цвета, достаточно прочны и обладают дугоустой-чивостью, т. е., выделяя много газов при разложении, гасят образующиеся электрические дуговые разряды. [c.487]

Энергию в основном от электрических источников получают электроны. Из-за большого различия их масс и масс ионов они плохо передают энергию ионам, В результате 7 злектронов Т иопов Т атомов ( э и а) ТаК, В ГаЗО-разрядных трубках Гэ составляет десятки тысяч градусов, а Та и T a — лишь одну — две тысячи. В дуговом разряде из-за большого числа частиц в единице объема столкновения происходят чаще, и Т ближе к и Га. Примерно при той же Тэ величины Г,, и Га достигают 6000 °С. Для плазмы в целом характерна электронейтральность. В то же время в малых объемах электронейтральность ие имеет места. Пространственное расположение зарядов, как п в случае электролитов, определяется ближним порядком. Как и в теории сильных электролитов, в плазме целесообразно ввести понятия радиуса ионной атмосферы (де-баевский радиус). [c.677]

В дуговом разряде одним из основных путей ионизации газа является соударение частиц, вызванное их интенсивным тепловым движением. Такая термическая и онизация. может иметь существенное значение только при очень высоких температурах в столбе дуги, где температура достигает 6000, 8000 К и более. При этих температурах пары большинства металлов в значительной степени ионизированы пары газов для существенной термической ионизации требуют более высоких температур (15 ООО К и выше). [c.181]

Дуговой разряд по длине можно подразделить на три области среднюю—столб дуги, прикатодную и прианод-ную области В столбе дуги потенциал растет линейно по направлению от одного конца к другому в приэлект-родных областях, протяженность которых весьма мала (порядка 10 = см), он изменяется скачком. Между тем-эти приэлектродные области, в первую очередь прика-тодная, образуют те потоки заряженных частиц, которые в столбе дуги ионизируют газ. Под действием бомбардирующих катод ионов он разогревается и находящиеся в нем, как во всяком металле, свободные электроны получают такие скорости теплового движения, что оказываются в состоянии преодолеть потенциальный барьер у поверхности катода и ВЫЙТИ В дуговой промежуток, где они ускоряются электрическим полем и при столкновении с нейтральными частицами ионизируют их толчком. Такая термоэлектронная эмиссия требует высокой температуры катода (более 2000 К), поэтому она возможна лишь тогда, когда катод выполнен из тугоплавкого материала. Катод из менее тугоплавкого материала интенсивно испаряется, и электроны выходят из окружающего катод раскаленного облака пара. [c.182]

Для дугового разряда при нормальном давлении важную роль играет термическая ионизация газа. С повышением температуры газа увеличивается средняя ки-нгтическая энергия его частиц и усиливается процесс ионизации. Характер зависимости степени ионизации газов от температуры показан на рис. 5.3, где приведены две кривые для степени ионизации газов с потенциалами ионизации 7,5 и 15 В. Потенциалом ионизации около 7,5 В обладают пары марганца, магния, железа и крем- [c.259]

В препаративной химии газов обычно используют так называемые тихие электрические разряды, получаемые при атмосферном давлении, и тлеющие разряды, получаемые при пониженном давлении. Дуговые разряды при получении газов применяются редко, так как их воздействие не является специфическим и в основном связано с действием возникающей в дуге высокой температуры. [c.16]

В первом десятилетии XX в. появились предтечи дуговых нагревателей газа и дуговых плазменных установок — аппараты для получения окиси азота. Азот окисляется только при высоких температурах, но лаже при 3 000—4 000° С лишь несколько процентов азота превращаются в его окись. Естественной была идея использовать электрическую дугу для подогрева воздуха, пропускаемого через разряд, В данном случае, для того чтобы облегчить теплоотдачу от дуги к воздуху, необходимо увеличить поверхность соприкосновения воздуха и разряда, либо раздувая или удлиняя дугу, либо направленным потоком воздуха, либо воздействием на дугу электромагнитным полем. Первый принцип был реализован в печах Шангера и Паулинга. В печах Шанге-ра дуга между центральным стержневым и наружным трубчатым электродом увлекалась потоком воздуха вдоль труб, достигая [c.14]

Яронскир исследователь Т.Иошида разработал новый метод получения различных фуллеренов. Как было сказано выше, их выделяли из сажи, осаждавшейся на стенках камеры при испарении графитовых электродов в дуговом разряде. Но таким способом производить кластеры в больших количествах не удается, а, кроме того, процесс невозможно контролировать. Автор предложил вводить в плазму из благородного газа с температурой от 4000 до 20000 С порошок углеродсодержащих веществ, например, угля или кокса с размерами частиц примерно 20 мкм. В плазме идет синтез фуллеренов, которые откладываются на стенках реактора. Но теперь, изменяя температуру, можно добиться преимущественного выхода нужного типа фуллеренов, а также производить их в требуемом количестве. Кроме того, добавляя в плазму компоненты, содержащие азот, фосфор или металлы, удается получать кластеры, в которых кроме углерода есть атомы других элементов. [c.117]

Некоторые авторы указывают на возможность повышения чувствительности спектрального определения бериллия при замене атмосферы воздуха, в которой сжигают пробу, на инертные газы. Так, Валли и Петти [440] наблюдали увеличение интенсивности искровых линий бериллия в атмосфере гелия дуговые линии при этом были ослаблены, но чувствительность определения повышалась из-за ослабления фона. В атмосфере Не(Аг) интенсивность линии 3130,4 А в 10 раз больше, чем в воздухе [441]. Очевидно, в атмосфере гелия и аргона усиливаются линии ионизированных атомов, требующие большой энергии возбуждения линии нейтральных атомов более интенсивны в воздухе [442]. Мочалов и Рафф [441] также подтвердили увеличение интенсивности линий ионов бериллия в аргоне (дуговой разряд) при одновременном уменьшении интенсивности линий нейтральных атомов. [c.91]

Дуговой разряд. Гашение электрической дуги — Electric-Zone

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

Дуга появляется вследствие пробоя при увеличении напряжения между двумя электродами (это могут быть контакты выключателя, провода и др.) до определённого значения.
Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами, среды в которой он происходит, изоляции и пр. Во время пробоя между электродами обычно возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь.

При пробое в воздухе электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточно высокой мощности источника напряжения, в воздушном промежутке образуется плазма. Плазма является хорошим проводником, поэтому сопротивление воздушного промежутка резко падает, при этом искровые разряды превращаются в дуговой разряд — являющийся плазменным тоннелем. Эта дуговой разряд является по сути проводником, и замыкает электрическую цепь между электродами, средний ток увеличивается ещё больше нагревая дугу до 5000–50000 K.

После поджига, дуга может сохраняться даже при разведении электрических контактов до некоторого расстояния.

При эксплуатации высоковольтных электроустановок неизбежно появление электрической дуги. Взаимодействие электродов с плазмой дуги приводит к их нагреву, частичному расплавлению, испарению, окислению и другим видам коррозии и к многим другим негативным последствиям, вследствие чего появляется потребность в применении различных дугогасящих устройств.

