При этом нужно учесть следующее:

Конструкция креплений для сварки продольных швов цилиндров (см. Рисунок 3-47) должна предполагать расстояние между опорной балкой и рабочим изделием как минимум 2,5 см.
Зажимы, которые удерживают рабочее изделие, должны быть немагнитными. Рабочий кабель нельзя подключать к медной подкладке –
по возможности соединение должно быть расположено на рабочем изделии.

Крепление должно быть изготовлено из низкоуглеродистой стали. Это позволит избежать накапливания постоянных магнитных свойств.

Сварка по направлению к закрытому концу «»рогообразных»» креплений также помогает снизить обратное отклонение дуги.

Крепление должно быть достаточно длинным для того, чтобы при необходимости можно было использовать конечные опоры.

Не используйте в качестве подкладки медные полосы на стальных балках, как показано на Рисунке 3-48. Стальная часть подкладки лишь усилит отклонение дуги.

Расстояние между зажимами должно быть минимальным. Большие промежутки могут привести к
образованию зазоров и отклонению дуги.

Не используйте системы фиксации с крупными стальными деталями только с одной стороны шва. Сбалансируйте их аналогичной конструкцией с другой стороны.

Понимание причин отклонения дуги и способов его диагностики позволит операторам полностью его контролировать и создавать сварные швы без связанных с ним дефектов.

«Электрический ток в газах». 11-й класс

• Валлерштейн Галина Георгиевна, учитель физики

Разделы: Физика, Конкурс «Презентация к уроку»

Класс: 11

Презентация к уроку

Загрузить презентацию (271 кБ)

Цели урока:

• создавать условия для формирования познавательного интереса, активности учащихся;
• объяснение нового материала по теме «электрический ток в газах»;
• способствовать развитию конвергентного мышления;
• способствовать эстетическому воспитанию учащихся;
• формирование коммуникационного общения;

Оборудование: интерактивный комплекс SMART Board Notebook.

Метод ведения урока: в форме беседы.

План урока:

1. Организация класса
2. Фронтальный опрос
3. Изучение нового материала
4. Закрепление
5. Закрепление домашнее задание

Цель урока – усвоение нового материала по теме «электрический ток в газах»

1 слайд – заголовок

2 слайд – В обычных условиях газы состоят из нейтральных атомов и молекул и являются диэлектриками.

3, 4 слайд – Распад атомов на положительные ионы и электроны называется ионизацией, обратный процесс – рекомбинацией.

5 слайд – В газах электронно-ионная проводимость.

6 слайд – Протекание тока через газ называется газовым разрядом.

7 слайд – Электрическим током в газах называется направленное движение положительных ионов к катоду, отрицательных ионов и электронов к аноду.

8 слайд – Самостоятельный и несамостоятельный разряды: Газовый заряд, протекающий под действием ионизатора, называется несамостоятельным, а без ионизатора ― самостоятельным.

9 слайд – Вольт-амперная характеристика тока в газах

10 слайд – Условие ионизации электронным ударом, где l – длина свободного пробега

11 слайд – Типы самостоятельных разрядов

1. Тлеющий разряд
2. Искровой разряд (молния)
3. Коронный разряд
4. Дуговой разряд

12 слайд – Электрический разряд: самостоятельный и несамостоятельный

13 слайд – Виды самостоятельных разрядов

Разряд	Условия возникновения	Применение
Тлеющий	Низкое давление (доли мм. рт. ст.), высокая напряженность,Е	Ионные и электронные рентгеновские трубки, газоразрядные трубки, газовые лазеры
Дуговой	Термоэлектронная эмиссия тока с поверхности катода, большая сила тока (10-100А при малой Е)	Прожекторы, сварка и резка металла, электропечи для плавки металла.
Коронный	Атмосферное давление + сильно неоднородное эл. поле.	Электроочистительные фильтры газовых смесей.
Искровой	Высокое напряжение при атмосферном давлении имеет вид светящегося канала	Молния. Разряд конденсатора искры при электризации трущихся поверхностей.

14 слайд – Тлеющий разряд

• Тле́ющий разря́д – один из видов стационарного самостоятельного электрического разряда в газах. Формируется, как правило, при низком давлении газа и малом токе. При увеличении проходящего тока превращается в дуговой разряд.
• В отличие от нестационарных (импульсных) электрических разрядов в газах, основные характеристики тлеющего разряда остаются относительно стабильными во времени.
• Типичным примером тлеющего разряда, знакомым большинству людей, является свечение неоновой лампы и ламп “дневного света”
• Одно из важнейших применений тлеющего разряда в промышленности и военной сфере – газовые лазеры

15 слайд – Дуговой разряд

• Электрическая дуга (Вольтова дуга, Дуговой разряд) – физическое явление, один из видов электрического разряда в газе.
• Впервые была описана в 1802 году русским учёным В. В. Петровым. Электрическая дуга является частным случаем четвёртой формы состояния вещества – плазмы – и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа. Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги.
• При эксплуатации высоковольтных электроустановок, в которых неизбежно появление электрической дуги, борьба с электрической дугой осуществляется при помощи электромагнитных катушек, совмещённых с дугогасительными камерами. Среди других способов известны использование вакуумных и масляных выключателей, а также методы отвода тока на временную нагрузку, самостоятельно разрывающую электрическую цепь.

Электрическая дуга используется при электросварке металлов, для выплавки стали (дуговая сталеплавильная печь) и в освещении (в дуговых лампах).

