Электрическая дуга в высоковольтных выключателях. Методы гашения электрической дуги



 



Описание процесса отключения электрической цепи переменного тока при коротком замыкании

При размыкании контактов выключателя ток не прерывается. Согласно закону Ленца в цепи возникает ЭДС Е_L=-Ldi/dt, препятствующая изменению тока. Последний находит для себя путь через газовый промежуток между расходящимися контактами выключателя, который перекрывается электрической дугой. Чтобы прервать ток, дуга должна быть погашена. В цепях переменного тока благоприятные условия для гашения дуги возникают каждый раз, когда ток приходит к нулю, т.е. 2 раза в течение каждого периода. Диаметр дугового столба, температура и ионизация газа резко уменьшаются. В некоторый момент времени ток приходит к нулю и дуговой разряд прекращается. Однако цепь еще не прервана.

После нуля тока в газовом промежутке, еще в некоторой мере ионизованном, продолжается процесс деионизации, т. е. процесс превращения его из проводника в диэлектрик, а в электрической цепи начинается процесс восстановления напряжения на контактах выключателя от относительно небольшого напряжения на дуге до напряжения сети. Эти процессы взаимосвязаны. Исход взаимодействия дугового промежутка с электрической цепью зависит от соотношения между энергией, подводимой к промежутку, и потерями энергии в нем, зависящими от дугогасительного устройства выключателя.

Если в течение всего переходного процесса потери энергии преобладают, дуга не возникнет вновь и цепь будет прервана. В противном случае дуга возникнет вновь и ток будет проходить еще в течение половины периода, после чего процесс взаимодействия повторится. Функция выключателя заключается не столько в том, чтобы «погасить» дугу, а скорее в том, чтобы исключить возможность ее нового зажигания путем эффективной деионизации промежутка различными искусственными средствами. При этом используется исключительное свойство газа — быстро, в течение нескольких микросекунд, превращаться из проводника в диэлектрик, способный противостоять восстанавливающемуся напряжению сети.

Для понимания устройства и работы выключателей необходимо ознакомиться с физическими процессами в дуговом промежутке в процессе отключения. В этой статье рассмотрены методы гашения дуги в воздушных и масляных выключателях.

Физические процессы в дуговом промежутке выключателя при высоком давлении

Электрической дугой, точнее дуговым разрядом, называют самостоятельный разряд в газе, т.е. разряд, протекающий без внешнего ионизатора, характеризующийся большой плотностью тока и относительно небольшим падением напряжения у катода. Ниже рассмотрена дуга высокого давления, т.е. дуговой разряд при атмосферном и более высоком давлении.

Различают следующие области дугового разряда:

• область катодного падения напряжения;
• область у анода;
• столб дуги.

Область катодного падения напряжения представляет собой тончайший слой газа у поверхности катода. Падение напряжения в этом слое составляет 20-50 В, а напряженность электрического поля достигает 10⁵10⁶ В/см. Энергия, подводимая из сети к этой области, используется на выделение электронов с поверхности катода.

Механизм освобождения электронов может быть двояким:

• термоэлектронная эмиссия при тугоплавких и огнеупорных электродах (вольфрам, уголь), температура которых может достигнуть 6000 К и выше
• автоэлектронная эмиссия, т.е. вырывание электронов из катода действием сильного электрического поля при «холодном» катоде.

Плотность тока на катоде достигает 3000-10000 А/см⁵. Ток сосредоточен на небольшой ярко освещенной площадке, получившей название катодного пятна. Освобождающиеся электроны движутся через дуговой столб к аноду.

У анода положительные ионы приобретают ускорение в направлении к катоду. Электроны уходят в анод и образуют в тонком слое отрицательный заряд. Падение напряжения у анода составляет 10-20 В.

Процессы в дуговом столбе представляют наибольший интерес при изучении выключателей, поскольку для гашения дуги используют различные виды воздействия именно на дуговой столб.

Последний представляет собой плазму, т.е. ионизованный газ с очень высокой температурой и одинаковым содержанием электронов и положительных ионов в единице объема.

Высокую температуру в дуговом столбе создают и поддерживают электроны и ионы, участвующие в тепловом хаотическом движении нейтральных молекул и атомов, но имеющие также направленное движение в электрическом поле вдоль оси дуги, определяемое знаком заряда частиц. Этому движению препятствует нейтральный газ. Происходят частые соударения электронов и ионов с нейтральными частицами. Поскольку длина свободного пробега электронов при высоком давлении мала, потеря энергии при упругих столкновениях с молекулами и атомами, приходящаяся на каждое столкновение, мала и недостаточна для ионизации частиц. Однако число столкновений, претерпеваемых электронами, весьма велико. В результате энергия электронов передается нейтральному газу в виде тепла.

Средняя энергия «электронного газа» не может сколько-нибудь заметно превысить среднюю энергию нейтрального газа, поскольку дополнительная энергия, приобретаемая электронами и ионами в своем направленном движении вдоль оси лугового столба, мала по сравнению с тепловой энергией газа. Следовательно, ионы, электроны, а также нейтральные атомы и молекулы находятся в тепловом равновесии. При этом удельная ионизация дугового столба полностью определяется температурой и при изменении одной из этих величин неизбежно изменяется и другая.

Поскольку при высоком давлении газа атомы и молекулы подавляющим образом преобладают над электронами и имеют почти ту же высокую температуру, большая часть возбужденных и ионизованных атомов и молекул получается при соударениях между нейтральными частицами, а не при столкновениях с электронами. Таким образом, электроны ионизуют не непосредственно при соударениях с нейтральными частицами (как это происходит в вакууме), а косвенно, повышая температуру газа в дуговом столбе. Такой механизм ионизации называют термической ионизацией. Источником энергии, необходимой для термической ионизации, является электрическое поле.

В дуговом столбе имеются потери энергии, которые в установившемся состоянии уравновешиваются энергией, получаемой из сети. Основная часть энергии уносится из дугового столба возбужденными и ионизованными атомами и молекулами. Вследствие разности концентраций заряженных частиц в дуговом столбе и окружающем пространстве, а также разности температур ионы диффундируют к поверхности дугового столба, где происходит их нейтрализация. Эти потери должны восполняться образованием новых ионов и электронов, связанным с затратой энергии. В установившемся состоянии градиент напряжения в столбе дуги всегда таков, что имеющая место ионизация компенсирует потери электронов через рекомбинацию. Градиент напряжения зависит от свойств газа, состояния, в котором он находится (спокойное, турбулентное), а также от давления и тока. При повышении давления газа градиент напряжения увеличивается вследствие уменьшения свободного пробега электронов. С увеличением тока градиент напряжения уменьшается, что объясняется увеличением площади сечения и температуры дугового столба. Дуговой столб стремится принять такое сечение, чтобы в рассматриваемых условиях потери энергии были минимальны.

Вольт-амперные характеристики дуги

Зависимость градиента напряжения Е=dU/dl в столбе дуги от тока при очень медленном изменении последнего представляет собой статическую характеристику дуги (рис.1,а), зависящую от давления и свойств газа.

Рис.1. Вольт-амперные характеристики дуги:

а — статическая характеристика;
б — динамические характеристики

В установившемся состоянии каждой точке характеристики соответствуют некоторое сечение и температура дугового столба. При изменении тока дуговой столб должен изменить свое сечение и температуру применительно к новым условиям. Эти процессы требуют времени, и поэтому новое установившееся состояние наступает не сразу, а с некоторым запозданием. Это явление называют гистерезисом.

Допустим, что ток внезапно изменился от значения I₁ (точка 1) до значения I₂ (точка 2). В первый момент дуга сохранит свои сечения и температуру, а градиент уменьшится (точка 2′). Подводимая мощность будет меньше необходимой для проведения тока I₂. Поэтому сечение и температура начнут уменьшаться, а градиент увеличиваться, пока не наступит новое установившееся состояние в точке 2 на статической характеристике. При внезапном увеличении тока от значения I

1 до значения I₃ градиент напряжения увеличится (точка 3′). Подводимая к дуге мощность будет больше необходимой для проведения тока I₃. Поэтому сечение и температура столба начнут увеличиваться, а градиент напряжения уменьшаться, пока не наступит новое установившееся состояние в точке 3 на статической характеристике.

При плавном изменении тока с некоторой скоростью градиент напряжения не успевает следовать за изменением тока в соответствии со статической характеристикой. При увеличении тока градиент напряжения превышает значения, определяемые статической характеристикой, а при уменьшении тока градиент напряжения меньше этих значений. Кривые E=f(I) при изменении тока с некоторой скоростью представляют собой динамические характеристики дуги (сплошные линии на рис.

1,б).

Положение этих характеристик по отношению к статической характеристике (см. пунктирную кривую) зависит от скорости изменения тока. Чем медленнее происходит изменение тока, тем ближе расположена динамическая характеристика к статической. В заданных условиях дугового разряда может быть только одна статическая характеристика. Число динамических характеристик не ограничено.

При анализе электрических цепей принято оперировать понятием сопротивления. Поэтому говорят и о сопротивлении дуги, понимая под этим отношение напряжения у электродов к току. Сопротивление дуги непостоянно. Оно зависит от тока и многих других факторов. По мере увеличения тока сопротивление дуги уменьшается.

Рис.2. Напряжение на дуге при переменном токе:
а — напряжение дуги как функция тока;
6 — напряжение дуги как функция времени

Вольт-амперная характеристика дуги переменного тока показана на рис.2,а. В течение четверти периода, когда ток увеличивается, кривая напряжения лежит выше статической характеристики.

Следующую четверть периода, когда ток уменьшается, кривая напряжения лежит ниже статической характеристики.

Дуга зажигается в точках 1 и 3 и угасает в точках 2 и 4. На рис.2,б показана характеристика дуги как функции времени. Интервалы 2-3 и 4-1 соответствуют неустойчивому состоянию, при котором происходит интенсивное взаимодействие дуги с постоянными цепи R, L и С. Эти короткие интервалы времени, продолжительность которых составляет несколько микросекунд, используются для интенсивной деионизации промежутка между контактами выключателя, чтобы воспрепятствовать новому зажиганию дуги. В зависимости от условий процесс взаимодействия может закончиться двояко: или дуга погаснет и цепь будет прервана, или дуга возникнет вновь и процесс взаимодействия повторится через половину периода при более благоприятных условиях.

Гашение дуги в воздушных выключателях

В воздушных выключателях дуга гасится в потоке воздуха высокого давления. Гасительное устройство выключателя (рис. 3,а) представляет собой камеру, в которой помещены два сопла, служащие одновременно контактами. Выхлопные стороны сопел соединены с областью низкого давления. При разведении контактов вследствие разности давлений возникает поток воздуха, направленный в сопла симметрично в обе стороны.

Рис.3. Дугогасительное устройство воздушного выключателя с двухсторонним дутьем:
а — схема;
б — распределение давления вдоль оси

На рис.3,б показано распределение давления вдоль оси. В середине промежутка между соплами имеется точка торможения потока, давление в которой обозначено через р_o.

В обе стороны от этой точки давление уменьшается и достигает в горловинах сопел приблизительно половины р

o. За горловинами давление продолжает падать до давления выхлопа.

Процесс гашения дуги протекает следующим образом. Между размыкающимися контактами возникает дуга, которая под действием воздушного потока быстро переносится вдоль оси. При этом опорные пятна дуги перемещаются внутрь сопел по потоку, как показано на рис.3. Дуга в промежутке между соплами имеет цилиндрическую форму.

Рис.4. Распределение температуры в поперечном направлении на участке между соплами:
а — дуга;
в — тепловой пограничный слой

Распределение температуры в поперечном направлении показано на рис.4. В зоне дуги а она составляет приблизительно 20000 К и резко спадает к тепловому пограничному слою в, образующемуся около дуги. Здесь температура изменяется в пределах от 2000 К до температуры холодного воздуха. По мере подхода тока к нулю диаметр цилиндрической части дуги быстро уменьшается. При токе, равном нулю, он меньше 1 мм. Однако температура в этой части дуги еще очень высока (15000 К).

Важнейшим фактором, способствующим гашению дуги, является турбулентность в пограничном слое между дугой и окружающим ее относительно холодным воздухом. Вследствие высокой температуры дуги плотность газа в столбе приблизительно в 20 раз меньше, чем в окружающей среде. Поэтому скорость газа внутри дугового столба значительно выше скорости в соседних слоях (скорость обратно пропорциональна корню квадратному из плотности). Вследствие диффузии частиц из области с большой скоростью в область с малой скоростью и обратно в пограничном слое возникают значительные срезывающие силы, образуются вихри и весь объем приобретает высокую турбулентность. В дуговой столб вносится относительно холодный неионизованный газ, вследствие чего столб теряет свою однородность. Он расщепляется на тысячи тончайших проводящих нитей, непрерывно изменяющих свою форму и положение (рис.5).

Рис.5. Влияние турбулентности на столб дуги вблизи нуля тока (схема)

Они имеют высокую температуру и высокую удельную ионизацию и окружены холодным слабо ионизованным газом. Известно, что скорость диффузии из цилиндрического объема обратно пропорциональна квадрату диаметра. Чем тоньше ионизованные нити, тем быстрее происходит обмен частиц с окружающей более холодной и менее ионизованной средой. Турбулентность увеличивает диффузию во много раз. Она проявляется особенно резко в горловинах сопел, где скорость плазмы максимальна — 6000 м/с. После нуля тока в течение короткого промежутка времени, исчисляемого микросекундами, происходит распад проводящего канала и дальнейшее уменьшение температуры определяется тепловым пограничным слоем, остывание которого происходит значительно медленнее.