Рис 1. Дуговой разряд между контактами разъединителя.

Задача дугогасительных устройств (ДУ) состоит в том, чтобы обеспечить гашение дуги за малое время с допустимым уровнем перенапряжений при малом износе частей аппарата, при минимальном объеме выбрасываемых раскаленных газов, с минимальными звуковыми и световыми эффектами.

Для эффективного гашения электрической дуги либо повышают скорость восстановления электрической прочности межконтактного промежутка с помощью дугогасительных устройств, повышая давление в пространстве горения дуги, используя инертный газ, вакуум, либо понижают скорость восстановления напряжения на контактах, применея шунтирующие резисторы и увеличивая количества разрывов на полюс.

В коммутационных аппаратах низкого напряжения (ниже 1000 В) и высокого напряжения до 6 кВ на большие токи применяют дугогасительные устройства, в которых используются практически все способы гашения дуги постоянного тока.

Кроме того, в таких дугогасительных устройствах для увеличения скорости движения дуги и усиления интенсивности ее охлаждения применяют специальное магнитное дутье, а при малых токах, когда магнитное дутье малоэффективно, применяют воздушное дутье.

В коммутационных аппаратах на напряжение более 6 кВ для эффективного воздействия на столб дуги применяют воздух высокого давления, трансформаторное масло, инертный газ, вакуум.

Дуговой разряд в дата-центре — как избежать катастрофы?

Дуговой разряд, или вспышка — одно из самых опасных последствий неисправности оборудования. Он создает высокий риск для здоровья и даже жизни персонала, работающего вблизи энергоемкого оборудования центра обработки данных (ЦОД). Можно ли полностью предотвратить это опасное явление с помощью современных технологий?

Механика и опасность

Значительная часть электрических аварий в ЦОД связана с короткими замыканиями, но самым опасным является замыкание с электрической дугой. Дуговая вспышка — это прохождение тока высокого или низкого напряжения через воздух от одного проводника к другому или в землю. Возможных причин дуговой вспышки много: обилие пыли в воздухе; конденсация влаги; коррозия компонентов; разрушение изоляции; неправильное проектирование, установка, обслуживание электрической системы; человеческий фактор и другое.

Даже небольшая вспышка может быть опасной, например, для зрения из-за чрезвычайно высокой интенсивности светового излучения. Температура плазмы вспышки в некоторых случаях достигает 19,4 тыс. градусов Цельсия — это в три раза горячее, чем поверхность Солнца. От вспышки металл может расплавиться на расстоянии до 3 м. Понятно, что это крайне опасное явление, которое, к сожалению, не редкость.

Только в США регистрируется около 30 тыс. происшествий с дуговыми вспышками ежегодно. Они случаются даже на особых объектах. Например, дуговая вспышка при запуске системы распределения энергии мощностью 65 МВт задержала на год введение в строй дата-центра Агентства национальной безопасности стоимостью более $2 млрд в Блуффдейле, штат Юта.

Пример дуговой вспышки, снятый камерой видеонаблюдения. Фото Open Electrical

Вспышка может остановить работу ЦОД и повлечь травмы персонала. Недавнее исследование, проведенное Ponemon Institute и Emerson Network Power в США, показало, что средняя стоимость незапланированного отключения ЦОД возросла до $750 тыс., или на 38% по сравнению с 2010 г. При этом, по данным WPSAC, средняя стоимость госпитализации пострадавшего при дуговой вспышке составляет еще $750 тыс., а часто — больше $1 млн, что отражает серьезность последствий вспышки.

Проблема осложняется тем, что от дата-центров требуется непрерывная работа 24 часа в сутки, а значит, отключение оборудования для детальной проверки затруднительно.

Задача и инструменты для ее решения

В дата-центрах много электрооборудования, способного стать причиной дуговой вспышки: коммутаторы, системы бесперебойного питания, блоки распределения питания, щиты КИП, магистральные шинопроводы и т. д. Считается, что дуговой разряд требует высокого напряжения, но по статистике более половины инцидентов с РУ низкого напряжения включают случаи дуговых вспышек.

Распределительные устройства — одно из возможных мест возникновения дуговой вспышки

Проведенное специалистами GSE Systems обследование более 6000 РУ низкого напряжения на коммерческих и промышленных объектах показало, что примерно 6,5% объектов находились в самой опасной зоне риска дуговой вспышки. Проще говоря, в случае аварии средства индивидуальной защиты не смогли бы обеспечить безопасность персонала.

Одной из причин распространенности инцидентов с низким напряжением в дата-центрах является тот факт, что часто процедуры защиты и обучение сотрудников ЦОД являются менее строгими, чем для персонала, обслуживающего высоковольтное оборудование.

Для защиты от дуговой вспышки необходимо использовать быстродействующую защиту, качественное защитное снаряжение и проводить соответствующую подготовку персонала.

Также важно снизить вероятность возникновения электрической дуги. Для этого сегодня применяются приборы для удаленной и ручной диагностики электрооборудования. В частности, решения британской компании HVPD позволяют своевременно обнаружить локальные электрические разряды, постепенно разрушающие изоляцию. Весной 2016 г. HVPD заявила о начале выпуска первого в мире ручного детектора частичных разрядов PDS Insight.

Комплект оборудования PDS Insight

PDS Insight позволяет проводить измерения на кабелях, распределительных устройствах, всеми типами основных датчиков и без отключения электрооборудования.

Для мгновенного обнаружения замыканий на землю используются датчики от компании Dipl.-Ing. H. Horstmann GmbH, такие как необслуживаемые датчики систем мониторинга Compass и Sigma с функциями удаленного мониторинга через модем или RTU. Для измерения токов утечки, приводящих в том числе и к дуговым замыканиям на землю, используются ручные сканеры, например новые Fluke 368 FC и 369 FC.

Широко применяются и тепловизоры, которые дают возможность с безопасного расстояния обнаружить повреждение оборудования по чрезмерному нагреву. В настоящее время на рынке начали появляться комбинированные приборы, которые делают тепловизионный мониторинг доступным. Так, первый в мире мультиметр-тепловизор Fluke 279 FC продается в России и доступен для промышленного использования.

Fluke 279 FC

24/7

Непрерывный доступ и надежность хранения данных — ключевые конкурентные преимущества любого дата-центра. Обеспечить их может только безотказная работа электрооборудования. Непрерывный мониторинг и своевременная диагностика существенно снижают риск для персонала, вероятность аварийного отключения оборудования и потерю ценной информации.