16 слайд – Коронный разряд

• Коро́нный разря́д − это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях. Главной особенностью этого разряда является то, что ионизационные процессы электронами происходят не по всей длине промежутка, а только в небольшой его части вблизи электрода с малым радиусом кривизны (так называемого коронирующего электрода). Эта зона характеризуется значительно более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка.
• На линиях электропередачи возникновение коронного разряда нежелательно, так как вызывает значительные потери передаваемой энергии. С целью сокращения потерь на общую корону применяется расщепление проводов ЛЭП на 2, 3, 5 или 8 составляющих, в зависимости от номинального напряжения линии (для уменьшения тока в проводнике). Составляющие располагаются в углах правильного многоугольника (или на диаметре окружности, в случае расщепления на 2 составляющих), образуемого специальной распоркой.
• В естественных условиях коронный разряд может возникать на верхушках деревьев, мачтах – т.  н. огни святого Эльма.

Коронный разряд применяется для очистки газов от пыли и сопутствующих загрязнений (электростатический фильтр), для диагностики состояния конструкций (позволяет обнаруживать трещины в изделиях).

17 слайд – Искровой разряд

• Искрово́й разря́д (искра электрическая) – нестационарная форма электрического разряда, происходящая в газах. Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом – «треском» искры. Температура в главном канале искрового разряда может достигать 10 000 К. В природе искровые разряды часто возникают в виде молний. Расстояние «пробиваемое» искрой в воздухе зависит от напряжения и считается равным 10 кВ на 1 сантиметр.
• Искровой разряд обычно происходит, если мощность источника энергии недостаточна для поддержания стационарного дугового разряда или тлеющего разряда.
• Искровой разряд представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвленных полосок – искровых каналов. Эти каналы заполнены плазмой, в состав которой в мощном искровом разряде входят не только ионы исходного газа, но и ионы вещества электродов, интенсивно испаряющегося под действием разряда.

18 слайд – Плазма – четвертое состояние вещества

19 слайд – Плазма – частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы.

20, 21 слайд – Степень ионизации плазмы

• Слабо ионизованной плазмой в природных условиях являются верхние слои атмосферы
• Полностью ионизованная плазма, которая образуется при высокой температуре – солнце

22 слайд – Плазма во вселенной и вокруг Земли

В состоянии плазмы находится подавляющая (около 99%) часть вещества Вселенной – звезды, галактические туманности и межзвездная среда.

23 слайд – Плазма во вселенной и вокруг Земли

Около Земли плазма существует в космосе в виде солнечного ветра, заполняет магнитосферу Земли, образуя радиационные пояса Земли и ионосферу.

24 слайд – Плазма в нашей жизни

• Плазменный телевизор
• Плазменная лампа

15.03.2013

Явление самоиндукции — определение, формулы, примеры

Магнитный поток

Прежде чем говорить об электромагнитной индукции и самоиндукции, нам нужно определить сущность магнитного потока.

Представьте, что вы взяли в руки обруч и вышли на улицу в ливень. Потоки воды будут проходить через обруч.

Если держать обруч горизонтально, то через него пройдет много воды. А если начать его поворачивать — уже меньше, потому что он расположен не под прямым углом к вертикали.

Теперь давайте поставим обруч вертикально — ни одной капли не пройдет сквозь него (если ветер не подует, конечно).

Магнитный поток очень похож на поток воды, проходящей через обруч, только считаем мы величину прошедшего через площадь магнитного поля, а не дождя.

Магнитным потоком через площадь ​S​ контура называют скалярную физическую величину, равную произведению:

• модуля вектора магнитной индукции ​B​,
• площади поверхности ​S​, которую пронизывает поток,
• и косинуса угла ​α​ между направлением вектора магнитной индукции и вектора нормали (перпендикуляра к плоскости данной поверхности).

Магнитный поток можно наглядно представить как величину, пропорциональную числу магнитных линий, проходящих через данную площадь.

В зависимости от угла ​α магнитный поток может быть положительным (α < 90°) или отрицательным (α > 90°). Если α = 90°, то магнитный поток равен 0.

Изменить магнитный поток можно, меняя площадь контура, модуль индукции поля или расположение контура в магнитном поле (поворачивая его).

В случае неоднородного магнитного поля и неплоского контура магнитный поток находят как сумму магнитных потоков, пронизывающих площадь каждого из участков, на которые можно разбить данную поверхность.

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Явление электромагнитной индукции открыл Майкл Фарадей в ходе серии опытов.

Опыт раз. На одну непроводящую основу намотали две катушки таким образом, что витки одной катушки были расположены между витками второй. Витки первой катушки были замкнуты на гальванометр, а второй — подключены к источнику тока.

При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.

Опыт два. Первую катушку подключили к источнику тока, а вторую — к гальванометру. При этом вторая катушка перемещалась относительно первой. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.

Опыт три. Катушку замкнули на гальванометр, а магнит передвигали относительно катушки.

Вот что показали эти опыты:

1. Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции.


2. Направление тока различается при увеличении числа линий и при их уменьшении.


3. Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. При этом как само поле может изменяться, так и контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Почему возникает индукционный ток?

Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна электродвижущей силе (ЭДС).

Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Самоиндукция

Представим себе любую электрическую цепь, параметры которой можно менять. Если мы изменим силу тока в этой цепи — например, подкрутим реостат или подключим другой источник тока — произойдет изменение магнитного поля. В результате этого изменения в цепи возникнет дополнительный индукционный ток за счет электромагнитной индукции, о которой мы говорили выше. Такое явление называется самоиндукцией, а возникающий при этом ток — током самоиндукции.

Онлайн-подготовка к ОГЭ по физике поможет снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.