Рис.6. Схема замещения, поясняющая влияние сопротивления дуги и емкости

Рис.7. Взаимодействие дуги с электрической цепью

Существенное влияние на процесс отключения оказывает сопротивление дуги и емкость, включенная параллельно дуговому промежутку (рис.6). Если пренебречь сопротивлением дуги, ток i₀=I_msinɷt подходит к нулю практически линейно (рис.7). Однако сопротивление дуги не равно нулю. Поэтому ток i_B в дуговом промежутке выключателя уменьшается:

(1)

где t₀ — момент размыкания контактов.

Как видно из рисунка, напряжение на дуге изменяется в соответствии с вольт-амперной характеристикой. Скорость снижения тока существенно уменьшается в течение последних 5…10 мкс до прихода его к нулю. Это время мало, но оно в несколько раз больше постоянной времени дуги и поэтому существенно влияет на состояние дуги при нуле тока (точка 1). Дуга легко угасает. Сопротивление дуги видоизменяет и кривую ПВН. Процесс восстановления напряжения начинается в точке 1; напряжение достигает максимума в точке 2, когда i_L=i_C=0.

Этап возможного теплового пробоя

Если температура газа в промежутке не снизится до некоторого критического значения, определяемого свойством газа и давлением, промежуток сохранит свою проводимость после нуля тока (точка 1) и под действием ПВН возникнет ток остаточной проводимости (рис.8).

Рис.8. Погасание дуги с задержкой,
вызванной появлением тока остаточной проводимости

При благоприятных условиях он невелик и быстро затухает (точка 2). Однако если процесс охлаждения недостаточно интенсивен, ток остаточной проводимости увеличивается; происходит повторный разогрев плазмы, возобновляется процесс ионизации и дуга возникает вновь. Это явление получило название теплового пробоя, так как электрический пробой невозможен, поскольку промежуток ионизован и не приобрел еще электрической прочности.

Произойдет такой пробой или нет, зависит от исхода двух взаимосвязанных процессов, протекающих в промежутке, из которых один определяется интегралом во времени подводимой мощности (произведения тока и напряжения на промежутке), а второй — интегралом во времени потерь, вызванных теплопроводностью и конвекцией. Это означает, что процесс взаимодействия продолжится до тех пор, пока ток не исчезнет или дуга не возникнет вновь. Явление теплового пробоя характерно для первых 20 мкс после нуля тока в условиях, когда скорость восстанавливающеюся напряжения велика, например при неудаленных КЗ.

Этап возможного электрического пробоя

Если тепловой пробой не произошел, межконтактный промежуток продолжает подвергаться воздействию ПВН. Дуговой канал имеет еще повышенную температуру и пониженную плотность. Спустя несколько сотен микросекунд после нуля тока, когда ПВН достигает максимального значения, наступает этап возможного электрического пробоя. В основе его лежит не баланс энергий, а процесс образования электронов в электрическом поле. Если увеличение концентрации электронов превысит некоторое критическое значение, то произойдет образование искры, которая перейдет в дуговой разряд.

Гашение дуги в масляных выключателях

В масляных выключателях контакты размыкаются в масле, однако вследствие высокой температуры дуги, образующейся между контактами, масло разлагается и дуговой разряд происходит в газовой среде. Приблизительно половину этого газа (по объему) составляют пары масла. Остальная часть состоит из водорода (70%) и углеводородов различного состава. Газы эти горючи, однако в масле горение невозможно из-за отсутствия кислорода. Количество масла, разлагаемого дугой, невелико, но объем образующихся газов велик. Один грамм масла дает приблизительно 1500 см³ газа, приведенного к комнатной температуре и атмосферному давлению.

Гашение дуги в масляных выключателях происходит наиболее эффективно при применении гасительных камер, которые ограничивают зону дуги, способствуют повышению давления в этой зоне и образованию газового дутья сквозь дуговой столб. На рис.9 приведена схема простейшей гасительной камеры.

Рис.9. Схема простейшей гасительной камеры масляного выключателя

В процессе отключения контактный стержень 1 перемещается вниз. Между контактами 1 и 2 возникает дуга. Происходит интенсивное газообразование и давление в камере быстро увеличивается. Относительно холодный газ, образующийся на поверхности масла, перемешивается с плазмой дуги. Пограничный слой приходит в турбулентное состояние, способствующее деионизации. Однако дуга не может погаснуть до тех пор, пока расстояние между контактами не достигнет некоторого минимального значения, определяемого восстанавливающимся напряжением. Этот минимальный промежуток образуется, когда подвижный контакт еще находится в камере. Когда стержень покидает пределы камеры, газы с силой выбрасываются наружу. Возникает газовое дутье, направленное по оси, способствующее гашению дуги.

После погасания дуги контактный стержень продолжает свое движение, чтобы обеспечить необходимое изоляционное расстояние в отключенном положении.

Напряжение на дуге масляного выключателя по крайней мере в 3 раза больше, чем у воздушного выключателя. Электрическая прочность промежутка восстанавливается быстрее (со скоростью около 2 кВ/мкс). Поэтому при одинаковом токе КЗ дугогасительное устройство масляного выключателя может быть рассчитано на вдвое большее напряжение и вдвое большее волновое сопротивление, чем устройство воздушного дутья.

Характерные свойства воздушных и масляных выключателей

В воздушных выключателях дутье в дуговом промежутке создается от внешнего источника энергии и не зависит от отключаемого тока. После нуля тока восстанавливающееся напряжение оказывается приложенным к короткому промежутку, заполненному горячим ионизованным газом. Скорость восстановления электрической прочности промежутка определяется охлаждением газа и удалением его из промежутка потоком свежего воздуха. Это требует времени и поэтому процесс восстановления электрической прочности промежутка запаздывает.

Рис.10. Характеристики восстанавливающейся электрической прочности
дугового промежутка воздушного выключателя

На рис.10 приведены типичные кривые восстанавливающейся электрической прочности дугового промежутка воздушного выключателя. Они имеют S-образную форму. При этом основная стадия процесса восстановления электрической прочности промежутка протекает со скоростью, не превышающей 1-2 кВ/мкс, и начинается спустя 10-15 мкс после нулевого значения тока. С увеличением отключаемого тока запаздывание увеличивается, а скорость восстановления электрической прочности уменьшается. Нижняя пунктирная кривая соответствует случаю неудовлетворительной работы выключателя, поскольку процесс восстановления электрической прочности промежутка протекает слишком медленно. Номинальный ток отключения воздушною выключателя ограничен восстанавливающейся электрической прочностью промежутка.

В масляных выключателях для образования газовою дутья используется энергия самой дуги. Давление в гасительной камере и сила дутья в первом приближении пропорциональны отключаемому току. Чем больше последний, тем эффективнее деионизация промежутка и быстрее восстанавливается его электрическая прочность. Однако по мере увеличения тока увеличиваются механические напряжения в частях гасительной камеры. Поэтому номинальный ток отключения ограничен механической прочностью гасительной камеры.

Характерные свойства воздушных и масляных выключателей проявляются при отключении асимметричного тока КЗ. Как известно, быстродействующие выключатели при наличии соответствующей релейной защиты размыкают свои контакты, когда апериодическая составляющая отключаемого тока еще не успевает затухнуть. Следовательно, эти выключатели должны быть способны отключать как симметричный, так и асимметричный ток, т. е. ток, не смещенный или смещенный относительно оси времени в зависимости от условий. Асимметрия тока β (относительное содержание апериодической составляющей в токе КЗ) определяется как отношение апериодической составляющей к амплитуде периодической составляющей тока КЗ к моменту τ размыкания контактов выключателя

(2)

Асимметрия отключаемого тока зависит от постоянной времени цепи Т_a=Х/(ɷR), а также от τ — времени размыкания контактов выключателя с учетом времени срабатывания релейной защиты. Чем больше постоянная времени и чем быстрее размыкаются контакты выключателя, тем больше асимметрия отключаемого тока. Наибольшую постоянную времени имеют генераторы, трансформаторы и реакторы. Поэтому наибольшую асимметрию следует ожидать при КЗ вблизи генераторов и сборных шин станций. Расчеты показывают, что асимметрия тока, отключаемого быстродействующими выключателями, установленными в главных РУ мощных станций, может достигнуть 80%. Менее быстродействующие выключатели в этих же условиях могут встретиться с асимметрией порядка 40-50%. Выключатели, установленные в распределительных сетях, встречаются с асимметрией, не превосходящей 20%.

При наличии апериодической составляющей в отключаемом токе:

• увеличивается действующее значение тока;
• промежутки времени между моментами, когда ток достигает нуля, становятся неодинаковыми: они попеременно больше или меньше полупериода;
• уменьшается скорость изменения тока di/dt при подходе его к нулевому значению;
• уменьшается возвращающееся напряжение на полюсе выключателя.

Увеличение действующего значения тока и изменение промежутков времени между нулевыми значениями тока могут при неблагоприятных условиях привести к значительному увеличению выделяемой энергии по сравнению с энергией, выделяемой при отсутствии апериодической составляющей тока. Энергия, выделяемая в дуге, определяет ионизацию газа в промежутке, а в масляных выключателях — также количество образующихся газов и давление в камере, следовательно, механические напряжения в элементах выключателя, степень оплавления контактов и др.

Уменьшение скорости изменения тока при подходе его к нулю уменьшает ионизацию промежутка к моменту погасания дуги, что облегчает процесс отключения.

Уменьшение возвращающегося напряжения также облегчает процесс отключения.

Рис.11. Возвращающееся напряжение при асимметрии отключаемого тока

Как видно из рис.11, периодическая составляющая тока КЗ i_п смещена по отношению к напряжению сети на угол φ, близкий к π/2. Если фаза замыкания α=φ, то апериодическая составляющая тока отсутствует, момент прихода тока к нулевому значению и погасания дуги близок к моменту максимума напряжения. Возвращающееся напряжение определяется ординатой ab. При замыкании в любой другой момент времени в составе отключаемого тока появляется апериодическая составляющая и момент прихода тока к нулю смещается. В рассматриваемом случае при α=27° возвращающееся напряжение после большой полуволны тока определяется ординатой а’b’, а после малой полуволны — ординатой а»b» (при построении кривых периодическая и апериодическая составляющие тока приняты условно незатухающими).

Из приведенного анализа следует, что при наличии апериодической составляющей в отключаемом токе появляется ряд новых факторов, влияющих на процесс отключения, часть которых утяжеляет этот процесс, другая часть облегчает его.

Итоговое действие апериодической составляющей зависит от свойств выключателя.

Масляные выключатели, отключающая способность которых ограничена механической прочностью гасительной камеры, имеют при отключении большого тока значительный запас в восстанавливающейся электрической прочности дугового промежутка. Увеличение действующего значения отключаемого тока, обусловленное наличием апериодической составляющей, увеличивает тяжесть отключения, поскольку увеличивается энергия, выделяющаяся в дуге, а облегчающие факторы, вносимые апериодической составляющей тока КЗ (уменьшение скорости подхода тока к нулю и уменьшение возвращающегося напряжения), масляными выключателями не используются. О таких выключателях говорят, что они чувствительны к току, поскольку энергия, выделяющаяся в дуге, определяется в основном током.

Воздушные выключатели, отключающая способность которых ограничена электрической прочностью промежутка, используют облегчающие факторы, вносимые апериодической составляющей тока (уменьшение скорости снижения тока и возвращающегося напряжения). Увеличение действующего значения отключаемого тока, вызываемое апериодической составляющей, не увеличивает тяжести отключения, поскольку вносимые утяжеляющие и облегчающие факторы компенсируются. О таких выключателях принято говорить, что они чувствительны к напряжению.

При выборе выключателя по отключающей способности следует учитывать асимметрию отключаемого тока КЗ. Однако нормированные (номинальные) значения асимметрии β_ном установлены одинаковыми как для масляных, так и для воздушных выключателей.