Если вам нужна профессиональная консультация по диагностике высоковольтного электрооборудования, просто отправьте нам сообщение:

Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами

Дуговый разряд — обзор

8.06.3.5 Дуговый разряд (газовая плазма)

При синтезе дугового разряда исходный материал испаряется посредством дугового разряда между электродами с последующей конденсацией, зарождением и ростом наночастиц. Метод дугового разряда используется для создания наночастиц металлов или оксидов металлов, УНТ, фуллеренов или пленок графена ( 26 , 29 , 39 ). Этот метод обычно производит небольшие количества металла ENM (уровень в миллиграммах), но является важным методом синтеза УНТ и фуллеренов, ядро-оболочка и инкапсулированных структур.Примеры металлических и керамических ENM, изготовленных с использованием этого метода, включают, среди прочего, переходные металлы (железо, медь и никель), структуры железо-углеродное ядро-оболочка и покрытые диоксидом кремния нанокапсулы кобальта. Компоненты метода дугового разряда включают электроды, изготовленные из исходного материала (анод) и углерода или вольфрама (катод), фоновый газ для источника плазмы и / или химической реакции (инертной или реактивной), гасящий газ для охлаждения пара для конденсация, источник тока дуги и, при необходимости, источник пассивации или инкапсуляции производимого ЭНМ.Исходный материал может быть твердым металлическим электродом или смесью исходных материалов с углеродом или без него. Фоновым газом обычно является аргон или гелий для источника плазмы инертного газа или метан, кислород, водород, этанол или диборан для реактивного газа, который ионизируется для генерации плазмы, но также может быть реагентом. Например, метан может быть источником углерода для формирования структур ядро-оболочка, а также источником водорода для плазмы. Реакция происходит в высоком вакууме, и температура вокруг электрода чрезвычайно высока, но очень быстро падает, создавая крутой температурный градиент, позволяющий происходить гашение.Подобно другим синтезу в паровой фазе, испарение исходного материала приводит к пересыщению, за которым следует быстрое охлаждение, начальное зародышеобразование и рост за счет конденсации и, наконец, к сбору. Существует несколько вариантов дугового разряда, включая разряд под высоким давлением, при высокой температуре и под флюсом.

Дуговые разряды — обзор

III Synthesis

Углеродные нанотрубки и фуллерены синтезируются в лаборатории с помощью трех основных методов: дугового разряда и методов лазерного испарения, которые производят как углеродные нанотрубки, так и фуллерены, и химического осаждения из паровой фазы. Метод, который широко использовался для производства углеродных волокон, а теперь используется для производства углеродных нанотрубок.

В методе дугового разряда атомы углерода испаряются энергичной плазмой газообразного гелия, которая воспламеняется за счет пропускания высоких токов через противоположные угольные анодные и катодные электроды. Типичные рабочие условия для угольной дуги, используемой для синтеза углеродных нанотрубок, включают использование стержневых углеродных электродов диаметром 5–20 мм, разделенных на ∼1 мм, с напряжением 20–25 В на электродах и непрерывным (постоянным) электрическим током. между электродами протекает ток 50–120 А.Дуга обычно работает при ∼500 Торр гелия со скоростью потока 5–15 мл / сек для охлаждения. Для синтеза MWNT катализатор не требуется, и нанотрубки находятся в пучках во внутренней области катодного осадка, где температура максимальна (2500–3000 ° C). Для производства ОСНТ используются катализаторы, такие как переходные металлы (например, Co, Ni, Fe) и редкоземельные элементы (например, Y, Gd). Смешанные катализаторы (например, Fe / Ni, Co / Ni, Co / Pt) были использованы для синтеза пучков одностенных нанотрубок.Для производства фуллеренов используется разряд переменного тока (AC) между графитовыми электродами при ∼200 Торр Не. Этот разряд производит углеродную сажу, которая может содержать до ~ 15% фуллеренов C ₆₀ и C ₇₀.

В методе лазерного испарения используются интенсивные лазерные импульсы для абляции углеродной мишени. Мишень помещается в трубчатую печь, нагретую до 1200 ° C, и поток инертного газа проходит через камеру для выращивания, чтобы продвинуть выращенные нанотрубки и фуллерены вниз по потоку и собрать их на холодном пальце.Производство высококачественных ОУНТ в масштабе 1–10 г было достигнуто с использованием углеродной мишени, содержащей 0,5 ат.% Ni и Со. Было обнаружено, что этот метод позволяет получать пучки одностенных нанотрубок с узким распределением диаметров с средний диаметр нанотрубок и распределение диаметров контролируются путем изменения температуры роста, состава катализатора и других параметров роста. Для производства фуллеренов обычно используется типичное устройство с импульсным лазером Nd: YAG, работающим на длине волны 532 нм и мощностью 250 мДж.

В CVD материал катализатора нагревается до высоких температур в печи с потоком углеводородного газа через трубчатый реактор. Общий механизм роста нанотрубок включает диссоциацию молекул углеводородов (которая обычно катализируется переходным металлом) и растворение и последующее насыщение атомов углерода в металлической наночастице. Ключевые параметры CVD-роста нанотрубок — это используемые типы углеводородов, катализаторы и температуры роста.Для роста MWNT в большинстве методов CVD в качестве углеродного сырья используется этилен или ацетилен, а температура роста обычно находится в диапазоне 550–750 ° C. Как и в методах дугового разряда и лазерного испарения, Fe, Ni или Co часто используются в качестве катализаторов. Для ОСНТ было обнаружено, что при использовании метана в качестве углеродного сырья, температуры реакции в диапазоне 850–1000 ° C и подходящих каталитических материалов можно получить высококачественные материалы ОСНТ. Для образования нанотрубок малого диаметра необходимы высокие температуры.Одним из больших преимуществ метода CVD является то, что углеродные нанотрубки можно выращивать в больших количествах при относительно хорошо контролируемых условиях (см. Рис. 5). Таким образом, многие в настоящее время идентифицированные применения углеродных нанотрубок могут быть выполнены с помощью метода выращивания CVD.

РИСУНОК 5. (а) Изображение с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) массивов самоориентируемых МУНТ, выращенных методом химического осаждения из паровой фазы на подложке из пористого кремния с каталитическим рисунком. (б) СЭМ-изображение с большим увеличением, показывающее выровненные нанотрубки в башне, показанной на (а).

Кроме того, образование кристаллических твердых тел с фуллеренами стало очень активной областью исследований в синтетической химии, в основном из-за новизны молекулы C ₆₀ и множества химических модификаций оболочки C ₆₀, которые, по-видимому, быть возможно. Большая часть нового химического синтеза фуллеренов проводилась в растворах. Легирование C ₆₀ щелочными металлами может быть достигнуто в двухзонной печи, аналогичной установке, используемой для приготовления соединений интеркалирования графита щелочных металлов.