Самоиндукция — это возникновение в проводящем контуре ЭДС, создаваемой вследствие изменения силы тока в самом контуре.

Самоиндукция чем-то напоминает инерцию: как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет самоиндукции.

Представим цепь, состоящую из двух одинаковых ламп, параллельно подключенных к источнику тока. Если мы последовательно со второй лампой включим в эту цепь катушку, то при замыкании цепи произойдет следующее:

• первая лампа загорится практически сразу,
• вторая лампа загорится с заметным запаздыванием.

При размыкании цепи сила тока быстро уменьшается, и возникающая ЭДС самоиндукции препятствует уменьшению магнитного потока. При этом индуцированный ток направлен так же, как и исходный. ЭДС самоиндукции может во многом раз превысить внешнюю ЭДС. Поэтому электрические лампочки так часто перегорают при отключении света.

Знак минуса в формуле закона электромагнитной индукции указывает на то, что ЭДС индукции препятствует изменению магнитного потока, который вызывает ЭДС. При решении расчетных задач знак минуса не учитывается.

Учёба без слёз (бесплатный гайд для родителей)

Пошаговый гайд от Екатерины Мурашовой о том, как перестать делать уроки за ребёнка и выстроить здоровые отношения с учёбой.

Индуктивность

Индуктивность — это способность катушки, контура или проводника с током накапливать магнитное поле. Она характеризует способность проводника сопротивляться электрическому току. Проще всего это делать с помощью катушки, потому что катушка состоит из витков, которые представляют собой контуры. Вспомните про магнитный поток и обруч под дождем — в контуре создается магнитный поток. Где поток, там и электромагнитная индукция.

Индуктивность контура зависит от его формы и размеров, от магнитных свойств окружающей среды и не зависит от силы тока в контуре.

Можно ли увеличивать индуктивность катушки?

Конечно! Можно увеличить число витков, например. Или поместить в центр катушки железный сердечник.

Как работает катушка

Вокруг каждого проводника, по которому протекает ток, образуется магнитное поле. Если поместить проводник в переменное поле — в нем возникнет ток.

Магнитные поля каждого витка катушки складываются. Поэтому вокруг катушки, по которой протекает ток, возникает сильное магнитное поле. При изменении силы тока в катушке будет изменяться и магнитный поток вокруг нее.

Задачка раз

На рисунке приведен график зависимости силы тока от времени в электрической цепи, индуктивность которой 1 мГн. Определите модуль ЭДС самоиндукции в интервале времени от 15 до 20 с. Ответ выразите в мкВ.

Решение

За время от 15 до 20 с сила тока изменилась от 20 до 0 мА. Модуль ЭДС самоиндукции равен:

Ответ: модуль ЭДС самоиндукции с 15 до 20 секунд равен 4 мкВ.

Задачка два

По проволочной катушке протекает постоянный электрический ток силой 2 А. При этом поток вектора магнитной индукции через контур, ограниченный витками катушки, равен 4 мВб. Электрический ток какой силы должен протекать по катушке для того, чтобы поток вектора магнитной индукции через указанный контур был равен 6 мВб?

Решение

При протекании тока через катушку индуктивности возникает магнитный поток, численно равный Ф = LI.

Отсюда индуктивность катушки равна:

Тогда для достижения значений потока вектора магнитной индукции в 6 мВб ток будет равен:

Ответ: для достижения значений потока вектора магнитной индукции в 6 мВб необходим ток в 3 А.

Электрическая дуга постоянного и переменного тока в электрических аппаратах

Электрическая дуга, свойства, температура. Защита от электрической дуги

Привет всем посетителям моего блога. Тема сегодняшней статьи электрическая дуга и защита от электрической дуги. Тема не случайная, пишу из больницы имени Склифосовского. Догадываетесь почему?

Что такое электрическая дуга

Это один из видов электрического разряда в газе (физическое явление). Также ее называют – Дуговой разряд или Вольтова дуга. Состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа (плазмы).

Может возникнуть между двумя электродами при увеличении напряжения между ними, либо приближении друг к другу.

Вкратце о свойствах: температура электрической дуги, от 2500 до 7000 °С. Не маленькая температура, однако. Взаимодействие металлов с плазмой, приводит к нагреву, окислению, расплавлению, испарению и другим видам коррозии. Сопровождается световым излучением, взрывной и ударной волной, сверхвысокой температурой, возгоранием, выделением озона и углекислого газа.

В интернете есть немало информации о том, что такое электрическая дуга, каковы ее свойства, если интересно подробнее, посмотрите. Например, в ru.wikipedia.org.

Теперь о моем несчастном случае. Трудно поверить, но 2 дня назад я напрямую столкнулся с этим явлением, причем неудачно. Дело было так: 21 ноября, на работе, мне было поручено сделать разводку светильников в распаечной коробке, после чего подключить их в сеть. С разводкой проблем не возникло, а вот когда полез в щит, возникли некоторые трудности. Жаль андройд свой дома забыл, не сделал фото электрощита, а то было бы более ясно. Возможно сделаю еще, как выйду на работу. Итак, щит был очень старый — 3 фазы, нулевая шина (она же заземление), 6 автоматов и пакетный выключатель (вроде все просто), состояние изначально не вызывало доверия. Долго боролся с нулевой шиной, так как все болты были ржавые, после чего без труда посадил фазу на автомат. Все хорошо, проверил светильники, работают.