 

Электрическая дуга переменного тока и ее гашение

Страница 1 из 12

Общие сведения об электрической дуге переменного тока

Отключение электрических цепей коммутационными аппаратами сопровождается возникновением и последующим гашением электрической дуги. Процесс гашения дуги чрезвычайно труден, так как всякая электрическая цепь обладает индуктивностью и емкостью С (емкость проводов, токоведущих частей и пр.). Когда по такой цепи проходит ток, то в ее индуктивности запасается электромагнитная энергия WэM = 0,5PL. Если при размыкании цепи переменного тока ток принудительно прерывается ранее естественного перехода его через нуль, например при значении I обр, то освобождается запасенная в ней электромагнитная энергия Wэм = 0,5Lioбp. Эта энергия не может мгновенно исчезнуть, а будет плавно, без скачков уменьшаться, переходя в другой вид энергии, например в энергию электростатического поля WэC = 0,5CU2, и расходоваться на заряд емкости С и нагрев проводников. При этом напряжение на емкости, равное U— I LiC, может оказаться очень большим. Например, если в цепи 110 кВ произойдет принудительное прерывание тока при его значении ioбp =1000 А и при L — 0,022 Гн и С = 4- 10-9 Ф, то напряжение на емкости будет V = 1000= 2,3- 103 кВ. Это напряжение вызовет пробой изоляции и нарушение работы цепи. В действительности не вся электромагнитная энергия, запасенная в индуктивности, переходит в электростатическую. Часть электромагнитной энергии переходит в тепловую энергию, и результирующее напряжение на индуктивности будет меньше того, что следует из примера, приведенного выше.
Для успешного отключения цепи постоянного тока без существенного повышения напряжения электромагнитная энергия, запасенная в ней, должна быть рассеяна в дугогасительном (коммутирующем) устройстве аппарата. В коммутирующих аппаратах таким элементом является электрическая дуга, возникающая при их отключении. Электромагнитная энергия цепи преобразуется в дуге в тепловую энергию, которая в процессе отключения рассеивается в окружающую среду. Таким образом, дуга и окружающая ее среда являются энергопоглотительным элементом аппарата.
Количество электромагнитной энергии, запасенное в цепи переменного тока, кроме как от 1 и L, зависит еще и от момента прерывания тока (в начале полупериода, в середине или близко к концу) и может составлять несколько сотен или тысяч джоулей. В конце каждого полупериода ток становится равным нулю. Если контакты аппарата мгновенно развести на необходимое расстояние непосредственно при прохождении тока через нуль, то дуга на контактах не возникает. Такое отключение называется идеальным — синхронным (синхронизированным) отключением цепей переменного тока. Мгновенное отключение практически невозможно осуществить. Поэтому под синхронным отключением понимают отключение, производимое непосредственно перед переходом тока через нуль, например за 1 мс. При таком времени ток, проходящий через дугу, будет составлять всего лишь 0,1—0,05 своей амплитуды. Энергия, выделяющаяся при этом в дуге, будет в 20—100 раз меньше энергии, которая выделилась бы при отключении амплитудного тока. Хотя принцип синхронного отключения является весьма прогрессивным, однако при создании выключателей высокого напряжения он пока еще не получил
сколько-нибудь широкого практического применения из-за большой сложности и недостаточной надежности таких аппаратов.

Плазма.

Электрическая дуга является одним из видов разряда в газах или парах, который характеризуется большой плотностью тока, катодным падением напряжения порядка минимального потенциала возбуждения газа, небольшим падением напряжения в стволе дуги и высокой его температурой. В дуге одновременно проходят как электрические, так и тепловые процессы. Тепловые процессы в дуге и теплообмен между дугой и окружающей средой играют очень большую роль и накладывают свой отпечаток на электрические процессы в дуге. Электрическая дуга визуально представляет собой светящийся канал, заполненный плазмой. Плазмой называется газ, в котором значительная часть атомов и молекул ионизирована и плотность электронов па и положительных ионов, т. е. число их в единице объема, настолько велика, что даже небольшое изменение пэ по отношению к па оказывается невозможным из-за сильных электрических полей, возникающих между электронами и ионами при нарушении равенства между пэ и па. Область, занимаемая плазмой, должна значительно превосходить так называемый дебаевский радиус где Θэ — температура электронов. Например, при Θа = 12000 К и — 1015 1/см3 гд = 1,73· 10-5 см.
При значительном отклонении плотности электронов пэ от плотности положительных ионов в плазме возникает электрическое поле, которое способно выталкивать избыточные заряженные частицы в ту область, где их меньше. Таким образом, в плазме не наблюдается разницы между плотностями положительно и отрицательно заряженных частиц в условиях их непрерывного возникновения и исчезновения. Это свойство называется квазинейтральностью. Плазма состоит из электронов, положительных ионов и нейтральных молекул и атомов, равномерно перемешанных между собой, но неодинаково нагретых. Из-за различия в средней кинетической энергии этих частиц в плазме при низком давлении вместо одной общей температуры следует различать три: электронную, ионную и атомную.
Отличительное свойство плазмы заключается в том, что траектории движения заряженных частиц в ней отличаются от тех, какие свойственны обычному тепловому движению, когда при соударении частиц резко изменяется направление их движения. В плазме изменение траектории движения заряженных частиц происходит плавно, под воздействием электростатических сил, возникающих между противоположно заряженными частицами. Понятие о длине свободного пробега электрона λ3 в плазме отличается от обычно принятого — от столкновения до столкновения.
Свойства плазмы в электрической дуге зависят от давления. При низких давлениях длина свободного пробега электронов относительно большая и они приобретают в электрическом поле значительную кинетическую энергию, которая существенно превышает кинетическую энергию положительных ионов и нейтральных частиц газа. Кинетическая энергия, которой обладает электрон, характеризуется температурой электронов в плазме. Эта температура отличается от температуры плазмы.
При низком давлении температура электронов в плазме достигает тысяч и десятков тысяч градусов, в то время как температура плазмы может составлять всего лишь несколько сотен градусов. С увеличением давления температура электронов уменьшается, а температура плазмы повышается. При атмосферном давлении эти температуры становятся примерно одинаковыми. В соответствии с этим различают: 1) дугу высокого давления, горящую в газе при давлении от атмосферного и более; 2) дугу низкого давления, горящую в газе при давлении, меньшем атмосферного; 3) дугу вакуумную, горящую в газе при давлении, меньшем 0,01 Па.
В плазме непрерывно совершаются процессы возбуждения, ионизации и деионизации ионов, атомов и молекул.

Возбуждение атома.

Упрощенно атом можно представить в виде ядра, несущего положительный электрический заряд, и электронов, вращающихся вокруг ядра по определенным орбитам, радиусы которых различны. На каждой орбите может находиться один или несколько электронов. Каждый атом имеет определенную внутреннюю энергию, определяемую числом электронов и их расположением по орбитам. Энергия атома минимальна, когда электроны находятся на орбитах, расположенных наиболее близко к ядру. При определенных условиях электрон может перейти с одной орбиты на другую. Если электрон переходит с орбиты, ближайшей к ядру, на орбиту, более удаленную от него, то энергия атома увеличивается, и наоборот. Энергия атома при переходе электрона с одной орбиты на другую может изменяться только на строго определенное, дискретное значение. Переход электрона на более удаленную орбиту называется возбуждением атома. В возбужденном состоянии атом может оставаться лишь небольшой промежуток времени (менее 10-8 с). Затем электрон возвращается в первоначальное положение, выделяя при этом энергию в виде фотона. Возбужденный атом электрически нейтрален.
Для возбуждения атома необходимо затратить некоторое количество энергии, называемой энергией возбуждения, измеряемое в электрон-вольтах (табл. 2-1). Один электрон-вольт равен энергии, которую необходимо затратить на перемещение одного электрона против сил электрического поля с разностью потенциалов одни вольт (1 эВ = 1,6· 10-13 Дж). Часто употребляется термин «потенциал возбуждения», численно равный энергии возбуждения, но для простоты измеряемый в вольтах.
Ионизация — процесс возникновения в промежутке между электродами самостоятельных заряженных частиц (электронов и положительных ионов). Основными видами ионизации дугового промежутка АВН являются термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии и ионизация столкновением.

Термоэлектронная эмиссия.

Атомы в металле расположены так близко друг к другу, что орбиты внешних электронов перекрываются и электроны становятся способными перемещаться от одного атома к другому. Узлы кристаллической решетки металла образованы положительными ионами, создающими электрическое поле. Потенциал этого поля положительный и не выходит за пределы металла. Внутри кристаллической решетки находятся свободные электроны, осуществляющие перенос тока и теплоты в металле. Положительное поле ионов препятствует выходу электронов за пределы металла.

Таблица 1. Характеристики некоторых газов и паров металлов

Примечание. В скобках приведены вторичные потенциалы возбуждения и ионизации.

Для выхода электронов из металла в окружающее пространство необходимо, чтобы они преодолели силу взаимодействия с полем положительных ионов, т, е. прошли через потенциальный барьер на поверхности металла. На преодоление потенциального барьера должна быть затрачена определенная работа, называемая работой выхода, которая зависит от рода металла и для каждого металла является постоянной величиной, не зависящей от его температуры (табл. 1). Работа выхода уменьшается при наличии на поверхности металла адсорбированной пленки газа, примесей некоторых других металлов, диффундирующих на поверхность, различных загрязнений и т. п.
При нагреве металла скорости свободных электронов увеличиваются, и если их кинетическая энергия при подходе к поверхности металла окажется больше работы выхода, то электроны могут выйти из металла. Чем меньше работа выхода, тем интенсивнее выход электронов из металла. Попадая в область дуги, такие электроны увеличивают ее проводимость.

Ионизация столкновением — процесс распада атома, находящегося в газе, на положительный ион и электрон в результате столкновения атома с быстродвижущимся электроном или же столкновения двух атомов (первичная ионизация). При последующих столкновениях образовавшегося положительного иона с другим электроном из этого иона могут быть выбиты еще один или несколько электронов (вторичная ионизация). На ионизацию газа затрачивается определенная энергия, называемая энергией (работой или потенциалом) ионизации и измеряемая в электрон-вольтах (в вольтах). Не значение см. в табл. 1. На вторичную ионизацию затрачивается значительно большая энергия, чем на первичную. Чем больше энергия ионизации газа, тем труднее поддержание в нем дуги и легче ее гашение при размыкании цепи. Ионизация газа может происходить н в том случае, когда энергия электрона меньше энергии ионизации, например при соударении электрона с возбужденным атомом. Такая ионизация называется ступенчатой. На ступенчатую ионизацию затрачивается энергия, равная разности энергии ионизации и энергии возбуждения. Приводим ее значения: 8; 5; 15,6 и 15,8 эВ соответственно для Н2, Ο1, Ν2 и SF6. Примесь в газе паров металла значительно увеличивает степень ионизации газа.

Ударная ионизация — процесс ионизации газа, обусловленный соударением электронов, ускоряемых электрическим полем, с атомами или ионами. В результате такого соударения в газе появляются новые ионизированные частицы. Электрическое поле сильно увеличивает скорость движения электронов по сравнению с той, какую они имеют при данной температуре дуги, но без электрического поля. Кроме того, движение электрона не будет хаотическим, а определится конфигурацией электрического поля. Таким образом, направленное движение накладывается на хаотическое. Если энергия электронов в момент соударения окажется меньше энергии ионизации, то ионизация газа практически происходить не будет (если пренебрегать ступенчатой ионизацией). С увеличением энергии электронов вероятность ионизации соударением возрастает, достигая максимума при энергии, равной для большинства газов приблизительно 100 эВ. При дальнейшем увеличении энергии электронов вероятность ударной ионизации постепенно уменьшается, так как электроны очень быстро проходят мимо атомов и процесс ионизации на успевает совершиться.

• Вперёд

возникновение и способы ее гашения

В процессе эксплуатации электрические цепи постоянно замыкаются и размыкаются. Давно замечено, что в момент размыкания между контактами образуется электрическая дуга. Для ее появления вполне достаточно напряжения более 10 вольт и силы тока – свыше 0,1 ампер. При более высоких значениях тока и напряжения внутренняя температура дуги нередко достигает 3-15 тысяч градусов. Это становится основной причиной расплавленных контактов и токоведущих частей.

Если же напряжение составляет 110 киловольт и выше, в этом случае длина дуги может достичь длины более одного метра. Подобная дуга представляет серьезную опасность для лиц, работающих с мощными силовыми установками, поэтому требуется ее максимальное ограничение и быстрое гашение в любых цепях, независимо от величины напряжения.

Содержание

Что такое электрическая дуга

Наиболее характерным примером является электрическая сварочная дуга, проявляющаяся в виде продолжительного электрического разряда в плазме. В свою очередь плазма – это смешанные между собой ионизированные газы и пары составляющих защитной атмосферы, основного и присадочного металла.

Таким образом, электрическая дуга это горение электрического разряда между двумя электродами, расположенными в горизонтальной плоскости. Под действием нагретых газов, стремящихся к верху, этот разряд изгибается и становится виден как дуга или арка.

Эти свойства позволили использовать дугу на практике в качестве газового проводника, с помощью которого электрическая энергия преобразуется в тепловую, создавая высокую интенсивность нагрева. Данный процесс может сравнительно легко управляться изменяющимися электрическими параметрами.

В обычных условиях газы не проводят ток. Однако, если возникают благоприятные условия, они могут быть ионизированы. Их атомы или молекулы становятся положительными или отрицательными ионами. Под действием высокой температуры и внешнего электрического поля с высокой напряженностью газы изменяются и переходят в состояние плазмы, обладающей всеми свойствами проводника.

Как образуется сварочная дуга

• Вначале между концом электрода и деталью появляется контакт, затрагивающий обе поверхности.
• Под действием тока с высокой плотностью, частицы поверхностей быстро расплавляются, образуя прослойку жидкого металла. Она постоянно увеличивается в направлении электрода, после чего наступает ее разрыв.
• В этот момент металл очень быстро испаряется и промежуток разряда начинают заполнять ионы и электроны. Приложенное напряжение заставляет их двигаться к аноду и катоду, в результате происходит возбуждение сварочной дуги.
• Начинается процесс термической ионизации, при котором положительные ионы и свободные электроны продолжают концентрироваться, газ дугового промежутка еще более ионизируется и сама дуга становится устойчивой.
• Под ее влиянием металлы заготовки и электрода расплавляются и, находясь в жидком состоянии, смешиваются между собой.
• После остывания, в этом месте образуется сварочный шов.

Гашение электрической дуги в коммутационной аппаратуре

Отключение элементов электрической цепи должно производиться очень осторожно, без повреждений коммутационной аппаратуры. Одного лишь размыкания контактов будет недостаточно, требуется правильно погасить дугу, возникающую между ними.