Синтез и определение характеристик длинных УНТ с помощью электродугового разряда в деионизированной воде и растворе NaCl

Парадайз, М., Госвами, Т .: Производство углеродных нанотрубок и их промышленное применение. Матер. Des. 28 (5), 1477–1489 (2007)

Статья Google Scholar

Аджаян П.М., Чжоу О.З .: Применение углеродных нанотрубок. Углеродные нанотрубки, стр. 391–425. Шпрингер, Берлин (2001)

Google Scholar

Zheng, LX, O’Connell, MJ, Doorn, SK, Liao, XZ, Zhao, YH, Akhadov, EA, Hoffbauer, MA, Roop, BJ, Jia, QX, Dye, RC, Peterson, DE: Ultralong single- стенки углеродных нанотрубок. Nat. Матер. 3 (10), 673–676 (2004)

Артикул Google Scholar

Prasek, J., Drbohlavova, J., Chomoucka, J., Hubalek, J., Jasek, O., Adam, V., Kizek, R.: Обзор метода синтеза углеродных нанотрубок. J. Mater. Chem. 21 (40), 15872–15884 (2011)

Артикул Google Scholar

Ghodselahi, T., Solaymani, S., Akbarzadeh Pasha, M., Vesaghi, M.A .: Катализируемый наночастицами Ni рост MWCNTs на подложке Cu Nps @ a-C: H. Евро. Phys. J. D 66 (299), 1–5 (2012)

Google Scholar

Андо, Ю., Чжао, X., Сугай, Т., Кумар, М .: Выращивание углеродных нанотрубок.Матер. Сегодня 7 (10), 22–29 (2004)

Статья Google Scholar

Сабо, А., Перри, К., Чато, А., Джордано, Г., Вуоно, Д., Надь, Дж.Б .: Методы синтеза углеродных нанотрубок и родственных материалов. Материалы 3 (5), 3092–3140 (2010)

Артикул Google Scholar

Иидзима, С .: Спиральные микротрубочки графитового углерода. Природа 354 , 56–58 (1991)

Артикул Google Scholar

Эббесен, Т.В., Аджаян, П.М .: Крупномасштабный синтез углеродных нанотрубок. Природа 318 , 220–222 (1992)

Артикул Google Scholar

10.

Ишигами, М., Камингс, Дж., Зеттл, А., Чен, С .: Простой метод непрерывного производства углеродных нанотрубок. Chem. Phys. Lett. 319 , 457–459 (2000)

Артикул Google Scholar

11.

Антисари, М.В., Марацци, Р., Крсманович, Р.: Синтез многослойных углеродных нанотрубок с помощью электродугового разряда в жидких средах. Углерод 41 (12), 2393–2401 (2003)

Артикул Google Scholar

12.

Попов В.Н. Углеродные нанотрубки: свойства и применение. Матер. Sci. Англ. R Rep. 43 (3), 61–102 (2004)

Статья Google Scholar

13.

Сараванан, М.С., Бабу, С.П., Сивапрасад, К., Джаганнатам, М .: Технико-экономика углеродных нанотрубок, полученных методом дугового разряда на открытом воздухе. Int. J. Eng. Sci. Technol. 2 (5), 100–108 (2010)

Статья Google Scholar

14.

Hou, P.X., Liu, C., Cheng, H.M .: Очистка углеродных нанотрубок. Углерод 46 (15), 2003–2025 (2008)

Артикул Google Scholar

15.

Mathur, RB, Seth, S., Lal, C., Singh, BP, Rao, R., Dhami, TL, Rao, AM: совместный синтез, очистка и определение характеристик однослойных и многослойных углеродных нанотрубок с использованием электродуговый метод. Углерод 45 , 132–140 (2007)

Артикул Google Scholar

16.

Hou, P., Liu, C., Tong, Y., Xu, S., Liu, M., Cheng, H .: Очистка однослойных углеродных нанотрубок, синтезированных с помощью водородного дугового разряда. метод.J. Mater. Res. 16 (9), 2526–2529 (2001)

Артикул Google Scholar

17.

Park, YS, Choi, C., Kim, KS, Chung, DC, Bae, DJ, An, KH, Lim, SC, Zhu, XY, Lee, YH: очистка многослойных углеродных нанотрубок с высоким выходом селективным окислением при термическом отжиге. Углерод 39 (5), 655–661 (2001)

Артикул Google Scholar

18.

Ван, С.Д., Чанг, М.Х., Мин-Дер Лан, К., Ву, К.С., Ченг, Дж. Дж., Чанг, Х.К .: Синтез углеродных нанотрубок с помощью дугового разряда в растворе хлорида натрия. Углерод 43 (8), 1792–1795 (2005)

Артикул Google Scholar

19.

Коста, С., Боровяк-Пален, Э., Крушинска, М., Бахматюк, А., Каленчук, Р.Дж .: Определение характеристик углеродных нанотрубок с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния. Матер. Sci. Pol. 26 (2), 433–441 (2008)

Google Scholar

20.

Чаудхари, К.Т., Бахтти, К.А., Рафик, М.С., Джамил, Х., Али, Дж., Юпапин, П.П., Сактиот, О., Бидин, Н .: Формирование многостенных углеродных нанотрубок и графена в метановом дуговом разряде плазма. Дайджест J. Nanomater. Биострукт. 9 (4), 1297–1308 (2005)

Google Scholar

21.

Сенгупта, Дж., Джейкоб, К .: Влияние катализаторов Fe и Ni на рост многослойных углеродных нанотрубок с использованием химического осаждения из паровой фазы.J. Nanopart. Res. 12 (2), 457–465 (2010)

Статья Google Scholar

22.

Томас Б., Эпрон Ф .: Метод характеристики углеродных нанотрубок: обзор. Матер. Sci. Англ. B 119 (2), 105–118 (2005)

Статья Google Scholar

23.

Park, Y.S., Kim, K.S., Jeong, H.J., Kim, W.S., Moon, J.M., An, K.H., Bae, D.J., Lee, Y.S., Park, G.С., Ли, Ю. Х .: Синтез однослойных углеродных нанотрубок при низком давлении с помощью дугового разряда. Synth. Встретились. 126 (2), 245–251 (2002)

Артикул Google Scholar

24.

Сингх Д.К., Айер П.К., Гири П.К .: Зависимость от диаметра межслойного разделения и деформации в многослойных углеродных нанотрубках, исследованных методами дифракции рентгеновских лучей и комбинационного рассеяния света. Диам. Relat. Матер. 19 (10), 1281–1288 (2010)

Статья Google Scholar

25.

Шарма, Р., Шарма, А.К., Шарма, В.: Синтез углеродных нанотрубок методом дугового разряда и химического осаждения из газовой фазы с анализом их морфологии, дисперсии и характеристик функционализации. Cognet Eng. 2 (1), 1094017 (2015). (1–10)

Google Scholar

Расчетные вольт-амперные характеристики дугового разряда и …

Контекст 1

…. при исследовании дугового разряда основное внимание уделялось ВАХ вольт-амперной характеристики, см. экспериментальные данные на рис. 4. Без наличия магнитного поля ВАХ имели V-образную форму с точкой минимума, смещающейся в сторону больших токов дуги с увеличением длины промежутка от примерно 25 А в случае зазора 2,5 мм до примерно 45 А в случае зазора 13 мм. 50 Увеличение межэлектродного зазора также привело к сдвигу всей характеристики в сторону более высоких …