После, вернулся к щиту, чтобы аккуратно уложить провода,  закрыть его. Хочу заметить, электрощит находился на высоте ~2 метра, в узком проходе и чтобы добраться до него, использовал стремянку (лестницу). Укладывая провода,  обнаружил искрения на контактах других автоматов, что вызывало моргание ламп. Соответственно я протянул все контакты и продолжил осмотр остальных проводов (чтобы 1 раз сделать и не возвращаться больше к этому). Обнаружив, что один контакт на пакетнике имеет высокую температуру, решил протянуть его тоже. Взял отвертку, прислонил к винту, повернул, бах! Раздался взрыв, вспышка, меня отбросило назад, ударившись об стену, я упал на пол, ничего не видно (ослепило), щит не переставал взрываться и гудеть. Почему не сработала защита мне не известно. Чувствуя на себе падающие искры я осознал, что надо выбираться. Выбирался на ощупь, ползком. Выбравшись из этого узкого прохода, начал звать напарника. Уже на тот момент я почувствовал, что с моей правой рукой (ей я держал отвертку) что-то не так, ужасная боль ощущалась.

Вместе с напарником мы решили, что нужно бежать в медпункт. Что было дальше, думаю не стоит рассказывать, всего обкололи и в больницу. Никогда походу не забуду этот ужасный звук долгого короткого замыкания – зуд с жужжанием.

Сейчас лежу в больнице, на коленке у меня ссадина, врачи думают, что меня било током, это выход, поэтому наблюдают за сердцем. Я же считаю, что током меня не било, а ожег на руке, был нанесен электрической дугой, которая возникла при замыкании.

Что там случилось, почему произошло замыкание мне пока не известно, думаю, при повороте винта, сдвинулся сам контакт и произошло замыкание фаза-фаза, либо сзади пакетного выключателя находился оголенный провод и при приближении винта возникла электрическая дуга. Узнаю позже, если разберутся.

Блин, сходил на перевязку, так руку замотали, что пишу одной левой теперь )))

Фото без бинтов делать не стал, очень не приятное зрелище. Не хочу пугать начинающих электриков….

Итак, идем дальше:

Защита от электрической дуги

Какие бывают меры защиты от электрической дуги, что могло меня защитить? Проанализировав интернет, увидел, что самым популярным средством защиты людей в электроустановках от электрической дуги является термостойкий костюм. В северной Америке большой популярностью пользуются специальные автоматы фирмы Siemens, которые защищают как от электрической дуги, так и от максимального тока. В России, на данный момент, подобные автоматы используются только на высоковольтных подстанциях. В моем случае мне бы хватило диэлектрической перчатки, но сами подумайте, как в них подключать светильники? Это очень неудобно. Также рекомендую использовать защитные очки, чтобы защитить глаза.

В электроустановках борьба с электрической дугой осуществляется с помощью вакуумных и масляных выключателей, а также при помощи электромагнитных катушек совместно с дугогасительными камерами.

Это все? Нет! Самым надежным способом обезопасить себя от электрической дуги, на мой взгляд, являются работы со снятием напряжения. Не знаю как вы, а я под напряжением работать больше не буду…

Сегодня без анекдотов и новостей. Рекомендую прочитать статью средства защиты в электроустановках, все они созданы для нашей с вами защиты. Но от несчастного случая никто не застрахован, берегите себя.

На этом моя статья электрическая дуга и защита от электрической дуги заканчивается. Есть что дополнить? Оставь комментарий.

Что такое явление дуги в автоматическом выключателе и как возникает дуга?

Когда контакты автоматического выключателя разъединяются, между этими двумя контактами возникает световой электрический разряд, известный как «Дуга». Эта дуга может продолжаться до тех пор, пока разряд не прекратится. Возникновение дуги может задержать текущий процесс отключения и привести к чрезмерному нагреву, что может привести к серьезному повреждению системы или самого автоматического выключателя. Поэтому основная задача автоматического выключателя – погасить дугу за максимально короткое время.

Как возникает дуга

При возникновении неисправности через контакт автоматического выключателя протекает сильный ток. Когда контакты начинают отделяться, площадь контактов быстро уменьшается, что вызывает сильное увеличение плотности тока короткого замыкания и, следовательно, повышение температуры.
Когда контакты разделены, между ними создается потенциальная разница. Если напряжение между контактами больше диэлектрической прочности среды между контактами (обычно это воздух или масло), этого может быть достаточно для ионизации среды между контактами.
Ионизированный воздух или пар действуют как токопроводящий путь, поэтому между контактами образуется дуга.

Напряжение, которое появляется на контакте автоматического выключателя во время дугового разряда, называется дуговым напряжением.

Дуга между контактами действует как проводник и сохраняет значение сопротивления, известное как сопротивление дуги. Ток, протекающий между контактами, зависит от сопротивления земли.
– Чем больше сопротивление дуге, тем меньше ток, протекающий между контактами.
Дуговое сопротивление зависит от коэффициента текучести
1. Степень ионизации: По мере уменьшения количества ионизированных частиц между контактами сопротивление дуги увеличивается.
2. Длина дуги: По мере увеличения расстояния между контактами длина дуги также увеличивается, что приводит к увеличению сопротивления дуги.
3. Площадь поперечного сечения дуги: Сопротивление заземления увеличивается с уменьшением площади поперечного сечения дуги.

Фактор, ответственный за поддержание дуги

Существует два основных фактора, ответственных за поддержание дуги между контактами. это
1. Разность потенциалов между контактами: Когда контакты имеют небольшое расстояние, то разность потенциалов между ними достаточна для поддержания дуги.
2. Ионизированные частицы между контактами: Ионизированные частицы между контактами действуют как носители заряда и обеспечивают проводящую дорожку.