Процессы горения и гашения дуги существенно различаются между собой в зависимости от использования в сети постоянного или переменного тока. Если с постоянным током нет особых проблем, то при наличии переменного тока следует учитывать ряд факторов. Прежде всего, ток дуги проходит нулевую отметку на каждом полупериоде. В этот момент прекращается выделение энергии, в результате дуга самопроизвольно гаснет, и вновь загорается. На практике ток приближается к нулю еще до перехода через нулевую отметку. Это связано со снижением тока и уменьшением энергии, подводимой к дуге.

Соответственно понижается и ее температура, что вызывает прекращение термической ионизации. В самом промежутке дуги происходит интенсивная деионизация. Если в этот момент сделать быстрое размыкание и разводку контактов, то пробоя может и не случиться, цепь отключится без появления дуги.

На практике создать подобные идеальные условия очень сложно. В связи с этим были разработаны специальные мероприятия по ускоренному гашению дуги. Различные технические решения позволяют быстро охладить дуговой промежуток и снизить количество заряженных частиц. В результате, наступает постепенное увеличение электрической прочности данного промежутка и одновременный рост на нем восстанавливающего напряжения.

Обе величины находятся в зависимости между собой и влияют на зажигание дуги в очередном полупериоде. Если электрическая прочность превысит восстанавливающее напряжение, то дуга уже не загорится. В противном случае она будет устойчиво гореть.

Основные способы гашения дуги

Довольно часто используется метод удлинения дуги, когда в процессе расхождения контактов при отключении цепи происходит ее растяжение (рис.1). За счет увеличения поверхности условия охлаждения существенно улучшаются, а для поддержки горения требуется большее значение напряжения.

В другом случае общая электрическая дуга разделяется на отдельные короткие дуги (рис. 2). Для этого может использоваться специальная металлическая решетка. В ее пластинах под действием вихревых токов наводится электромагнитное поле, затягивающее дугу для разделения. Данный способ широко применяется в коммутационной аппаратуре напряжением менее 1 кВ. Типичным примером являются воздушные автоматические выключатели.


Довольно эффективным считается гашение в небольших объемах, то есть, внутри дугогасительных камер. В этих устройствах имеются продольные щели, совпадающие по осям с направлением ствола дуги. В результате соприкосновения с холодными поверхностями, дуга начинает интенсивно охлаждаться, активно выделяя заряженные частицы в окружающую среду.

Использование высокого давления. В этом случае температура остается неизменной, давление возрастает, а ионизация уменьшается. В таких условиях дуга усиленно охлаждается. Для создания высокого давления используются плотно закрывающиеся камеры. Способ особенно эффективен для плавких предохранителей и другой аппаратуры.

Гашение дуги может происходить с помощью масла, куда помещаются контакты. При их размыкании появляется дуга, под действием которой масло начинает активно испаряться. Она оказывается покрыта газовым пузырем или оболочкой, состоящей на 70-80% из водорода и масляных паров. Под влиянием выделяемых газов, попадающих прямо в зону ствола, холодный и горячий газ внутри пузыря перемешивается, интенсивно охлаждая дуговой промежуток.

Другие методы гашения

Гашение электрической дуги может выполняться за счет роста ее сопротивления. Оно постепенно возрастает, а ток снижается до значения, недостаточного для поддержания горения. Основным недостатком данного метода считается продолжительное время гашения, в течение которого в дуге рассеивается большое количество энергии.

Увеличение сопротивления дуги достигается разными способами:

• Удлинение дуги, поскольку ее сопротивление находится в прямой пропорциональной зависимости с длиной. Для этого нужно изменить зазор между контактами в сторону увеличения.
• Охлаждение среды между контактами, где расположена дуга. Чаще всего применяется обдув, направляемые вдоль дуги.
• Контакты помещаются в газовую среду с низкой степенью ионизации или в вакуумную камеру. Данный метод используется в газовых и вакуумных выключателях.
• Поперечное сечение дуги можно снизить, пропуская ее через узкое отверстие или уменьшая площадь контактов.

В цепях с переменным напряжением для гашения дуги используется метод нулевого тока. В этом случае сопротивление сохраняется на низком уровне, пока значение тока не снизится до нуля. В результате, гашение происходит естественным путем, а зажигание не повторяется вновь, хотя напряжение на контактах может и увеличиться. Падение до нулевой отметки происходит в конце каждого полупериода и дуга гаснет на короткое время. Если увеличить диэлектрическую прочность промежутка между контактами, то дуга так и останется погасшей.

Последствия действия электрической дуги

Разрушительное воздействие дуги представляет серьезную опасность не только для оборудования, но и для работающих людей. При неблагоприятном стечении обстоятельств можно получить серьезные ожоги. Иногда поражение дугой заканчивается летальным исходом.

Как правило, электрическая дуга возникает в момент случайного контакта с токоведущими частями или проводниками. Под действием тока короткого замыкания плавятся провода, ионизируется воздух, создаются другие благоприятные условия для образования плазменного канала.

В настоящее время в области электротехники удалось добиться существенных положительных результатов с помощью современных защитных средств, разработанных против электрической дуги.

Электрическая дуга — Студопедия

Поделись  

В коммутационных электрических аппаратах, предна­значенных для замыкания и размыкания цепи с током, при отключении возникает разряд в газе либо в виде тлеющего разряда, либо в виде дуги. Тлеющий разряд возникает тогда, когда отключаемый ток ниже 0,1 А, а напряжение на контактах достигает величины 250 – 300 В. Такой разряд встречается либо на контактах ма­ломощных реле, либо как переходная фаза к разряду в виде электрической дуги.

Основные свойства дугового разряда:

— дуговой разряд имеет место только при токах большой величины; минимальный ток дуги для металлов со­ставляет примерно 0,5 А;

— температура центральной части дуги очень вели­ка и в аппаратах может достигать 6000 – 18000 К;

— плотность тока на катоде чрезвычайно велика и достигает 10² – 10³ А/мм²;

— падение напряжения у катода составляет всего 10 – 20 В и практически не зависит от тока.

В дуговом разряде можно различить три характер­ные области: околокатодную, область столба дуги (ствол дуги) и околоанодную (рис. 2.2.).

В каждой из этих областей процессы ионизации и деионизации протекают по-разному в зависимо­сти от условий, которые там существуют. Поскольку ре­зультирующий ток, проходящий через эти три области, одинаков, в каждой из них происходят процессы, обес­печивающие возникновение необходимого количества за­рядов.

Рис. 2.2. Распределение напряжения и напряжённости электрического поля

в стационарной дуге постоянного тока

Термоэлектронная эмиссия.Термоэлектронной эмиссией называется явление испускания электронов из накаленной поверхности.

При расхождении контактов резко возрастают переходное сопротивление контакта и плотность тока в последней площадке контактирования. Эта площадка нагревается до температуры плавления и образования контактного перешейка из расплавленного металла, который при дальнейшем расхождении контактов рвется. Здесь происходит испарение металла контактов. На отрицательном электроде образуется так назы­ваемое катодное пятно (раскаленная площадка), которое служит основа­нием дуги и очагом излучения элект­ронов в первый момент расхождения контактов. Плотность тока термо­электронной эмиссии зависит от тем­пературы и материала электрода. Она невелика и может быть достаточной для возникновения электрической ду­ги, но она недостаточна для ее го­рения.

Автоэлектронная эмиссия.Это –явление испускания электронов из ка­тода под воздействием сильного электрического поля.

Место разрыва электрической цепи может быть представлено как конден­сатор переменной емкости. Емкость в начальный момент равна бесконеч­ности, затем убывает по мере расхождения контактов. Через сопротивление цепи этот конденсатор заряжается, и напряжение на нем растет постепенно от нуля до напряжения сети. Одновременно увеличивается расстояние между контактами. Напряженность поля между контактами во время нарастания напряжения проходит через значения, превышающие 100 МВ/см. Такие значения напряженности электрического поля достаточны для вырывания электронов из холодного катода.

Ток автоэлектронной эмиссии также весьма мал и может служить только началом развития дугового разряда.

Таким образом, возникновение дугового разряда на расходящихся контак­тах объясняется наличием термоэлектронной и автоэлектронной эмиссий. Преобладание того или иного фактора зависит от значения отключаемого тока, материала и чистоты поверхности контактов, скорости их расхождения и от ряда других факторов.

Ионизация толчком.Если свободный электрон будет обладать достаточной скоростью, то при столкновении с нейтральной частицей (атом, а иногда и молекула) он может выбить из неё электрон. В результате получатся новый свободный электрон и положительный ион. Вновь полученный электрон может, в свою очередь, ионизировать следующую частицу. Такая ионизация носит название ионизации толчком.

Для того чтобы электрон мог ионизировать частицу газа, он должен двигаться с некоторой определенной скоростью. Скорость электрона зависит от разности потенциалов на длине его свободного пробега. Поэтому обычно указывается не скорость движения электрона, а то минимальное значение разности потенциалов, какое необходимо иметь на длине свободного пути, чтобы электрон к концу пути приобрел необходимую скорость. Эта разность потенциалов носит название потенциала ионизации.

Потенциал ионизации для газов составляет 13 – 16 В (азот, кислород, водород) и до 24,5 В (гелий), для паров металла он примерно в два раза ниже (7,7 В для паров меди).

Термическая ионизация.Это – процесс ионизации под воздействием высокой температуры. Поддержание дуги после ее возникновения, т.е. обеспечение возникшего дугового разряда достаточным числом свободных зарядов, объяс­няется основным и практически единственным видом ионизации – термической ионизацией.

Температура столба дуги с среднем равна 6000 – 10000 К, но может достигать и более высоких значений – до 18000 К. При такой температуре сильно возрастает как число быстро движущихся частиц газа, так и скорость их движения. При столкновении быстро движущихся атомов или молекул большая часть их разрушается, образуя заряженные частицы, т.е. происходит иони­зация газа. Основной характеристикой термической ионизации является сте­пень ионизации, представляющая собой отношение числа ионизированных атомов в дуговом промежутке к общему числу атомов в этом промежутке. Одновременно с процессами ионизации в дуге происходят обратные процессы, т. е. воссоединение заряженных частиц и образование нейтральных частиц. Эти процессы носят название деионизации.

Деионизация происходит главным образом за счет рекомбинации и диф­фузии.

Рекомбинация.Процесс, при котором различно заряженные частицы, при­ходя во взаимное соприкосновение, образуют нейтральные частицы, называется рекомбинацией.

В электрической дуге отрицательными частицами являются в основном электроны. Непосредственное соединение электронов с положительным ионом ввиду большой разности скоростей маловероятно. Обычно рекомбинация происходит при помощи нейтральной частицы, которую электрон заряжает. При соударении этой отрицательно заряженной частицы с положительным ионом образуется одна или две нейтральные частицы.

Диффузия.Диффузия заряженных частиц представляет собой процесс выноса заряженных частиц из дугового промежутка в окружающее пространство, что уменьшает проводимость дуги.

Диффузия обусловлена как электрическими, так и тепловыми факторами. Плотность зарядов в столбе дуги возрастает от периферии к центру. Ввиду этого создается электрическое поле, заставляющее ионы двигаться от центра к периферии и покидать область дуги. В этом же направлении действует и разность температур столба дуги и окружающего пространства. В стабилизированной и свободно горящей дуге диффузия играет ничтожно малую роль.

Падение напряжения на стационарной дуге распределяется неравномерно вдоль дуги. Картина изменения падения напряжения U_Д и напряжённости электрического поля (продольного градиента напряжения) Е_Д = dU/dx вдоль дуги приведена на рисунке (см. рис 2.2). Под градиентом напряжения Е_Д по­нимается падение напряжения на единицу длины дуги. Как видно из рисунка, ход харак­теристик U_Д и Е_Д в приэлектродных областях резко отличается от хода характе­ристик на остальной части дуги. У электродов, в прикатодной и прианодной об­ластях, на промежутке дли­ны порядка 10^{– 4} см имеет место резкое падение напря­жения, называемое катод­ным U_к и анодным U_а. Значение этого падения на­пряжения зависит от мате­риала электродов и окружа­ющего газа. Суммарное зна­чение прианодного и прикатодного падений напряжений составляет 15 – 30 В, градиент напряжения достигает 10⁵ – 10⁶ В/см.

В остальной части дуги, называемой столбом дуги, падение напряжения U_Д практически прямо пропорционально длине дуги. Градиент здесь приблизительно постоянен вдоль ствола. Он зависит от многих факторов и может изменяться в широких пределах, достигая 100 – 200 В/см.

Околоэлектродное падение напряжения U_Э не зависит от длины дуги, падение напряжения в столбе дуги пропорционально длине дуги. Таким образом, падение напряжения на дуговом промежутке

U_Д = U_Э + Е_Д l_Д,

где: Е_Д – напряжённость электрического поля в столбе дуги;

l_Д – длина дуги; U_Э = U_к + U_а.

В заключение следует ещё раз отметить, что в стадии дугового разряда преобладает термическая ионизация – разбиение атомов на электроны и положительные ионы за счёт энергии теплового поля. При тлеющем – возникает ударная ионизация у катода за счет соударения с электронами, разгоняемыми электри­ческим полем, а при таунсендовском разряде ударная ионизация пре­обладает на всём промежутке газового разряда.



Электрическая дуга

Для электрической цепи с источником питания дуга является нагрузкой.

рис.1

Для возбуждения дуги необходимо ионизировать газовое пространство между сварочным электродом и деталью. Это делается следующим образом:

1. Закорачиванием электрода на изделии с последующим отрывом

2. С помощью специальных устройств, обеспечивающих пробой воздушного зазора

В обоих случаях газовое пространство между электродом и изделием ионизируется, появляется хорошая проводимость дугового промежутка, загорается дуга.