Контекст 2

… это приводит к уменьшению температуры электронов, плотности плазмы и доли ионизации в межэлектродном зазоре.Эти расчеты показывают, что дуговая плазма характеризуется температурой электронов около 0,6-0,7 эВ и плотностью электронов около 10 21 м -3. Расчетная вольт-амперная характеристика дугового разряда представлена на рис. 4. Видно, что расчетное напряжение дуги сначала уменьшается с увеличением тока дуги, достигает минимума, а затем увеличивается. Такая тенденция в целом согласуется с экспериментальными данными, как показано на рис. 4 для сравнения. Следует отметить, что немонотонный характер напряжения дуги, показанный на рис.4 является результатом катода …

Контекст 3

… примерно 0,6-0,7 эВ и электронной плотности примерно 10 21 м -3. Расчетная вольт-амперная характеристика дугового разряда представлена на рис. 4. Видно, что расчетное напряжение дуги сначала уменьшается с увеличением тока дуги, достигает минимума, а затем увеличивается. Такая тенденция в целом согласуется с экспериментальными данными, как показано на рис. 4 для сравнения. Следует отметить, что немонотонный характер напряжения дуги, показанный на рис.4 является результатом зависимости катодного напряжения от тока дуги, как описано выше, и, следовательно, является прямым следствием условия модели, что радиус дуги увеличивается с током дуги для I 50 …

Контекст 4

… Дуговый разряд показан на рис. 4. Видно, что расчетное напряжение дуги сначала уменьшается с увеличением тока дуги, достигает минимума, а затем увеличивается. Такая тенденция в целом согласуется с экспериментальными данными, как показано на рис. 4 для сравнения.Следует отметить, что немонотонное поведение напряжения дуги, показанное на рис.4, является результатом зависимости напряжения на катоде от тока дуги, как описано выше, и, следовательно, является прямым следствием условия модели, согласно которому радиус дуги увеличивается с увеличением тока дуги для I 50. …

Влияние увеличения выхода электродов на УНТ, синтезированных с использованием метода дугового разряда

Новая конструкция полностью автоматической системы была создана для производства многослойных углеродных нанотрубок (MWCNT) с использованием техники дугового разряда в деионизированной воде и особо чистом графите несколько электродов (99.Чистота 9%). Целью экспериментального исследования является определение выхода УНТ в двух различных случаях: (а) одиночные плазменные электроды и (б) многоплазменные электроды, в частности 10 электродов. Эксперименты проводились при постоянных параметрах (75 А, 238 В). Полученные УНТ исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), просвечивающего электронного микроскопа (HRTEM), рентгеновской дифракции (XRD) и термогравиметрического анализа (TGA). Результаты показали, что полученные УНТ относятся к типу MWCNT с диаметром 5 нм при использовании мультиплазменных электродов и 13 нм при использовании одинарных плазменных электродов.Было обнаружено, что выход МУНТ на 320% выше при сравнении многоэлектродов с выходом одиночных плазменных электродов. В условиях экспериментальных испытаний был получен выход 0,6 г / ч сажи, содержащей 40% нанотрубок по массе в случае одиночных плазменных электродов и более 60% в случае мультиплазменных электродов.

1. Введение

Углеродные нанотрубки (УНТ) были обнаружены в 1991 г. Иидзимой, который применил метод, используемый для изготовления фуллеренов C60 [1]. Свойства и характеристики УНТ все еще интенсивно исследуются, и ученые только начали использовать потенциал этих структур.УНТ обладают множеством уникальных и замечательных свойств (химических, физических, электрических, механических и биомедицинских), которые делают их востребованными для многих приложений, таких как электроника, биология, медицина, энергетика, материаловедение и авиастроение [2, 3]. Следовательно, производство выхода CNT очень важно, потому что оно контролирует цену продукта. Раджашри и др. (2009) и Chai et al. (2004) подробно рассмотрели технологию УНТ и ее приложения [4–6]. Общими различными методами синтеза УНТ являются дуговый разряд [7–17], лазерное испарение [18] и химическое осаждение из газовой фазы (CVD) [19–21].Среди нескольких методов получения УНТ дуговый разряд является наиболее практичным методом для научных целей, поскольку он дает сильно графитированные трубки из-за высокой температуры процесса [22]. Многослойные углеродные нанотрубки (MWCNT), полученные методом электродугового разряда, являются высококристаллическими и имеют меньше дефектов, чем MWNT, полученные другими методами [23, 24]. В методе дугового разряда напряжение подается на два графитовых стержня в качестве электродов. Углерод с анода испаряется и конденсируется на катоде в виде нанотрубок, среди других форм углерода [25].Чтобы увеличить выход и чистоту УНТ с помощью дугового разряда, многие исследовательские работы были посвящены изучению скорости текучести путем изучения различных эффективных параметров, таких как погруженная среда, сила тока, приложенное напряжение, размер электрода и скорость движения электрода. [26–32]. После производства наночастиц будет проведен метод очистки путем обработки ультразвуком и центробежного разделения. В настоящем исследовании ряд электродов используется в полностью автоматической системе для производства MWCNT с использованием техники дугового разряда в деионизированной воде.Результаты сравниваются с точки зрения выхода и степени очистки УНТ, а также термического сопротивления с обычным одиночным электродом.

2. Экспериментальные

MWCNT были синтезированы полностью автоматическим устройством с использованием техники дугового разряда в деионизированной воде без катализатора в двух различных случаях: один электрод и десять электродов. Преимущества этого устройства по сравнению с существующим методом дугового разряда заключаются в том, что он представляет собой дешевый метод, оснащенный полностью автоматической системой.Зазор между электродами может быть установлен автоматически с помощью таймера, что приводит к увеличению выхода углеродных нанотрубок. На рисунке 1 показан вид спроектированной и изготовленной машины. Пять электродов закреплены левым подвижным держателем в качестве катодов, которые перемещаются использованным силовым винтом, соединенным с более крутым двигателем через муфту Олдхема. Другие пять электродов зажимаются правым фиксированным держателем в качестве анодов, как показано на рисунке 2. Таймер, подающий сигнал на более крутой двигатель через каждые 70 секунд для компенсации расхода электродов, интервал (70 секунд), был определен экспериментально.Высота двух держателей регулируется двумя болтами; Yousef et al. (2012) подробно рассмотрели спроектированную систему и ее экспериментальную процедуру [33].