Принцип гашения дуги

Как мы уже говорили выше, разность потенциалов между контактами и ионизированные частицы между контактами ответственны за поддержание дуги. Поэтому есть два способа погасить дугу между контактами.
Первый способ — развести контакты на такое расстояние, чтобы разность потенциалов стала недостаточной для поддержания дуги. Однако этот метод невозможен в системе более высокого напряжения, где может потребоваться разделение многих счетчиков.
Второй способ гашения дуги между контактами может быть реализован путем охлаждения дуги путем удаления частицы дуги из пространства между контактами.

Метод гашения дуги

Существует два метода гашения дуги в выключателе. Это методы высокого сопротивления и метод низкого сопротивления или метод нулевого сопротивления.

В этом методе сопротивление дуги постепенно увеличивается, так что ток снижается до такого значения, что тепла недостаточно для поддержания дуги.

Следовательно, ток прерывается или дуга гаснет. Но в этом методе основная работа заключается в увеличении сопротивления между контактами. Сопротивление дуги можно увеличить на
1. Длина дуги: По мере увеличения длины дуги сопротивление дуги также увеличивается. Длину дуги можно увеличить, увеличив зазор между контактами.
2. Охлаждение дуги: Охлаждение для деионизации среды между контактами. Это увеличивает сопротивление дуги и отводит тепло от дуги.
3. Уменьшение площади поперечного сечения дуги: При уменьшении площади поперечного сечения дуги увеличивается напряжение, необходимое для поддержания дуги. Это можно сделать, позволив дуге пройти через область, аналогичную широкой области.
4. Разделение дуги: Сопротивление дуги может быть увеличено путем разделения дуги на несколько последовательных дуг. Их можно разделить, вставив несколько проводящих пластин между контактами автоматического выключателя.

Основным недостатком этого метода является то, что очень большая энергия рассеивается в дуге . Поэтому он используется только в автоматических выключателях постоянного тока, а в автоматических выключателях переменного тока малой мощности.

Метод низкого сопротивления или нулевого тока

Этот метод применим только в автоматических выключателях переменного тока, поскольку переменный ток имеет естественный нулевой ток.

Как мы уже говорили, дуга в качестве проводящего пути означает, что она имеет низкое сопротивление. В этом методе сопротивление дуги поддерживается низким до тех пор, пока величина тока не станет равной нулю (естественный нуль), потому что при каждом нулевом токе дуга гаснет на короткий период.

Так как среда (воздух или масло) между контактами содержит ионизированные частицы, то имеет небольшую диэлектрическую прочность. Поэтому ионизированный воздух может легко пробиться из-за контактного напряжения, и дуга будет сохраняться еще в течение полупериода. Напряжение, возникающее на контактах при нулевом токе во время дугового разряда, называется напряжением повторного поджига.

Как мы уже говорили, в переменном токе есть натуральный нуль. При каждом нуле тока дуга гаснет на короткое время. В течение этого времени, если диэлектрическая прочность среды между контактами возрастет до такого значения, что напряжение на контакте станет недостаточным для пробоя пространства между контактами, то дуга не сможет повторно зажечься и ток прервется.
Но основной задачей является увеличение диэлектрической прочности среды вблизи нулевого тока. Есть два способа добиться этого

Ионизированные частицы ответственны за перенос тока и снижение диэлектрической прочности среды. При рекомбинации ионизированных частиц диэлектрическая прочность среды увеличивается.

Если ионизированные частицы среды между контактами заменить свежими частицами, диэлектрическая прочность среды между контактами увеличится. Поэтому воздух не выдерживает ударов, и ток прерывается.

Деионизация среды может быть достигнута следующими методами
– Увеличение зазора: Диэлектрическая прочность среды может быть увеличена за счет увеличения длины зазора между контактами.
– Высокое давление : Чем больше давление среды между контактами, тем выше плотность частиц. Повышенная плотность частиц вызывает более высокую скорость деионизации и, следовательно, увеличивается диэлектрическая прочность среды между контактами.
– Охлаждение: Охлаждение вызывает рекомбинацию ионизированных частиц в пространстве между контактами в нейтральную молекулу. Это увеличивает диэлектрическую прочность среды.
– Bast Effect: В этом процессе ионизированные частицы между контактами сметаются и заменяются новыми неионизированными частицами. Это увеличивает диэлектрическую прочность среды и, следовательно, дуга не может повторно зажечься.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА

Электрическая дуга является формой самостоятельного газового разряда, т. е. разряда, который не требует внешнего источника ионизации газа для непрерывного горения. Электрическая дуга горит между двумя электродами: положительным (анод) и отрицательным (катод). Если электрическая дуга питается от источника (переменного тока) с заданной частотой, то катод и анод сменяют друг друга с той же частотой. Термин «дуговой» обусловлен тем, что достаточно продолжительный разряд между горизонтальными электродами имеет дугообразную форму, обусловленную свободноконвективным вертикальным движением газа. Длинную электрическую дугу можно разделить на три области: проводящий столб, свойства которого на некотором расстоянии от электродов не зависят от физических явлений вблизи электродов; и две области вблизи электродов, а именно прианодную и прикатодную области. В приэлектродных областях обычно происходит заметное увеличение напряженности электрического поля по сравнению со столбом электрической дуги. Падения напряжения в этих областях называются катодными и анодными падениями напряжения. Их значения обычно не превышают 10 вольт.

В электродуговом столбе газ нагревается до высокой температуры, и его электропроводность объясняется в основном процессами термической ионизации. При давлениях выше атмосферного газ в столбе электрической дуги обычно находится в состоянии локального термодинамического равновесия.