Среду, в которой происходит, мощный дуговой разряд в первом приближении можно представить как газовый проводник.

Вблизи электродов газовый проводник сужается до размеров активных пятен на электродах.

Активными пятнами называются локализованные, наиболее нагретые участки на поверхности электрода, через которые проходит весь ток дуги.

Протяженность катодной области очень мала , анодная область длиннее .

Вся длина дуги в рабочем состоянии приходится в основном на столб дуги. Длина дуги складывается:

, (1)

где — длина катодной зоны,

— длина столба дуги,

— длина анодной зоны.

рис.2

Процессы, происходящие в предъэлектродных областях и дуге, определяют ее свойства.

Так как установлено, что 97% тока в дуге переноситься электронами, то необходима энергия на работу выхода.

, (2)

где — потенциал выхода электрона, В

При закорачивании электрода на деталь происходит короткое замыкание торца электрода на деталь.

Контактирование идет по отдельным микровыступам, плотность тока, протекающего через них очень высока и они мгновенно разогреваются до высокой температуры. Кристаллическая решетка в металле возбуждается и появляется термоэлектронная эмиссия электронов.

При наличии электрического поля появляется автоэлектронная эмиссия, электроны покидают поверхность катода, так как их отрицательный заряд притягивает положительный потенциал на поверхности анода.

Для возникновения автоэлектронной эмиссии источник питания выдает напряжения холостого хода, а сварщик отрывает электрод от изделия и это напряжение оказывается приложенным к электроду и изделию.

Наличие термо- и автоэлектронной эмиссии приводит к резкому отрыву электронов от поверхности катода и их перемещению с возрастающим ускорением к аноду

На своем пути они встречают молекулы газа, пары веществ и др. Они соударяются с электронами и если энергии хватает, то выбивают из атомов еще одни электроны и положительно заряженные ионы.

Процесс развивается лавинообразно и очень быстро столб дуги ионизируется. Длина свободного пробега электронов определяет длину катодной зоны.

При упругом соударении, когда энергии недостаточно, молекулы просто приходят к повышению своей температуры, поэтому температура столба дуги 6000-8000 С.

Температура и степень ионизации в центре столба дуги выше, чем на периферии.

Собственное магнитное поле дуги сжимает столб дуги за счет электродинамических сил.

В столбе дуги находится большое количество заряженных частиц. Электроны движутся к аноду, а ионы к катоду, они скапливаются ив большом количестве и образуют обьемный положительный заряд на границе катодной области.

Вместе с отрицательными частицами на катоде они образуют падение напряжения с напряженностью

отрицательно заряженные электроны, подлетая к границе анодной области не могут сразу попасть на локальное анодное пятно, т.к. его температура значительно меньше, чем температура столба дуги, т. к. деталь массивна и теплоотвод значителен, то они скапливаются на границе катода и имеет увеличение падения напряжения.

Количество электронов и величина тока, проходящего через дугу в значительной мере определяется процессами, происходящими в катодной и анодной пятнах, в областях катодной и анодной зоны, в столбе дуги

Чем выше температура катода, тем больше количество электронов его могут покинуть и увеличиться ток.

Чем больше веществ с низким потенциалом ионизации в обмазке и флюсе, тем выше степень ионизации дуги.

Чем выше падение напряжения на катоде и аноде. тем больше термоэлектронная эмиссия и больше ток.

Температура катодного пятна зависит от материала электрода (температура кипения). температура кипения стали составляет 2500С. если электрод вольфрамовый и на нем отрытый потенциал, то падение напряжения на дуге от 12..16 В, при сварке плавящимся стальным электродом 22..28 В.

Чем выше температура электрода, тем больше ток, меньше падение напряжения на дуге. Флюс и обмазка влияют на степень ионизации столба дуги, а значит на величину тока и проводимость столба дуги.

Если деталь алюминиевая, то для разрушения окисной пленки деталь надо подключить к «-» , тогда электроны разрушают тонкую окисную пленку.

Электрод плавиться и дуга гуляет, надо варить на переменном токе. Температура кипения алюминия низкая, количество электронов недостаточное и теплоотвод от катодного пятна высокий, проводимость плохая, падение напряжение высокое.

Когда «-» на электроде то падение напряжения низкое -12В

Температурные процессы на дуге, особенности ее горения приводят к тому, что свойства дуги в зависимости от способа сварки значительно меняются и вынуждены для каждого способа сварки изготавливать источник питания или формировать его внешнюю характеристику специально под каждый способ.

Также по теме:

Устойчивость дуги. Статическая вольт-амперная характеристика дуги.

Эластичность дуги. Требования к источникам питания при РДС.

Шлак электродуговой печи (ЭДП)

На этой странице:

• О шлаке ЭДП
• Фон
• Текущие исследования
• Часто задаваемые вопросы

---

О шлаке ЭДП

Шлак ЭДП представляет собой камнеподобный материал, образующийся в процессе производства стали. Приблизительно 130 предприятий в Соединенных Штатах производят шлак ЭДП. Шлак ЭДП используется в качестве альтернативы обломкам горных пород как в инкапсулированном виде (например, в бетоне), так и в некапсулированном виде (например, в качестве рыхлого почвопокровного материала). Он обычно используется в качестве дорожного основания. В некоторых штатах шлак ЭДП также продается для использования в ландшафтном дизайне.

На изображении слева показан переработанный шлак ЭДП размером 0 – ¾ дюйма. На изображении справа показаны различные размеры шлака ЭДП в руке в перчатке для системы отсчета.

---

Справочная информация

Предварительное исследование шлака ЭДП, проведенное Агентством по охране окружающей среды, показало, что он продается как альтернатива гравию для некапсулированного использования в жилых домах во многих штатах по всей стране. «Негерметизированное использование» означает, что он используется в качестве рыхлого грунтового покрытия и не покрыт асфальтом, бетоном или подобным покрытием, препятствующим доступу к нему. Кроме того, Агентство установило, что шлак ЭДП содержит повышенные уровни марганца, шестивалентного хрома и других металлов во время плановой оценки материалов для ландшафтного дизайна при очистке жилого участка Суперфонда.

В настоящее время неясно, представляет ли некапсулированный шлак ЭДП, используемый вблизи жилых домов и школ в Соединенных Штатах, риск для здоровья человека. Как марганец, так и шестивалентный хром могут вызывать негативные последствия для здоровья в определенных ситуациях, когда эти химические вещества попадают внутрь или вдыхаются и всасываются в организм. Слишком много марганца в организме может повлиять на нервную систему, особенно у детей, а шестивалентный хром может вызвать рак. Агентство по охране окружающей среды также установило, что некоторые образцы пыли шлака ЭДП были сильно щелочными. Длительный контакт и вдыхание сильнощелочной пыли вызывает раздражение кожи и органов дыхания.

Эта информация в сочетании с требуемыми Управлением по охране труда (OSHA) паспортами безопасности для шлака ЭДП подняла вопросы о химических и физических характеристиках материала, способах его использования и потенциальных проблемах со здоровьем. Агентство по охране окружающей среды считает, что на эти вопросы лучше всего ответят независимые исследования. В результате EPA продолжает собирать информацию и оценивать этот материал.

---

Текущие исследования

Чтобы ответить на важные вопросы о шлаке ЭДП, его использовании и возможном воздействии на здоровье человека или окружающую среду, Агентство по охране окружающей среды США (EPA) проводит исследования, нацеленные на ключевые вопросы. Это исследование поможет определить будущие возможные действия по этому вопросу.

Потенциальные риски для здоровья человека (Национальные академии)

Агентство по охране окружающей среды запросило, чтобы Национальные академии наук, инженерии и медицины (Национальные академии или NASEM) подготовили независимый отчет группы экспертов, в котором оцениваются потенциальные риски для здоровья человека от некапсулированного использования Шлак ЭДП в жилых районах. Исследование будет включать в себя акцент на сообществах, непропорционально пострадавших от загрязнения. Национальные академии рассмотрят существующую информацию о шлаке ЭДП, чтобы лучше определить, какие риски для здоровья человека, если таковые имеются, связаны с использованием в жилых помещениях некапсулированного шлака ЭДП. Если Национальные академии выявят потенциально серьезные риски, Агентство по охране окружающей среды будет использовать оценку вместе с другой доступной информацией для разработки вариантов управления рисками для защиты затронутых сообществ.

Участие общественности встроено в учебный процесс национальных академий. Информация об этих встречах и комментарии общественности, а также подробности об исследовании будут размещены на веб-сайте NASEM.

 12 сентября 2022 года Комитет проведет заседание по сбору информации, на котором будет представлена презентация о токсикокинетическом моделировании воздействия марганца. У представителей общественности также будет возможность прокомментировать задачу комитета. Лица, желающие оставить комментарий во время сеанса, должны зарегистрироваться заранее. Сессия будет транслироваться в прямом эфире. Узнайте больше на веб-сайте Национальной академии.

29 июня 2022 года Комитет провел второе заседание по сбору информации для общественности, на котором выступили представители отрасли. Сессия также включала презентацию Системы оценки окружающей среды при выщелачивании и того, как она используется для оценки шлака ЭДП. Посмотрите запись встречи на сайте Национальной академии.

Национальные академии разместили назначения комитетов для этого исследования и ссылку на их биографии на своем веб-сайте.

7 февраля 2022 г.   комитет NASEM провел собрание по сбору информации, на котором представители Агентства по охране окружающей среды представили задачи комитета. Посмотрите запись встречи на их сайте.

Схема экологической оценки выщелачивания

Управление исследований и разработок Агентства по охране окружающей среды в сотрудничестве с Университетом Вандербильта проводит испытания системы экологической оценки выщелачивания (LEAF) на шлаке ЭДП. Испытания LEAF оценивают выделение химических веществ из материалов в различных условиях окружающей среды и помогают определить, могут ли металлы выщелачиваться из шлака ЭДП в близлежащую почву или воду. Кроме того, на шлаке проводятся испытания на атмосферостойкость и долговечность.

---

Часто задаваемые вопросы

EPA в настоящее время проводит исследования, чтобы получить больше информации о шлаке ЭДП, его использовании и возможном воздействии на здоровье человека или окружающую среду. Если у вас есть опасения по поводу шлака ЭДП в вашем сообществе, поскольку мы продвигаем эту работу, Агентство рекомендует связаться с вашим региональным отделением EPA. Информация о региональных офисах EPA доступна здесь.

Ниже приведена дополнительная информация, которая может оказаться полезной.

Что делает EPA для защиты моего здоровья?

В рамках миссии EPA по защите здоровья человека и окружающей среды мы продолжаем оценивать шлак ЭДП следующими способами: некапсулированное использование шлака ЭДП в жилых районах.

В сотрудничестве с Университетом Вандербильта Агентство по охране окружающей среды США проводит испытания шлака ЭДП на выщелачивание, выветривание и долговечность, чтобы определить, могут ли металлы выделяться из материала при определенных условиях окружающей среды.

Агентство по охране окружающей среды координирует свои действия с государственными органами для сбора информации о национальных масштабах использования этого материала в жилых районах.

Агентство по охране окружающей среды (EPA) сообщает общественности имеющуюся у нас информацию о шлаке ЭДП. По мере поступления дополнительных данных и информации мы будем публиковать их на этой веб-странице.

Каковы возможные последствия для здоровья, связанные со шлаком ЭДП?

Пыль шлака ЭДП может иметь высокий уровень pH, что при длительном контакте и вдыхании связано с раздражением кожи и дыхательной системы. Кроме того, шлак ЭДП может содержать марганец и шестивалентный хром. Слишком много марганца в организме может повлиять на нервную систему, а шестивалентный хром может вызвать рак. Дети часто более уязвимы к химическим веществам, чем взрослые, из-за различий в поведении и биологии.

Как определить, подвергался ли я воздействию марганца или шестивалентного хрома?

Марганец и хром являются незаменимыми элементами. Марганец и хром в норме присутствуют в крови. Если вы обеспокоены, EPA рекомендует вам поговорить с вашим лечащим врачом.

Что я могу сделать, чтобы свести к минимуму контакт со шлаком ЭДП?

В настоящее время Управление по охране окружающей среды рекомендует жильцам предпринять следующие шаги, чтобы свести к минимуму контакт с пылью шлака ЭДП и мелкими частицами шлака:

Как узнать, есть ли на моей собственности шлак ЭДП?

Шлак ЭДП представляет собой камнеподобный материал, образующийся в процессе производства стали. Лица, которые хотели бы знать, является ли материал на их дворах или подъездных путях шлаком ЭДП, могут посмотреть на фотографии на фотографиях ниже и спросить источник, который поставил их подъездные пути или материалы для ландшафтного дизайна.

Могут ли мои дети играть на нем?

В качестве меры предосторожности детям следует ограничить контакт со шлаком ЭДП, особенно если материал мелкий и пыльный. Не позволяйте детям брать материал в рот и сводите к минимуму вдыхание пыли. Мойте руки детям после контакта с материалом.

Может ли мой питомец играть на нем?

Да. Опасения, связанные со шлаком ЭДП, используемым для материалов для ландшафтного дизайна, в основном связаны с воздействием на детей. Тем не менее, EPA рекомендует чистить или чистить домашних животных, чтобы избежать попадания шлака ЭДП в дома.

Безопасно ли есть овощи, выращенные в саду рядом с шлаком ЭДП в моем дворе?