(a) Вид спереди
(b) Вид сверху
(a) Вид спереди
(b) Вид сверху
2.1. Синтез MWCNT с использованием одинарных плазменных электродов
В этом эксперименте используются два электрода. Два электрода из чистого графита прикреплены к неподвижным и подвижным держателям, при этом один электрод используется в качестве катода, а другой — в качестве анода, как показано на рисунке 3 (а).Эксперимент проводился при дуговом разряде переменного тока, 75 А и 238 В. Дуговый разряд и образовавшаяся плазма показаны на рисунках 3 (b) –3 (d) соответственно. В таблице 1 приведены параметры обработки, использованные в данной исследовательской работе.
электродов Количество электродов с 6 мм
Параметры Одиночные плазменные электроды
Количество катодов Один графитовый электрод
Приложенное напряжение 238 В
Электрический ток
Окружающая среда 75 A (дуговый разряд переменного тока)
Охлаждающий воздух, деионизированная вода и комнатная температура.
2.2. Синтез MWCNT с использованием мультиплазменных электродов
В этом эксперименте используются десять электродов. Зажав десять электродов из чистого графита, пять электродов в качестве катодов и пять в качестве анодов в фиксированных и подвижных держателях, соответственно, как показано на рисунке 4 (а), эксперимент проводится в условиях дугового разряда переменного тока, 75 А и 238 V для всех электродов. Дуговый разряд в этом случае и образовавшаяся плазма показаны на рисунках 4 (b) –4 (h) соответственно.В таблице 2 приведены параметры обработки, использованные в этом случае. Чтобы достичь сильной яркой плазмы в методе многоэлектродного дугового разряда, электроды должны быть погружены на глубину 30 мм в деионизированную воду. Фиксированный зазор между наплавленными электродами составляет 1 мм. После зажатия мультиэлектродов в двух держателях зазор между концами электродов устанавливается на расстоянии 1 мм от блока управления. Из-за изготовления узла держателей и размеров и размеров электродов с точки зрения допусков и припусков и вероятности небольшого перекоса центра электродов зазоры между всеми электродами не равны.Следовательно, генерируемая яркая плазма не будет завершена, пока зазоры между всеми электродами не достигнут ровно 1 мм. Таймер использовался для подачи сигнала на более крутой двигатель каждые 70 секунд для компенсации износа электродов.
Параметры Мультиплазменные электроды
Количество катодов 5 Графит электродов с 6-мм графитом 6 мм
Приложенное напряжение 238 В
Электрический ток
Окружающая среда 75 A (дуговая разрядка переменного тока) для всех электродов
Охлаждающий воздух, деионизированная вода и комнатная температура.
3. Подготовка образца
Сгенерированные наночастицы можно разделить на два типа: углеродные наночастицы, которые плавают на поверхности воды, и продукты осадка, как показано на рисунке 5 (а) . Из-за использования большого количества деионизированной воды (около 13 литров) в каждом эксперименте было обнаружено, что трудно отделить УНТ от деионизированной воды прямым центрифугированием. Поэтому решено сначала испарить воду путем нагревания до получения около 0 ° С.25 литров, как показано на рисунке 5 (b), затем для отделения УНТ центробежным эффектом. Установлено, что центробежного сепаратора L-530 достаточно для концентрирования MWCNT. Очистка достигается последовательным разделением и декантацией с использованием центробежного эффекта. Неочищенные УНТ с дистиллированной водой помещали в стеклянные пробирки в аппарат с рабочей скоростью 4000 об / мин на 8 минут. Из-за высокого удельного веса частицы осаждались на дне стеклянных трубок. После удаления воды осажденные частицы были собраны в одну стеклянную трубку.Затем трубка была помещена в печь при температуре, подходящей для полной сушки сажи, как показано на рисунке 6. Чтобы определить выход УНТ, сажу нагревали в закрытой печи до 600 ° C в течение 2 часов [34–36]. затем взвешивали, сажу взвешивали до и после окисления и рассчитывали потерю веса в процентах.
4. Результаты и обсуждение
Морфология MWCNT, синтезированных с помощью новой конструкции, и степень очистки наблюдались с помощью SEM BPI-T, а также HRTEM: JEM-2100 и дифракции рентгеновских лучей (XRD) и Shimadzu TGA- 50H для двух разных случаев; оценивались одиночные и многоплазменные электроды.
4.1. Рентгеновская дифракция
Известно, что дифракция рентгеновских лучей (XRD) является лучшим методом определения характеристик структур УНТ. На рис. 7 показаны рентгенограммы очищенной УНТ для двух исследованных случаев. В случае одинарных плазменных электродов сильный и резкий пик отражения был обнаружен при 26,388 °, а в случае мультиэлектрода — при 26,398 °. Присутствие этих пиков на рентгенограмме УНТ указывает на концентрическую цилиндрическую природу листов графена, вложенных вместе, и на многостенную природу нанотрубок [37].

4.2. Сканирующий электронный микроскоп
На рис. 8 показаны СЭМ-изображения синтезированной УНТ на одном и нескольких плазменных электродах. Из рисунка видно, что были изготовлены трубочки с соосными иглами, напоминающие форму спагетти. Стоит отметить, что процент выровненной иглы на нескольких электродах намного больше, чем на одиночных плазменных электродах. Что касается чистоты MWCNT, путем количественного определения процента нежелательных материалов на единицу площади в образцах SEM-изображений можно оценить степень чистоты (например,g., 90% трубчатого материала, 5% сферических частиц и 5% объектов неправильной формы) [38], результаты показали, что около 55% (случай с одной плазмой) и 70% (случай с несколькими плазмами) были получены, как показано на рисунках. 8 (а) -8 (б) соответственно.

(a) СЭМ-микрофотография MWNT в корпусе с одним плазменным электродом
(b) СЭМ-микрофотография MWNT в корпусе мультиплазменных электродов
(a) СЭМ-микрофотография MWNT в корпусе с одним плазменным электродом
(b) СЭМ-микрофотография MWNT на корпусе мультиплазменных электродов
4.3. Просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения
HRTEM, JEM-2100, работающий при 200 кВ, был использован для характеристики MWNT, синтезированных для двух изученных случаев. В случае с одним плазменным электродом изображения ПЭМ продемонстрировали, что результат обычно имел диаметр 7–20 нм, как показано на рисунке 9. С другой стороны, для многоплазменных электродов УНТ обычно имели диаметр 3–10 нм. с конфигурацией концов нанотрубок (закрыты), как показано на рисунках 10 и 11. На вставке показан элементный анализ (EDX), который показывает, что все необработанные образцы, синтезированные для исследованных случаев, имели высокую чистоту и хорошую кристалличность.Это относится к тому, что в ходе анализа не было обнаружено никаких других элементов, за исключением небольшого количества медного элемента, который образовался из медного пояса в устройстве ТЕА, как показано на Рисунке 12.