Электрическая дуга, горящая в большом объеме газа и не подверженная влиянию внешних факторов (например, потока газа или приложенного магнитного поля), называется дугой свободного горения. Такая дуга обычно быстро и хаотично движется и меняет свою форму. В специальных устройствах, в частности в плазмотронах, можно иметь стационарную электрическую дугу (например, дугу, горящую в узком цилиндрическом изолирующем канале) или организовать ее движение упорядоченно. Такие электрические дуги называются стабилизированными дугами.

Зависимость напряжения электрической дуги от ее тока называется вольтамперной характеристикой (ВАХ). ВАХ подразделяются на статические ВАХ, основанные на стационарных значениях тока и напряжения, и динамические ВАХ, которые связывают соответствующие мгновенные значения.

ВАХ большинства электрических дуг постоянного тока такова, что рост тока приводит к снижению напряжения (падающая характеристика, см. рис. 1, кривая 1) или к постоянному напряжению (независимая характеристика). Таким образом, электрическая дуга не подчиняется закону Ома и представляет собой нелинейный элемент электрической цепи. Для поддержания стабильного горения электрической дуги последовательно с дугой включается дополнительный резистор для увеличения наклона собственной ВАХ источника питания (см. рис. 1: кривая 2 — ВАХ источника питания без резистора; кривая 3 — ВАХ источник питания с резистором). Точка А соответствует нестабильному горению электрической дуги, так как при случайном увеличении тока I _a на величину ΔI возникает положительная разность потенциалов ΔV, которая вызывает дальнейшее увеличение тока, пока не будет достигнута точка B. Это соответствует устойчивому горению дуги при токе I _b . Дополнительный резистор существенно снижает энергетическую эффективность электродугового устройства. Чтобы избежать этого недостатка, иногда используют специальные источники питания. Некоторые стабилизированные электрические дуги имеют возрастающую ВАХ; в этом случае можно существенно уменьшить величину резистора или вообще исключить его из цепи питания.

Рисунок 1. Вольт-амперные характеристики для электрических дуг (1 — «падающая» характеристика, 2 — ВАХ для источника питания без резистора, 3 — ВАХ с резистором).

Для электрических дуг переменного тока зависимость тока от времени в течение каждого полупериода близка к синусоидальной; зависимость напряжения от времени обычно имеет форму, близкую к прямоугольной, с характерным резким пиком напряжения в месте возникновения (так называемый пик воспламенения). Динамическая ВАХ переменного тока имеет форму петли, что указывает на явление гистерезиса, вызванное тепловой инерцией столба электрической дуги. ВАХ, построенная по действующим значениям тока и напряжения, имеет ту же форму, что и дуга постоянного тока при тех же условиях. Поэтому для стабильного горения дуги переменного тока в цепь последовательно с дугой включают индукционную катушку (реже используют резистор). Преимущество индукционной катушки перед резистором состоит в том, что катушка имеет низкое сопротивление и, следовательно, не влияет на эффективность электродугового устройства. С другой стороны, это приводит к значительному снижению коэффициента мощности.

Электрическая дуга — это мощный высококонцентрированный источник тепла и света. Эти свойства электрической дуги определяют основные области ее применения. Электрические дуги широко применяются в различных сварочных аппаратах, в сталеплавильных дуговых печах и в плазмотронах. Дуговые источники света используются в различных осветительных приборах (например, в прожекторах). В кинопроекционной аппаратуре применяются дуговые ксеноновые лампы высокого давления . Спектр света ксеноновой электрической дуги близок к солнечному свету, поэтому такие лампы дают «белый» свет и правильную цветопередачу.

Что такое вспышка дуги, почему она возникает и как ее избежать?

Что такое вспышка дуги?

Вспышка дуги создается светом и заживлением дугового разряда. Он также известен как электрическая вспышка. Это движение электрического разряда.

Этот свет и тепло создаются благодаря соединениям с низким импедансом в электрической системе, что позволяет перемещать нежелательный электрический разряд по воздуху от одной фазы напряжения к другой или земле.

Это приводит к быстрому повышению температуры и давления в воздухе между электрическими проводниками, вызывая взрыв, известный как дуговой разряд.

Что такое дуговой разряд?

Взрыв дуги возникает в результате нагрева от вспышки дуги. Это тепло также вызывает электрические пожары. Это явление может привести к волнам давления и летящим осколкам, которые серьезно наносят ущерб жизни и имуществу.

Эти взрывы обычно происходят без какого-либо предупреждения, выводят из строя электрическое оборудование и приводят к серьезным травмам или смерти персонала, находящегося в зоне действия электрической дуги.

Поэтому вы должны принять надлежащие меры для обеспечения безопасности дугового разряда дома, в офисе, на заводе или в других учреждениях.

Вспышка дуги и взрыв дуги

Существует много путаницы, связанной с вспышкой и взрывом электрической дуги. И вспышка дуги, и взрыв дуги являются побочными продуктами электрической неисправности и взрыва. Так как же их отличить! Различие заключается в их триггере.

Вспышка дуги — это свет и тепло, образующиеся при электрическом взрыве. Взрыв дуги возникает в результате внезапной волны давления, испускаемой мигающей дугой. В некотором смысле электрическая дуга и взрыв дуги являются частью цепной реакции, происходящей одна за другой.

Какие примеры вспышки дуги?

Вспышка дуги возможна в местах с наиболее высоким напряжением, а также в вашем доме с обычным электроснабжением. Тем не менее, интенсивность дуговой вспышки увеличивается с увеличением напряжения, которое вы получаете в источниках питания.