В настоящее время EPA не считает, что употребление в пищу овощей, выращенных в садах, расположенных рядом со шлаком ЭДП, не представляет опасности для здоровья. Агентство по охране окружающей среды рекомендует свести к минимуму контакт со шлаком ЭДП при работе в саду и мыть руки и производить продукцию перед ее употреблением. Жильцы также должны следовать приведенным выше передовым методам управления после садовых работ, чтобы избежать попадания шлака ЭДП в дом. Примеры включают хранение ковриков для пыли рядом с входными дверями и оставление обуви и садовых инструментов вне дома.

Я не хочу, чтобы этот материал был у меня во дворе или на подъездной дорожке. Ничего, если я сам удалю материал?

Агентство по охране окружающей среды не рекомендует удалять шлак ЭДП самостоятельно. Мы рекомендуем оставить шлак ЭДП там, где он есть, и следовать нашим вышеизложенным методам, чтобы свести к минимуму контакт с материалом.

Как мне, ландшафтному дизайнеру, обращаться с этим материалом?

В качестве меры предосторожности Управление по охране окружающей среды рекомендует работникам, работающим со шлаком ЭДП, принимать защитные меры, чтобы свести к минимуму вдыхание и проглатывание пыли шлака ЭДП. Эти защитные меры можно найти в документе, известном как Паспорт безопасности. Паспорта безопасности — это документы, определяющие свойства материалов, содержащих опасные химические вещества, которые поставщики обязаны предоставлять по запросу.

Как регулируется шлак ЭДП?

Шлак ЭДП используется по всей стране. Управление использованием и утилизацией материала сильно различается от штата к штату. В некоторых штатах разрешено использование в жилых помещениях; в других штатах нет. Для получения дополнительной информации о том, как шлак ЭДП регулируется в вашем штате, обратитесь в агентство штата по охране окружающей среды или здравоохранению.

Что это такое, почему это происходит и как это предотвратить

Независимо от того, являетесь ли вы владельцем или арендодателем служебного помещения или хотите узнать об опасностях для жизни, связанных с вспышкой дуги, и о том, как безопасно с ней справиться, мы все объясним ты должен знать.

Что такое вспышка дуги?

Вспышка дуги (часто называемая перекрытием дуги) — это тип электрического взрыва или разряда, возникающий в результате соединения по воздуху с землей или другой фазой напряжения в электрической системе. Например, когда провод контактирует с заземленной системой. Температура в источнике вспышки дуги может достигать 20 000 °C — примерно в четыре раза больше, чем на поверхности Солнца.

Травмы могут включать внешние ожоги (т. е. сильные ожоги кожи), внутренние ожоги и интоксикацию от вдыхания горячих газов и паров металла, повреждение слуха, повреждение глаз и слепоту от ультрафиолетового света вспышки, а также многие другие разрушительные травмы.

При быстром расширении воздуха и испарившегося материала от вспышки дуги может произойти взрыв дуги. Взрывная сила дугового разряда может превышать 100 килопаскалей (кПа), вызывая движение расплавленного металла, частей оборудования и обломков со скоростью до 300 метров в секунду.

Что вызывает вспышку дуги?

Вспышка дуги может быть вызвана непреднамеренным контактом между проводником под напряжением, таким как шина или провод, с другим проводником или заземленной поверхностью. Отказ оборудования также может стать причиной инцидента.

Многие считают, что риск дугового разряда возникает при работе с высоким напряжением, но есть данные, свидетельствующие о том, что низкое напряжение может быть еще более рискованным. Исследования показывают, что серьезность опасности в среднем выше при низком напряжении, чем при высоком.

Потенциал причинения вреда зависит от тока, который может протекать в дуге, продолжительности дугового пробоя, длины промежутков между токопроводящими частями, которые шунтируются дугой, электродов, локализации вокруг дуги, химический состав проводников и материалов вокруг дуги, а также расстояние от рабочего до дуги.

Обычные причины дуги вспышка включают:

• Отказ оборудования
• Образуемые непроизводительные инструменты или металлические детали
• с использованием неправильных указанных инструментов
• и открытые части под напряжением
• Неосведомленность и обучение   

Как предотвратить вспышку дуги

Помимо отключения источника питания, полностью устранить опасность вспышки дуги очень сложно, но есть меры, которые вы можете предпринять, чтобы уменьшить возможность и серьезность опасностей.

Правила управления охраной труда и техникой безопасности на рабочем месте 1999 г. определяют обязательство работодателя оценивать уровень риска на рабочем месте и эффективность принимаемых мер предосторожности. Для электромонтажных работ это должно включать опасность вспышки дуги.

Вероятность возникновения электрической дуги (или чего-то похуже) мала, но потенциальная серьезность высока. Меры контроля могут быть приняты для снижения как опасности, так и вероятности возникновения, тем самым уменьшая риск. Например, вы можете:

• Обесточить электрооборудование
• Носить подходящие средства индивидуальной защиты (СИЗ)
• Держитесь на безопасном расстоянии
• Уменьшить выход энергии при аварии
• Провести оценку риска риски и отказы прерывания

Эффективным способом предотвращения дуговых замыканий является использование нашей модели 4P для управления опасностями дугового разряда: прогнозировать, предотвращать, защищать, публиковать. Определить и рассчитать возможные риски. Используйте принципы предотвращения для управления рисками. Снизьте риск получения травм с помощью надлежащей защиты. Соберите информацию для будущих работников, чтобы переоценить такие изменения, как условия окружающей среды и состояние оборудования.

Для предприятий отличный способ начать работу — заказать бесплатную предварительную оценку вспышки дуги.

Один из лучших способов снизить риск возникновения дугового разряда — обратиться к специалисту по электробезопасности. Мы провели управление безопасностью дугового разряда для широкого круга клиентов, включая National Grid, Northern Powergrid и Honda Racing, так что вы в надежных руках.

Если у вас есть работники на объекте и вы хотите самостоятельно справляться с опасностями, вы также можете пройти обучение.

Кому необходимо обучение дуговому разряду?

Человеческий фактор может сыграть большую роль в травмах или смерти из-за вспышки дуги, поэтому для снижения риска необходимо эффективное обучение. Электротехнический персонал подвержен инцидентам как при высоком, так и при низком напряжении. Обычно это включает персонал, выполняющий техническое обслуживание и испытания электрического оборудования, например, электриков и инженеров-электриков.

Некоторые профессии, для которых важно пройти обучение дуговому разряду:

• Инженеры-электрики
• Дорожные рабочие
• Электрики
• Мастера-электрики
• Механики

Квалифицированный персонал должен знать, как ограничить токи короткого замыкания с помощью соответствующих устройств, уменьшить безопасные границы дугового разряда и рассчитать время дугового разряда. Если вы знакомы с применимым законодательством, понимаете, когда вы можете подвергнуться воздействию, и знаете уровень существующей опасности, у вас есть отличная основа для обеспечения безопасности. Мы настоятельно рекомендуем научиться проводить оценку риска вспышки дуги на основе задач с помощью этой программы City & Guilds Assured.

Получите глубокое понимание дугового разряда на начальном уровне с помощью полудневного ознакомительного курса.

 

 

 

Найти систему электродугового распыления проволоки SmartArc™ мирового класса

Выберите страну/язык

• Глобальный

• Глобальный

• портфолио
• Отрасли
• Бренды
• Компания
• устойчивость
• Инвесторы
• Карьера

• Товары И Услуги
  • Материалы
  • Оборудование для термического напыления
  • Услуги по нанесению покрытий
  • Системы трения
  • Компоненты турбины
  • Служба поддержки
• Оборудование для термического напыления
  • Индивидуальная настройка системы термического напыления
  • Системные платформы
  • Компоненты термического напыления
• Системные платформы
  • Передовой
  • Полуавтоматический
  • Руководство
  • Провод электрической дуги
• Провод электрической дуги
  • SmartArc™
  • FlexiArc™ 200 и FlexiArc 300
  • ЭкоАрк™ 350
  • КАП 300
  • Трубка 300

Полнофункциональное распылительное устройство, предназначенное для нанесения всех электродуговых покрытий с превосходной точностью, повторяемостью и надежностью. Идеально подходит для нанесения аэрокосмических покрытий, включая нанесение порошковой проволоки. Доступны стационарные и ручные пистолеты-распылители.

Технические характеристики

Сила тока на выходе	400 А
Пистолет-распылитель	PPG для установки на машине или ручной PPG-H
Проволочный привод	Электрическая система «тяни-толкай»
Держатель катушки/разматыватель	в комплекте
Типы проводов	Все электродуговые провода
Модули расширения	ППГТ-190 / 305 мм (1 фут) ППГТ-290 / 610 мм (2 фута)

 

Имя

Фамилия

Адрес электронной почты

Телефон опционально)

Компания

Рынки (необязательно) АвтомобилестроениеАэрокосмическая промышленностьЭлектроэнергетикаНефть и газГорнодобывающая промышленностьЦеллюлозно-бумажная промышленностьДругие ключевые рынки

Сфера интересов Компоненты газовых турбин (авиационные/промышленные) Автомобильные компоненты (системы трения) Оборудование для нанесения покрытий Материалы (термическое напыление, аддитивное производство, плакирование, сварка, припой, проводящие наполнители и т. д.) Услуги по нанесению покрытий Поддержка клиентов (выездное обслуживание, обучение, технические запросы, обслуживание клиентов) Карьера Другое

Страна AfghanistanÅland IslandsAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua & BarbudaArgentinaArmeniaArubaAscension IslandAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia & HerzegovinaBotswanaBrazilBritish Indian Ocean TerritoryBritish Virgin IslandsBruneiBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCanary IslandsCape VerdeCaribbean NetherlandsCayman IslandsCentral African RepublicCeuta & MelillaChadChileChinaChristmas IslandCocos (Keeling) IslandsColombiaComorosCongo — BrazzavilleCongo — KinshasaCook IslandsCosta RicaCôte d’IvoireCroatiaCubaCuraçaoCyprusCzech RepublicDenmarkDiego GarciaDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland IslandsFaroe IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Southern TerritoriesGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHondur asHong Kong SAR ChinaHungaryIcelandIndiaIndonesiaIranIraqIrelandIsle of ManIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea, Republic OfKosovoKuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacau SAR ChinaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmar (Burma)NamibiaNauruNepalNetherlandsNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorth KoreaNorthern MacedoniaNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPalestinian TerritoriesPanamaPapua New GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairn IslandsPolandPortugalPuerto RicoQatarRéunionRomaniaRussiaRwandaSamoaSan MarinoSão Tomé & PríncipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSint MaartenSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia & South Sandwich IslandsSouth SudanSpainSri LankaSt. Бартелеми Св. ЕленаСв. Китс и НевисСент. Люсия Св. МартинСт. Пьер и МикелонСв. Винсент и ГренадиныСуданСуринамШпицберген и Ян-МайенСвазилендШвецияШвейцарияСирияТайваньТаджикистанТанзанияТаиландТимор-ЛештиТогоТокелауТонгаТринидад и ТобагоТристан-да-КуньяТунисТурцияТуркменистанОстрова Теркс и КайкосТувалуСША. Отдалённые островаСША Виргинские островаУгандаУкраинаОбъединенные Арабские ЭмиратыВеликобританияСоединенные ШтатыУругвайУзбекистанВануатуВатиканВенесуэлаВьетнамУоллис и ФутунаЗападная СахараЙеменЗамбияЗимбабве

Состояние AlabamaAlaskaArizonaArkansasCaliforniaColoradoConnecticutDelawareDistrict of ColumbiaFloridaGeorgia HawaiiIdahoIllinoisIndianaIowaKansasKentuckyLouisianaMaineMarylandMassachusettsMichiganMinnesotaMississippiMissouriMontanaNebraskaNevadaNew HampshireNew JerseyNew MexicoNew YorkNorth CarolinaNorth DakotaOhioOklahomaOregonPennsylvaniaRhode IslandSouth CarolinaSouth DakotaTennesseeTexasUtahVermontVirginiaWashingtonWest VirginiaWisconsinWyoming

Ваше сообщение (необязательно)

клавиатура_стрелка_вверх

Значение сопротивления дуги при выборе материала

Электрическая дуга возникает как чисто электрический разряд с высокой плотностью тока. При повседневном использовании силового оборудования, такого как автоматические выключатели или выключатели нагрузки, возникновение электрической дуги возникает в результате электрических неисправностей или коротких замыканий. Из-за повышенной плотности тока происходит повышение температуры, что приводит к дополнительному выделению тепла. Это тепло вызывает ионизацию среды между контактами (в случае воздушной среды) или испарение и ионизацию (в масляной среде). Этот ионизированный воздух или пар действуют как проводник, и между контактами зажигается дуга.

Возникновение дуги неизбежно при сближении двух проводящих элементов и иногда приводит к повреждению или выходу из строя компонентов электрической системы и физическим опасностям. В результате в систему изоляции должны быть включены соответствующие изоляционные или диэлектрические материалы для управления и обращения с высоковольтным оборудованием.