4.4. Термогравиметрический анализ
Термическая стабильность синтезированных УНТ на всех образцах была проанализирована с помощью термогравиметрического анализа (ТГА). На рисунке 13 показан результат TGA для изученных случаев. Нет никакой разницы в температуре убывания для УНТ, которые были синтезированы на одиночных плазменных электродах и многоплазменных электродах.Графитовые частицы начали окисляться при высокой температуре около 600 ° C. С другой стороны, потеря веса одиночных плазменных электродов оказывается на 17% выше в случае нескольких плазменных электродов. Таким образом, тепловое сопротивление нескольких электродов было лучше, чем у одиночных плазменных электродов.
5. Заключение
Изготовление MWCNT было достигнуто с помощью новой спроектированной «полностью автоматической системы» для его производства с использованием техники дугового разряда переменного тока в деионизированной воде для двух различных случаев, первый — одноплазменный, а второй — многоплазменный. электроды.Экспериментальные условия испытаний: 75 А и 238 В, при которых получают УНТ диаметром 5 нм. Было обнаружено, что общий выход в этом исследовании зависит от количества электродов, используемых в эксперименте. Установлено, что выход MWCNT в случае мультиэлектродов на 320% выше, чем у одиночных плазменных электродов до окисления. После окисления соотношение оказалось почти таким же. Кроме того, было обнаружено, что чистота MWCNT для одиночных плазменных электродов составляла 40% с выходом 0.6 г / час. С другой стороны, было обнаружено, что чистота MWCNT для многоплазменных электродов составляет более 70% с выходом 2 г / час.
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДУГОВОГО РАЗРЯДА ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ (Патент)
Люс, Дж. С. УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДУГОВОГО РАЗРЯДА ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ . США: Н. П., 1960. Интернет.
Люси, Дж. С. УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДУГОВОГО РАЗРЯДА ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ . Соединенные Штаты.
Люс, Дж. С. Пт. «УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДУГОВОГО РАЗРЯДА ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ». Соединенные Штаты.
@article {osti_4165162, title = {УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДУГОВОГО РАЗРЯДА ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ}, author = {Люс, Дж. С}, abstractNote = {Описано устройство для создания мощного углеродного дугового разряда постоянного тока между широко разнесенными электродами с токами дуги, превышающими 100 ампер, в магнитном поле около 3000 Гс и в вакуумированном корпусе при давлении около 10 л / с 5 / мм рт.В устройстве не используются определяющие электроды, что по существу устраняет проблемы закорачивания, которые до сих пор ограничивали количество тока, который мог быть произведен в дуговом разряде. Энергичный разряд угольной дуги поддерживается за счет потенциала на электродах, а также за счет ионов углерода и электронов, высвобождаемых из электродов во время работы дуги. Большая часть падения потенциала дуги происходит вдоль дуги, и многие энергичные электроны достигают анода, потому что давление дуги относительно низкое и происходит небольшое количество столкновений.Угольный разряд также является эффективным ионным насосом.}, doi = {}, url = {https://www.osti.gov/biblio/4165162}, journal = {}, number =, volume =, place = {United States}, год = {1960}, месяц = {1} }
DIY Стабилизированный вихревой дуговый разряд
ВВЕДЕНИЕ
В предыдущих двух проектах серии DIY Science я рассмотрел основы скользящего дугового разряда, типа атмосферной нетепловой плазмы.В первом проекте, DIY Handheld Gliding Arc Discharge Plasma Surface Treater , был представлен общий обзор скользящих дуг, а также пошаговое руководство по созданию простого маломощного портативного демонстрационного устройства из обычных деталей и материалов. и исследовали простые экспериментальные примеры активации поверхности с использованием теста угла смачивания с водой. Во втором проекте, DIY High Power Gliding Arc Discharge Plasma Treater , была построена более мощная система, которая могла обрабатывать несколько кВт и позволяла проводить более интенсивную и крупномасштабную обработку поверхностей, а также трудно активируемых поверхностей, таких как как тефлон.Эта система, как и первая, также была построена из очень простых и чрезвычайно дешевых материалов. Здесь мы исследовали активацию поверхности с помощью теста чернильных полос. В этом следующем проекте мы будем исследовать более продвинутую топологию скользящего дугового разряда с использованием вихревой стабилизации. Прежде чем погрузиться в эту более продвинутую систему, я настоятельно рекомендую сначала просмотреть две предыдущие системы, чтобы лучше познакомиться и познакомиться с технологией скользящего дугового разряда, поскольку в этой системе также используется дуга большой мощности.
ОБЗОР ВИХРЕВОЙ СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ДУГИ
Для двух предыдущих систем использовалась самая простая и распространенная топология скользящих дуговых разрядов. Этот разряд состоит из плоского разряда над двумя расходящимися электродами с технологическим газом (обычно воздухом), линейно продуваемым между электродами и толкающим дугу вперед. По сути, это модифицированная лестница Иакова с пневмоприводом. Базовую схему этой топологии можно увидеть ниже:
Однако это не единственный способ создания скользящих дуг.Второй основной метод — вместо этого использовать коаксиальную геометрию с внутренним и внешним цилиндрическими электродами. Электроды могут расходиться или сходиться с помощью конической формы, такой как сопла или заостренные цилиндры, но это не всегда требуется. Дополнительным вариантом является использование двух коллинеарных цилиндров в качестве электродов, при этом дуга вращается между краями электродов.
Вихревая стабилизация использует преимущества цилиндрической геометрии, и вместо того, чтобы обдувать воздух непосредственно между двумя электродами, чтобы выпустить дугу прямо, он вводится тангенциально, чтобы создать вихрь воздуха внутри системы.Этот вихрь заставляет дугу вращаться вокруг своей центральной оси, одновременно продвигаясь вперед. Этот тип системы имеет несколько ключевых преимуществ, благодаря которым скользящая дуга со стабилизацией вихря особенно хорошо подходит для таких применений, как риформинг углеводородов, обработка газа и сжигание с помощью плазмы.
В категории дуг с вихревой стабилизацией существует два метода нагнетания воздуха и, следовательно, стабилизации: стабилизация прямого потока и стабилизация обратного потока.В прямом потоке воздух поступает по касательной в заднюю часть устройства за дугой, где он движется вверх по корпусу и напрямую выталкивает дугу наружу. Однако при стабилизации обратного вихря воздух нагнетается в переднюю часть устройства либо в точке зажигания дуги, либо после нее. Воздух создает вихрь, который сначала движется по спирали к задней части устройства, затем разворачивается и течет обратно к соплу. Стабилизация обратного потока имеет преимущества, заключающиеся в повышенной стабилизации, а также в гораздо большей зоне реакции между дугой и процессом, но с несколько более высокими затратами в плане сложности.В этом проекте используется прямая вихревая стабилизация.
Также можно использовать дополнительные методы стабилизации. Для плазмы постоянного тока можно использовать кольцевые магниты, чтобы вызвать вращение вокруг центральной оси из-за магнитного поля, а также для установки положения дуги. С помощью подвижного кольцевого магнита или магнитных катушек постоянного тока можно регулировать положение дуги по длине электрода. В этом методе можно использовать прямую и тангенциальную подачу воздуха.
В дополнительном типе топологии плазмотрона используются коллинеарные полые трубчатые электроды, в которых дуга зажигается в пространстве, разделяющем электроды, а воздух по касательной закручивается для вращения дуги по краям. Эта топология в основном используется для переработки газа и риформинга углеводородов. В описываемой ниже сборке проекта мы сосредоточимся только на скользящем дуговом разряде, стабилизированном прямым вихрем.
СТРОИТЕЛЬСТВО ПРОЕКТА
Для этого упрощенного вихревого стабилизированного скользящего дугового разряда я использовал несколько кусков металлолома, который валялся повсюду.Это было сделано быстро и грязно, чтобы предоставить базовую экспериментальную демонстрацию, и существует бесчисленное множество способов построить такую систему. Базовую сборку можно увидеть ниже:
Конструкция по-прежнему невероятно проста, хотя требует доступа к сверлильному станку и некоторым большим сверлам. Передний электрод изготовлен из куска алюминиевого лома, который последовательно просверливали большими сверлами, чтобы плотно прилегать к пластиковому корпусу трубки. Передний электрод также включает в себя единственный порт для тангенциального впуска воздуха с резьбой для обычного переходника NPT для шланга.Выпускное отверстие также имеет резьбу для размещения сопла, сделанного из немного большего размера NPT, для шлангового фитинга, с просверленным внутренним отверстием для большего внутреннего диаметра сопла. Четыре небольших винта расположены по краям электрода, чтобы прикрепить корпус к электроду. Хотя сначала кажется, что это в форме системы стабилизации обратного вихря, впрыск воздушного потока на самом деле не настроен должным образом для обратного вихря, а просто толкает дугу вперед (поскольку нагнетание воздуха все еще позади, где образуется дуга). , а не непосредственно перед ним или перед ним для истинной стабилизации обратного вихря.)
Задний конец корпуса состоит из короткой секции пластиковой трубки, вставленной в пластиковый блок, просверленной до того же диаметра, что и отверстие переднего электрода. Затем в центре просверливается небольшое отверстие для пропуска медной проволоки толщиной 1/16 дюйма, служащей коаксиальным электродом. Расстояние между двумя электродами регулируется перемещением проволочного электрода внутрь и наружу, ближе к выходу переднего электрода или дальше от него.
Система может работать на любом технологическом газе, а также на переменном или постоянном токе.Для следующих испытаний используется прямой высоковольтный переменный ток от источника питания с двумя МОЛ с балластом на 1 кВт, 4 кВ с воздухом. Показана пара тестовых снимков полученной плазмы в зависимости от рабочего режима. Заметную разницу в дуге можно наблюдать при работе системы без выходного сопла (слева) и с выходным соплом (справа). Видео о реальных пробегах можно увидеть в следующих разделах.
ДЕМО 1 — СТАБИЛИЗАЦИЯ ВИХРЯ БЕЗ ВЫХОДНОГО СОПЛА
В этом первом демонстрационном видео у нас будет возможность действительно увидеть в действии дугу со стабилизацией вихря.Эта демонстрация также выполнена без выходного сопла по двум причинам. В этой конфигурации мы можем лучше видеть вращение дуги из-за тангенциального впрыска воздуха. Однако с точки зрения эксплуатации характеристики дуги также меняются. При прямом и открытом выходе дуга может расширяться дальше, что позволяет ей работать в гораздо более нетепловом режиме. Однако с выходным соплом, ограничивающим поток плазмы и газа, дуга переходит в квазитермический режим, который проявляется в виде более концентрированного и интенсивного разряда.
На видео показаны два вида системы во время работы. Этот первый вид показывает дугу сбоку, где вы можете видеть длину расширения дуги в нетепловой области. На втором виде видео показывает операцию прямо в устройстве спереди, где четко видно вращение дуги из-за тангенциального воздушного потока. В системе используется тот же источник питания с двумя МОЛ переменного тока мощностью 1 кВт, что и в предыдущей мощной системе планарного разряда.
DEMO 2 — Вихревая стабилизация с выходным соплом
В следующем демонстрационном видео мы увидим, что происходит, когда мы добавляем выходное сопло для концентрации выброса.Как обсуждалось ранее, с добавлением сопла дуга становится более суженной и концентрированной, переводя разряд в более квазитепловой режим (хотя он все еще работает как нетепловая плазма).
ДАЛЬШЕ
Теперь, когда мы разработали метод создания невероятно простого вихревого стабилизированного скользящего дугового разряда с парой различных режимов работы, что мы можем делать дальше? Как и предыдущие сборки со скользящей дугой, эту систему также можно использовать для материаловедения, модификации поверхности и активации поверхности.В частности, такие системы, особенно концентрированная дуга с выходным соплом, могут использоваться для быстрой активации точных участков. Это часто наблюдается в промышленности при быстрой активации кромок для склеивания или деталей с тонким поперечным сечением, и предлагает хороший промежуточный метод активации с точки зрения скорости и агрессивности между более нетепловой скользящей дугой и обработкой пламенем.
Система также может быть значительно улучшена и расширена. Это была простая демонстрация с использованием обрезков, но и полностью спроектированную систему можно легко спроектировать и построить.Также могут быть исследованы различные топологии, такие как магнитная стабилизация, стабилизация обратного потока и коллинеарные топологии плазмотрона с трубчатым электродом. Это, в частности, приводит к некоторым очень захватывающим экспериментам с плазменным сжиганием. В следующей сборке DIY Science я продемонстрирую эту точную систему для экспериментов с плазменным сжиганием, для использования в качестве простой плазменной горелки с форсунками с пропаном, исследуя динамику системы и ее стабильность может быть достигнуто в рабочих условиях, когда пламя не может быть нормально воспламенено или поддержано.