Вот несколько примеров вспышки дуги. При слишком близком расположении высоковольтных линий электропередач между проводниками возможен энергетический разряд. В результате этого явления может появиться синий или красный свет. Он может выйти из-под контроля, шипеть и дуть, если будет шторм.

Обычная лампочка в вашем доме тоже может перегореть и вызвать дуговую вспышку. Но, как правило, это не так опасно, как электрическая дуга в высоковольтной установке электропитания.

Как измеряется вспышка дуги?

Вспышка дуги измеряется в калориях на квадратный сантиметр (кал/см²). Это количество тепла и электроэнергии, выделяемой взрывом. Это измерение также называется падающей энергией.

Во время вспышки дуги высвобождаются различные другие формы энергии, такие как давление и звук. Но значительный вклад в причинение летального исхода вносит тепло. Поэтому тепловая и электрическая энергии учитываются только при измерении электрической дуги.

Насколько горяча дуговая вспышка?

Диапазон температур вспышки дуги составляет от 2760 до 11093 градусов Цельсия и от 5000 до 20000 градусов по Фаренгейту.

Как происходит вспышка дуги?

Дуговая вспышка возникает при расположении нескольких электрических проводников близко друг к другу, по которым протекают значительные токи короткого замыкания.
В этой ситуации ионизация воздуха может происходить из-за различных факторов, таких как разность потенциалов, которые приводят к пути с низким сопротивлением и позволяют току течь через воздушный зазор между проводниками.

Многие считают, что оборудование низкого напряжения защищено от вспышки дуги, но уровни опасности вспышки дуги могут быть выше при низком напряжении из-за больших токов короткого замыкания. Большинство инцидентов, происходящих в системах низкого напряжения, вызваны человеческими ошибками, например, инструмент соскальзывает, когда техник работает с электрооборудованием.

Некоторые из основных триггеров вспышки дуги:

• Небрежность или несчастные случаи, например, касание не той поверхности испытательным щупом
• Неправильные инструменты, установка и методы работы
• Отсутствие знаний и обучения по электробезопасности
• Использование поврежденных электрических материалов/оборудования
• Препятствие в разъединительных панелях
• Повреждение изоляции, разрывы или износ
• Пыль, мусор и коррозия на электрических проводниках
• Ненадлежащее профилактическое обслуживание автоматических выключателей и переключателей
• Открытые части под напряжением, ослабленные соединения или коррозия
• Кабели статического электричества или высоковольтные кабели
• Воздействие воды или других жидкостей на электрическое оборудование

Как предотвратить вспышку дуги?

При надлежащем обучении, мерах безопасности и оборудовании можно свести к минимуму риск вспышки дуги. Вот 5 способов предотвратить вспышку дуги:

1. Обесточить оборудование и удалить персонал: Крайне важно устранить потенциальную опасность, насколько это возможно. Избегайте работы с электрическим оборудованием, находящимся под напряжением, и проявляйте особую осторожность при тестировании, чтобы убедиться, что оно обесточено или снова включено. Используйте технологию удаленного отслеживания для управления автоматическими выключателями из-за пределов вспышки дуги, вместо того чтобы подвергать персонал риску травм или смерти.
2. Изучение опасностей и использование технологий с низким уровнем риска  Соберите данные о системе распределения электроэнергии на вашем объекте и проведите исследования координации короткого замыкания и защитных устройств, чтобы определить категории опасности вспышки дуги для электрооборудования, а также способы их снижения. Кроме того, обратите внимание на такие технологии, как дугогасительные выключатели, дистанционное стеллажное оборудование и дугогасительные предохранители, которые помогают обеспечить безопасность персонала и имущества.
3. Модернизация электрических систем и средств управления: Определите необходимый уровень СИЗ — средств индивидуальной защиты — в соответствии с категорией опасности вспышки и убедитесь, что персонал надлежащим образом экипирован. Перепроектируйте свое оборудование и процессы, чтобы максимально использовать средства инженерного контроля, помогающие предотвратить и снизить риски. При необходимости отрегулируйте настройки автоматических выключателей и систем распределения энергии и замените электрооборудование с высоким риском на устройства, снижающие падающую энергию.
4. Улучшение обучения технике безопасности и осведомленности о рисках: В дополнение к предписанию регулирующих органов, таких как OSHA, надлежащее обучение технике безопасности также гарантирует, что ваш персонал понимает последствия небрежности и всегда соблюдает надлежащие процедуры безопасности.
5. Создание и внедрение строгой программы безопасности: Определите риски, границы и подходящие средства индивидуальной защиты для обеспечения электробезопасности с помощью исследований опасности вспышки дуги. Убедитесь, что надлежащие электротехнические правила и рабочие процессы задокументированы, доведены до сведения всего задействованного персонала и строго соблюдаются. Кроме того, разработайте программу профилактического обслуживания электрических материалов/оборудования и убедитесь, что только квалифицированный и полностью обученный персонал, оснащенный соответствующими инструментами и СИЗ, может работать с электрическими системами.

D&F Liquidators

D&F Liquidators уже более 30 лет обслуживает потребности в электротехнических строительных материалах. Это международный информационный центр с помещением площадью 180 000 квадратных метров, расположенным в Хейворде, Калифорния. Он хранит обширный перечень электрических разъемов, фитингов для кабелепроводов, автоматических выключателей, распределительных коробок, проводов, защитных выключателей и т. д. Он закупает электроматериалы у первоклассных компаний по всему миру. Компания также имеет обширный ассортимент электротехнической взрывозащищенной продукции и современных электросветотехнических решений. Покупая материалы оптом, D&F имеет уникальную возможность предложить конкурентоспособную ценовую структуру. Кроме того, он способен удовлетворить самые взыскательные требования и отправить материал в тот же день.