Дугостойкость определяется как изоляционный материал, выдерживающий электрическую дугу высокого напряжения и препятствующий образованию токопроводящей дорожки вдоль его поверхности. Этот токопроводящий путь возникает в результате термического и химического разложения и эрозии материала. Поэтому пластиковые материалы с превосходными характеристиками дугостойкости выбираются для применения в устройствах, подверженных возникновению электрической дуги. Трекинг, который обычно ассоциируется с дуговым разрядом, происходит, когда источник тока высокого напряжения приводит к утечке или пути повреждения по поверхности изоляционного материала, медленно образуя обугленный путь, который выглядит как тонкая линия между двумя электродами. Отслеживание ускоряется поверхностными загрязнениями, такими как грязь, масло или влага. Поскольку сопротивление дуги варьируется от материала к материалу, сравнение свойств материалов дает количественную оценку этого свойства в единицах времени. Он выражается как количество секунд, в течение которых материал сопротивляется образованию электропроводящей дорожки вдоль его поверхности при воздействии дуги высокого напряжения и слабого тока вблизи его поверхности. Таким образом, это естественный источник различий между различными пластиковыми материалами в отношении дугостойкости.

 

Разрушение пластиковых материалов из-за электрической дуги

Разрушение пластиковых материалов из-за дугового разряда происходит по следующим причинам:

• Многие неорганические диэлектрические материалы раскаляются под воздействием электрической дуги высокого напряжения. Впоследствии они становятся способными проводить электрический ток. При охлаждении они восстанавливают свои теплоизоляционные свойства.
• Немногие органические соединения воспламеняются без образования видимой проводящей дорожки в материале.
• Другие материалы терпят неудачу в результате отслеживания.
• Окончательная форма отказа возникает из-за карбонизации поверхности, когда углерода становится достаточно для проведения электрического тока по материалу.

 

Факторы, влияющие на сопротивление дуги

Степень ионизации: Сопротивление дуге увеличивается с уменьшением количества ионизированных частиц между контактами.
Длина дуги: Сопротивление дуги увеличивается с размером дуги. т. е. расстояние между контактами.
Поперечное сечение дуги: Сопротивление дуги увеличивается с уменьшением площади поперечного сечения дуги.

Выбор электроизоляционного материала на основе сопротивления дуге

Электроизоляционные материалы обычно выбираются на основе их сопротивления дуговому разряду или трекингу. Пластмассовые материалы, такие как фенольные смолы, склонны к легкому науглероживанию и имеют относительно низкую дугостойкость. Однако пластмассы, такие как алкиды, меламины и фторуглероды, обладают превосходными свойствами дугостойкости. Отказы из-за искрения не всегда происходят из-за нагара или трекинга. Многие пластмассы, такие как акрил, образуют горючие газы, которые вместо карбонизации приводят к выходу из строя производственной линии.

Дугостойкость пластмасс может быть улучшена путем добавления таких наполнителей, как стекло, минералы, дерево, мука, асбест и другие неорганические наполнители. В таблице ниже показана дуговая стойкость некоторых распространенных пластиковых материалов.

Керамика может использоваться в тяжелых условиях со значительным риском электрического повреждения из-за искрения. Вообще говоря, керамика имеет лучшую дугостойкость по сравнению с органическими материалами, такими как пластмассы.

 

Испытание на сопротивление дуге

Для проверки различных материалов на их сопротивление дуге доступен стандартный метод с использованием высоковольтной слаботочной установки в сухих условиях в соответствии со стандартом ASTM D495. Как правило, этот метод не используется для определения рейтинга относительной дугостойкости материалов, подвергающихся воздействию других дуг, таких как дуги низкого напряжения при низком или высоком токе. Из-за удобства и короткого времени испытания испытание на стойкость к сухой дуге предназначено по трем причинам:

• Предварительный отбор материалов
• Обнаружение влияния изменений в рецептуре
• Контроль качества*
  * После того, как была установлена ​​корреляция с другими типами смоделированных испытаний дуги обслуживания и опыта.

Испытание обычно проводится в чистых, сухих лабораторных условиях, что редко встречается в эксплуатации. Следовательно, прогнозирование относительной производительности в типичных приложениях и в различных средах от чистых до грязных может быть существенно изменено. Существуют также стандарты для проверки сопротивления дуги во влажных и сухих условиях, если это необходимо.

 

Выводы

Электрическая дуга представляет собой серьезную проблему и может негативно повлиять на передачу электроэнергии, системы распределения и различное электронное оборудование. Дуговое сопротивление различных материалов представлено как общее время, в течение которого они могут сохранять свои изоляционные свойства, не разрушаясь и не вызывая протекания тока по своей поверхности.

Значения дугостойкости можно использовать для оценки стойкости различных пластиков. Исходя из этого, можно выбрать наилучший материал, тем самым снизив риск повреждения оборудования, пожара и опасности для людей.

Общий взгляд на стандарты электрической дуги

 

 

 

 

 

Те, кто работает в промышленной среде, сталкиваются с многочисленными угрозами. В этом случае мы сосредоточимся на интенсивных опасностях, связанных с электричеством, в частности, на электрических дугах. Во время электрической дуги температура может достигать 35 000 ° F или 20 000 ° C (это горячее, чем на поверхности солнца), поэтому первостепенное значение имеет ношение надлежащих огнестойких (FR) СИЗ. Давайте посмотрим, как вы можете помочь убедиться, что ваша команда соответствует стандартам и адекватно защищена, и как ваше местоположение в мире играет решающую роль в этом.

Скорее всего, вы сталкивались с определениями как огнестойких тканей, так и огнестойких/ просветляющих тканей (огнестойких). Но в чем разница? Краткий ответ: все ткани с классом защиты от дугового разряда являются огнестойкими, но не все ткани с огнезащитным покрытием имеют класс защиты от дугового разряда. Ткани с защитой от дуги были протестированы на предмет защиты от воздействия электрической дуги, и их оценка дуги указывает на уровень травмы, от которой они вас защитят. До использования термина FR / AR стандарт NFPA 70E требовал, чтобы только ткани с классом защиты от дуги проходили испытания на огнестойкость. Теперь дуговые ткани должны быть испытаны как на огнестойкость, так и на защиту от электрической дуги. Стандарты электротехнической промышленности во всем мире требуют, чтобы рабочие одевались в средства индивидуальной защиты с защитой от дуги, и в этом блоге мы собираемся разобрать два основных глобальных стандарта для электрической дуги — IEC 61482-2 и NFPA 70E.

 

МЭК

За пределами США IEC 61482-2 — это международный стандарт, определяющий требования к сертификации тканей и одежды для защиты рабочих от опасностей, связанных с электрической дугой. В соответствии с IEC 61482-2 средства индивидуальной защиты должны быть испытаны и сертифицированы с использованием одного или обоих из следующих методов:

1. IEC 61482-1-1: Метод испытаний открытой дугой
   • Указывает номинал дуги ткани или одежды в кал/см ² ( ATPV или E _BT50 — в зависимости от того, что меньше).
2. IEC 61482-1-2: Метод испытаний в ящике
   • Определяет рейтинг класса защиты от дуги (класс 1 или 2) ткани или одежды с использованием ограниченной и направленной электрической дуги.

Одежда, прошедшая испытания и сертифицированная по стандарту IEC 61482-2, будет обозначена приведенной ниже пиктограммой, помеченной классом защиты от дуги или дуговым разрядом:

                         

(Заменен в 2018 г.)                     (Создан в 2018 г.)

Вся огнестойкая/защитная одежда в ЕС также должна иметь маркировку СЕ в соответствии с Директивой ЕС о пользователях СИЗ (89/656).

   

NFPA 70E

NFPA 70E — это стандарт США для политик и протоколов, предназначенных для защиты сотрудников, сталкивающихся с угрозой поражения электрическим током. Это включает в себя ASTM F1506 , который является стандартом NFPA 70E для испытаний и сертификации тканей и одежды.

• Согласно ASTM 1506, ASTM F1959 (или F1959M для огнестойкой ткани) — метод испытаний, используемый для определения рейтинга дуги (ATPV или E _BT50 ). Это тот же метод открытой дуги, который используется в IEC 61482-1-1.
• После того, как определена дуговая стойкость ткани, одежда может быть проверена на воздействие электрической дуги, чтобы также проверить готовое изделие с использованием ASTM F2621 .

В соответствии с NFPA 70E все средства индивидуальной защиты получают уровень падающей энергии, определяемый рейтингом дуги ткани или одежды по методу испытаний ASTM. Существует четыре категории СИЗ, определяющие минимальную дуговую стойкость, необходимую для соответствия каждому уровню, начиная с категории 1, которая имеет самую низкую минимальную дуговую стойкость 4 кал/см 9 .0492 2 . Следующие три категории СИЗ имеют минимальные параметры дуги, установленные на уровне 8, 25 и 40 кал/см ² . Согласно стандарту OSHA и постановлению NFPA, соответствующая одежда имеет ATPV или уровень энергии инцидента, указанный на этикетке одежды.

 

  Резюме:

	NFPA (США)	МЭК (за пределами США)
Общий стандарт	NFPA 70E	IEEE 1584
Сертификация одежды	АСТМ 1506	МЭК 61482-2
Методы проверки уровня защиты	АСТМ F2621 ASTM F1959/F1959M для огнестойкой ткани	МЭК 61482-1-1 МЭК 61482-1-2

  Основное различие между этими двумя стандартами заключается в том, что IEC 61482-2 использует двухуровневую систему классификации, тогда как NFPA 70E опирается на 4 уровня классификации падающей энергии.

 

Помощь в навигации по миру

Многие компании работают в разных регионах мира, что может потребовать дополнительной информации, чтобы найти правильное решение для вашей команды. Наши технические специалисты в Westex соблюдают ряд отраслевых стандартов и готовы помочь ответить на ваши вопросы и определить, какие продукты лучше всего подходят для ваших нужд. Мы разрабатываем большое количество тканей, в том числе огнестойкие хлопчатобумажные, смесовые и арамидные ткани, которые протестированы и сертифицированы в соответствии с мировыми стандартами, а также гарантируют огнестойкость в течение всего срока службы одежды. Мы всегда здесь, чтобы помочь и всегда готовы работать с вами, чтобы найти правильное решение — свяжитесь с нами.

 

 

Выбор надлежащих средств индивидуальной защиты от воздействия электрической дуги

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от воздействия электрической дуги разрабатывались с начала 1990-х годов. С введением стандартов безопасности и охраны здоровья OSHA в США и методов испытаний дуги в ASTM International рост знаний о СИЗ и распространение СИЗ для электрической дуги выросли во всем мире. Несмотря на то, что недопонимания и ошибки в маркетинге все еще существуют, знающие пользователи, производители и исследователи помогли сделать материалы более удобными, безопасными и доступными для многих других рабочих ситуаций. ОША 1910.269 в 1994 г., NFPA 70E в 2000, 2004 и 2009 гг., а теперь и CSA Z462 кодифицируют одежду для работы с электрической дугой. Характеристики дуги имеют решающее значение для правильного выбора СИЗ; однако некоторые стандарты огнестойкости (даже международные стандарты) недостаточны для защиты рабочих от воздействия электрической дуги.

Стандарты для дугостойких материалов

Большая часть исследований средств защиты от дугового разряда проводится в Канаде и Соединенных Штатах, хотя страны по всему миру разрабатывают и тестируют продукты. Ниже приведены некоторые основные моменты, касающиеся конкретных элементов СИЗ.

Одежда — Материалы для одежды должны соответствовать стандарту ASTM F1506, который обеспечивает базовую огнестойкость и присваивает ткани класс дугостойкости. Ткани, заявленные как огнестойкие, но не отвечающие F1506, часто обрабатываются плавящимися тканями и не подходят для большинства ситуаций с пламенем. Многие огнестойкие (FR) обработанные акриловые материалы заявляют о своей огнестойкости и предлагают такую ​​формулировку, как «не поддерживает пламя в условиях высокой температуры». Эти типы материалов опасны в электрических дугах, так как они плавятся в электрической дуге или во вспышке пожара и не могут соответствовать реальному стандарту.

Часто производители ссылаются на ASTM D6413, который является всего лишь методом испытаний без критериев прохождения/непрохождения, или они ссылаются на NFPA 701, который является стандартом для штор, а не стандартом для одежды. Другие производители материалов ссылаются на ASTM F1358, «Стандартный метод испытаний воздействия пламени на материалы, используемые в защитной одежде, не предназначенной в первую очередь для огнестойкости». Как следует из названия, это не стандарт огнестойкости для одежды, которую вы носите при дуговом пожаре или вспышке. Это действительно полезно только для одежды, которая может подвергаться воздействию небольшого пламени, например хирургической одежды. Выбор правильного стандарта для спецификации одежды имеет решающее значение.

Непромокаемая одежда — Стандарт F1891 является единственным международным стандартом, определяющим, какая огнестойкая непромокаемая одежда подходит для защиты от электрической дуги. NFPA 2112 для вспышки пожара также ссылается на непромокаемую одежду, но наиболее часто упоминаемым стандартом является ASTM F1891, который в основном включает те же требования к дуге, что и F1506, но с требованием проверки порога разрыва энергии (EBT) на всех тканях непромокаемой одежды. Это выражается в рейтинге Energy Breakopen Threshold Above Stoll (EBTAS).

Это в основном вынуждает испытателя доводить ткань непромокаемой одежды до точки, в которой ткань разрывается (EBT), даже если это выше точки ожога второй степени (stoll). Это испытание подвергает воздействию плавящихся огнестойких материалов для дождевиков, которые проходят только небольшие испытания, такие как испытание на воспламеняемость в вертикальном положении (2 секунды после пламени и длина обугливания от 4 до 6 дюймов), испытание на термостойкость (ткань не должна плавиться, капать, расслаиваться или воспламенение через 5 минут в печи при 500°F) или испытание на термическую усадку (менее 10% после 5 минут в печи при 500°F) до полномасштабного испытания, такого как ASTM F1959 испытаний на дуговую разрядность. Во всех заслуживающих доверия испытаниях на огнестойкость, за исключением некоторых строгих спецификаций, таких как NFPA 1971 или NFPA 1975 для пожарных, в спецификации используются полномасштабные испытания.