Дуговой разряд: ДУГОВОЙ РАЗРЯД — это… Что такое ДУГОВОЙ РАЗРЯД?

ДУГОВОЙ РАЗРЯД — это… Что такое ДУГОВОЙ РАЗРЯД?

Смотреть что такое «ДУГОВОЙ РАЗРЯД» в других словарях:

ДУГОВОЙ РАЗРЯД • Большая российская энциклопедия

что это такое, причины возникновения, свойства

Что такое электрическая дуга?

Строение

Свойства

Полезное применение

Причины возникновения

Способы гашения

Воздействие на человека и электрооборудование

Видео по теме

Электрическая дуга — Что такое Электрическая дуга?

Дуговой разряд в газах — Справочник химика 21

Дуговой разряд. Гашение электрической дуги — Electric-Zone

Дуговой разряд в дата-центре — как избежать катастрофы?

Механика и опасность

Задача и инструменты для ее решения

24/7

Если вам нужна профессиональная консультация по диагностике высоковольтного электрооборудования, просто отправьте нам сообщение:

Дуговый разряд — обзор

8.06.3.5 Дуговый разряд (газовая плазма)

Дуговые разряды — обзор

III Synthesis

Синтез и определение характеристик длинных УНТ с помощью электродугового разряда в деионизированной воде и растворе NaCl

Расчетные вольт-амперные характеристики дугового разряда и …

Влияние увеличения выхода электродов на УНТ, синтезированных с использованием метода дугового разряда

1. Введение

2. Экспериментальные

2.1. Синтез MWCNT с использованием одинарных плазменных электродов

2.2. Синтез MWCNT с использованием мультиплазменных электродов

3. Подготовка образца

4. Результаты и обсуждение

4.1. Рентгеновская дифракция

4.2. Сканирующий электронный микроскоп

4.3. Просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения

4.4. Термогравиметрический анализ

5. Заключение

УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДУГОВОГО РАЗРЯДА ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ (Патент)

DIY Стабилизированный вихревой дуговый разряд

Добавить комментарий Отменить ответ