Привязи для защиты от падения — ASTM F887 касается номинальных значений дуги защиты от падения для привязей, требует испытаний привязи при 40 кал/см ² и не допускает плавления и капания компонентов в этих условиях. Кроме того, стандарт требует, чтобы открытые жгуты прошли одобренное ANSI испытание на падение после воздействия дуги. Стандарт распространяется только на новые привязи; тем не менее, мы видели, как за последние несколько лет привязи терпели неудачу после года использования при повторном тестировании. Было замечено, что только тяжелые привязи из нейлона и параарамида прошли этот тест. Насколько нам известно, на сегодняшний день ни одна из этих привязей не была связана с травмами. Использование жгутов из параарамида избавит от опасений воспламенения, поскольку эти материалы не плавятся, в отличие от нейлона.

Одежда повышенной видимости — Проблема с одеждой, защищающей от дугового разряда, заключалась в том, что материалы, соответствующие стандарту EN 471, не были рассчитаны на дуговой разряд. Некоторые заявляют об огнестойкости, но большинство из них представляют собой плавящиеся огнеупорные материалы, которые увеличивают горение в условиях дугового или мгновенного возгорания. CSA Z96 даже позволил одежде с классом защиты от дугового разряда и возгорания вспышки соответствовать меньшему стандарту видимости из-за природы большинства материалов с рейтингом дугового разряда и возгорания от вспышки, которые не позволяют окрашивать их флуоресцентными красителями. Это поставило дугостойкость и огнестойкость на первое место и позволило использовать яркую одежду для видимости рабочих, даже если она не соответствовала более строгим требованиям стандарта ANSI 107 или более высокого уровня CSA. Сегодня в этом меньше необходимости, потому что на рынке есть несколько материалов, которые соответствуют как F1506, так и ANSI 107/EN471/CSAZ9.6. Модакриловые материалы (не путать с опасными огнезащитными плавящимися акриловыми материалами) и смеси модакриловых и других материалов могут удерживать флуоресцентные красители и сохранять присущую им огнестойкость.

Перчатки — В настоящее время широко доступны два типа перчаток для защиты от вспышки дуги.

1. Перчатки, рассчитанные на напряжение (70E называет их «резиновыми изолирующими перчатками»).

2. Перчатки для защиты от дуги без защиты от ударов.

Перчатки с номинальным напряжением могут быть испытаны дуговым разрядом для определения вероятности воспламенения падающей энергии и рейтинга дуги по стандарту, в настоящее время в окончательной версии, предложенной перед ASTM. Этот стандарт позволит улучшить огнестойкость перчаток. Хотя перчатки класса 2 (максимальное номинальное рабочее напряжение 17 кВ) использовались в течение многих лет с очень небольшим количеством случаев воспламенения (и ни одного известного случая ожогов), возможности для более легкого веса и более гибких перчаток по-прежнему вызывают озабоченность.

Стандарт ASTM для перчаток D120 устанавливает минимальные требования к толщине перчаток, которые изначально были определены для обеспечения большей долговечности и долговечности, но стандарт IEC для перчаток, рассчитанных на напряжение, допускает использование более тонких перчаток, если они проходят испытание напряжением. Спецификация ASTM для кожаных протекторов, которые носят перчатки, рассчитанные на перенапряжение, в соответствии с законом OSHA не допускает ничего, кроме кожи. Одним из вариантов сотрудничества было бы открыть этот стандарт для усовершенствований в технологии, чтобы совершить скачок от двух пар перчаток для электромонтажных работ. Это могло бы улучшить отношение рабочих к средствам защиты рук от ударов и дуги.

Перчатки с защитой от дугового разряда без защиты от ударов бывают разных форм — от стойких к порезам перчаток из смеси углерода и арамида до кожаных и резиновых перчаток. Резиновые перчатки, сделанные сегодня, могут воспламениться при некотором уровне воздействия дуги, но из-за их использования для защиты от ударов они по-прежнему наиболее часто используются для защиты от дуги. Перчатки с защитой от дуги, которые не обеспечивают защиту от ударов, можно носить только в том случае, если задача требует защиты от дуги и не связана с опасностью поражения электрическим током.

Нижнее белье — В новый NFPA 70E 2009 года внесено существенное изменение, которое устранит некоторые опасности. Предыдущие версии стандарта (2000 и 2004) требовали нижнего белья из натуральных волокон. Это требование привело к нескольким смертельным исходам (два известных случая произошли, когда рабочие подверглись воздействию энергий, выходящих за рамки сносок таблицы, которые потребовали бы мгновенного исследования, и в одном случае рабочий не носил дополнительное защитное снаряжение, требуемое рабочей ситуацией). Новый стандарт разрешает нижнее белье из натуральных волокон, но не позволяет считать его частью защитной системы. Это заставляет рабочих носить более огнеупорное нижнее белье.

Зимняя одежда — Некоторые до сих пор ошибочно полагают, что ношение толстой хлопчатобумажной зимней одежды поверх огнеупорной рубашки обеспечит некоторую защиту. Это неверно. Многие компании в настоящее время выпускают огнестойкую зимнюю одежду, которая при ношении с капюшоном будет действовать как комбинезон, чтобы воспользоваться преимуществами защиты, обеспечиваемой зимней одеждой с защитой от дугового разряда. Некоторые компании даже позволяют использовать зимнюю одежду или непромокаемую одежду в качестве костюмов для защиты от дуги круглый год, что исключает покупку костюмов для защиты от дуги. Капюшоны по-прежнему необходимы, а система зимней или непромокаемой одежды должна соответствовать требованиям костюма-вспышки, проходящего испытания.

Маски для лица — теперь требуются маски для лица с твердостью до HRC 1. На рынке появились новые маски для лица с распознаванием полного спектра цветов. Если лицевые щитки не менялись в течение предыдущего года или двух, они могут быть не самыми заметными на рынке. Все больше компаний носят балаклавы (по новому определению стандарта 2009 г., отвечающего требованиям HRC 2). Балаклавы или капюшоны светящегося костюма соответствуют новому стандарту.

Обувь — здесь есть несколько проблем.

1. Защита от ударов. Для обуви и шока существуют два стандарта. Один называется рейтингом опасности поражения электрическим током (EH) [ATSM F2413 или CAN/CSA Z 195]. Однако эти оценки относятся только к подошве обуви. OSHA признает их, но не дает указаний о том, когда их следует носить. В стандарте NFPA 70E эти стандарты напрямую не упоминаются. Стандарт ASTM F1117 предназначен для диэлектрической обуви и является единственным стандартом обуви, признанным стандартом 70E. Предполагается, что обычная обувь, упомянутая в нескольких местах, не имеет защиты от ударов, но мы рекомендуем, чтобы вся обувь электриков соответствовала стандартам EH и имела диэлектрические бахилы для конкретных опасностей, упомянутых в NFPA 70E. Даже диэлектрические башмаки предназначены для «вторичной» защиты от ударов и не должны использоваться в качестве первичной защиты от известного ступенчатого потенциала. Сила стандарта ASTM F117 заключается в том, что каждый ботинок тестируется производителем, а весь ботинок тестируется в пределах дюйма от верха.

2. Защита от дугового разряда. Стандарт признает, что кожаная рабочая обувь обычно обеспечивает превосходную защиту от дугового разряда и требует, чтобы она применялась при воздействиях выше 2 единиц по шкале Роквелла. Стандарт предполагает равную защиту от дугового разряда у диэлектрической обуви.

3. Другие опасности — это не рассматривается напрямую в стандарте, но новое исключение разрешает использование СИЗ без дугового разряда, когда AHJ сочтет СИЗ необходимыми из-за большей опасности. 130.7(C)(15) Исключение № 2: защитное снаряжение, не относящееся к FR, необходимое для необычных опасностей, может быть разрешено AHJ. Многие компании проводят испытания обуви/резиновых сапог дуговым разрядом, чтобы гарантировать, что они не воспламенятся при температуре 40 кал/см 9 .0492 2 дуги для защиты от других опасностей, таких как химические вещества.

Одноразовые материалы с защитой от дуги — Существует только один материал, соответствующий стандарту ASTM F1506, — нетканый арамид. Другие хорошо работают в дуге, но не соответствуют требованиям прочности на разрыв. Планируется, что эти не связанные с безопасностью требования будут удалены из стандарта F1506, что позволит AHJ выбирать нетканые материалы и по-прежнему соответствовать стандарту NFPA 70E.

Защита органов слуха — Несмотря на то, что для защиты органов слуха не существует класса защиты от дуги, средства защиты органов слуха, испытанные на воздействие дуги, обычно доступны в виде вкладышей для ушных каналов. Три типа были протестированы на вероятность воспламенения с использованием испытательной установки ASTM F1959 и модифицированной панели. Две компании планируют разработать наушники, испытанные дуговым разрядом.

Выбор системы СИЗ

Существует множество факторов, помимо класса защиты от дугового разряда, на которые следует обратить внимание при выборе одежды с защитой от дугового разряда, включая восстановление влаги, ощущение, первоначальную стоимость и долгосрочную стоимость владения, обработку и надежность обработки, стойкость цвета и другие меры безопасности. аспекты, такие как видимость. Хотя эти аспекты одежды необходимо учитывать, они выходят за рамки этой статьи. Поэтому сосредоточимся на аспектах, которые больше касаются безопасности. Основные аспекты систем одежды, которые следует учитывать в спецификации, включают:

1. Соответствует ли он конкретному стандарту дугостойкости и огнестойкости для этого материала (ASTM F1506, F1891, F887, F2178 и т. д.)?

2. Имеет ли система одежды уровень защиты от дуги, соответствующий вашим уровням оценки опасности вспышки дуги? Это часто требует изучения расчета вспышки дуги. Новый стандарт NFPA 70E 2009 года усложняет задачу отсутствия исследования вспышки дуги.

3. Соответствует ли он другим критериям безопасности для других опасностей, таким как ANSI 107/EN 471/CSA Z96 Стандарты одежды высокой видимости или химическая стойкость или стойкость к брызгам расплавленного металла, такие как ASTM F955?

4. Постоянна ли огнестойкость материала? Ткани, такие как арамиды, модакриловые волокна, огнестойкие вискозные волокна и карбонизированные волокна, по своей природе являются огнестойкими. Многие обработанные хлопчатобумажные ткани обладают постоянной огнестойкостью благодаря характеру химического процесса и процесса обработки. Существует три основных вида химической обработки хлопка, и тот, который используется в Соединенных Штатах, имеет более высокие показатели долговечности, чем два других. Только один обычно доступен на рынке США. Однако даже этот химикат не всегда долговечен. Изготовитель должен продемонстрировать компетентность в обработке и документированном процессе испытаний для обеспечения долговечности огнестойких материалов.

5. Выбирайте правильных производителей и поставщиков услуг. В мире существует более пяти компаний, использующих долговечный процесс огнезащитной обработки, проверенный временем. Это очень важно, если вы не выбираете огнестойкий материал с классом защиты от дуги. Инвестирование в систему защиты от дугового разряда является ценным предложением, и наличие пригодной к эксплуатации одежды имеет решающее значение. Использование интересной ткани от мелкого производителя, у которого нет запасов, — не лучшая идея. Защитная одежда должна быть легко доступна в различных размерах с разумным сроком поставки. Отсутствие запаса должно быть негативным фактором.

6. Комфорт является важным фактором, потому что работники, которые постоянно носят эту одежду, с большей вероятностью будут защищены.

7. Если используется, система капюшона видна и пригодна для ношения?

   1. Рассмотрите возможность использования вентиляторов или дыхательных аппаратов (в зависимости от других факторов), но дыхание внутри капюшонов имеет решающее значение. Если капюшоны носят более нескольких минут за раз, они должны быть оснащены вентиляторами или каким-либо вентилятором. Сменный или ремонтируемый блок вентилятора сэкономит деньги в долгосрочной перспективе, и следует учитывать уровень шума, срок службы батареи и эффективность вентилятора при запотевании и дыхании.

   2. Лицевая часть капюшона слишком близко к лицу? Некоторые производители капюшонов срезают углы в методе испытаний, подкладывая лицевую часть очень близко к лицу. Это увеличивает рейтинг дуги, но делает отсутствие запотевания практически невозможным даже при обработке против запотевания.

   3. Нужно ли время от времени надевать респиратор в капюшоне? Если это так, то расположение лицевой части еще более критично.

   4. Есть ли опасность поражения электрическим током вблизи головы в процессе работы? Если это так, подумайте о капюшоне, который надевается под каску, например, в более новых системах очков/балаклав.

   5. Позволяет ли система капюшона заменять лицевые части? Незаменимые лицевые части будут означать более высокие затраты в долгосрочной перспективе или даже ухудшение зрения работника с течением времени. Правильный уход может продлить срок службы лицевой части, но сменные лицевые части намного более экономичны.

   6. Какое периферийное зрение допустимо в капюшоне? Опять же, некоторые конструкции обеспечивают гораздо большую видимость, чем другие.

8. Другие требования к СИЗ.

   1. Были ли учтены плавящиеся компоненты СИЗ?

   2. Как насчет одноразовой одежды, которую носят поверх или под одеждой с защитой от дугового разряда по другим опасностям/причинам.