Вспышка дуги и взрыв дуги Рабочий лист

0:00 / 0:00

• Подкаст
• Последний
• Подписывайся
  • Гугл
  • Спотифай
  • яблоко
  • iHeartRadio
  • Сшиватель
  • Пандора
  • Настройтесь

• Главная
• Рабочие листы
• Основное электричество
• Вспышка дуги и взрыв дуги

Основное электричество

PDF-версия

• org/Question»>

  Вопрос 1

  Электромеханические реле, используемые для пуска и останова мощных электродвигателей (называемые «контакторами» или «пускателями»), следует рассматривать как возможный источник вспышка дуги . Объясните, почему это так. Что такого в конструкции или работе такого реле, что провоцирует это опасное явление?

  Показать ответ

  Электромеханические реле прерывают ток цепи, раздвигая пары металлических контактов, разделяя их воздушным зазором. Поскольку это контактное движение не является мгновенным, можно создать дугу через воздушные зазоры такой величины, что она станет вспышкой дуги.

  Примечания:

  Вспышка дуги так же опасна для электриков, как и поражение электрическим током, но я видел (и работал с) людей, которые не обращают внимания на опасность! Следует понимать, что пускатели электродвигателей по своей природе являются устройствами, генерирующими дугу, и что при определенных необычных условиях они могут генерировать смертельные вспышки дуги. Возможно, вы захотите спросить своих учеников, какие необычные условия могут привести к тому, что контактор вызовет реальную вспышку дуги (а не просто несколько маленьких искр).

• вопрос 2

  Что такое электрическая дуга ? Какие условия обычно приводят к образованию дуги?

  Показать ответ

  Электрическая «дуга» представляет собой разряд тока в воздухе. Дуги могут быть вызваны чрезмерным напряжением, ионизирующим воздушный тракт между двумя проводниками, или случайным контактом (и последующим повторным разделением) между двумя проводниками.

  Примечания:

  Обсудите тему «ионизации» газов. Обычно воздух является изолятором электричества, но при ионизации он становится проводником. Спросите своих учеников, что происходит с газом, когда он становится ионизированным. Попросите их рассказать вам, что означает слово «ионизированный».

• Вопрос 3

  В чем разница между дуговой вспышкой и дуговой разрядкой ?

  Показать ответ

  «Вспышка дуги» — это чрезвычайно высокотемпературный разряд, возникающий в результате электрического замыкания в воздухе. «Взрыв дуги» — это звуковая волна высокого давления, вызванная внезапным дуговым замыканием.

  Примечания:

  Спросите учащихся, где они получили эту информацию. Я нашел много на эту тему, в том числе некоторые очень читаемые первичные исследования в Интернете.

• Вопрос 4

  Насколько высокой может быть температура вспышки дуги?

  Показать ответ

  Свыше 20 000 градусов по Кельвину (предоставлю вам преобразовать это значение в градусы Цельсия или Фаренгейта).

  Примечания:

  Обратите внимание ваших учеников, что эта температура примерно в четыре раза выше, чем на поверхности Солнца!!! Очень, очень горячая дуга! На самом деле, ни один из известных материалов не способен выдерживать такие экстремальные температуры, не разрушаясь при этом.0348 испарился . Не нужно воображения, чтобы понять, что дуговая вспышка может сделать с кожей человека.

• Вопрос 5

  Какие типы электрических систем представляют серьезную опасность вспышек и взрывов дуги?

  Показать ответ

  Электроэнергетические системы, особенно высоковольтные (480 вольт и выше). Это не означает, что вспышка дуги и взрыв дуги не могут возникать в системах с меньшим напряжением, но вероятность того, что они будут столь же разрушительными, меньше.

  Дополнительный вопрос: какие виды профессиональной деятельности могут привести человека к ситуации, когда возможны или даже вероятны вспышки и взрывы дуги?

  Примечания:

  Не все электрические системы таят в себе опасность дугового разряда и дугового разряда, но многие. Хотя некоторым из ваших студентов может быть очевидно, что небольшие электрические и электронные схемы, которые они будут строить в рамках вашего курса, не представляют угрозы дугового разряда или дугового разряда, важно заверить других, что это практически невозможно. существовать в школьной среде.

• Вопрос 6

  A Лестница Иакова — это новое устройство, предназначенное для создания высоковольтной дуги. Он состоит из источника высокого напряжения (обычно это повышающий «трансформатор», который берет напряжение сети переменного тока 120 вольт и увеличивает его до нескольких тысяч вольт переменного тока) и пары жестких проводов или металлических стержней с небольшим воздушным зазором вблизи внизу и большой воздушный зазор вверху:

  При подаче питания дуга возникает в точке, где два стержня ближе всего, затем распространяется по длине стержней, становясь все шире и шире, пока не «разорвется». с верхней части стержней. Как только дуга гаснет, в нижней части стержней снова образуется новая дуга.

  Объясните, почему дуга начинается в точке, где стержни ближе всего друг к другу. Также объясните, почему дуга затем движется вверх по длине стержней, а не остается внизу, где зазор короче.

  Показать ответ

  Дуга начинается в самом коротком промежутке, потому что именно там напряженность электрического поля (вольт на дюйм) наибольшая. Как только воздух ионизируется, его сопротивление резко уменьшается, и напряжение между двумя стержнями также уменьшается из-за «нагрузочного» эффекта дуги.

  Контрольный вопрос: как принципы работы «Лестницы Иакова» связаны с вспышкой дуги и взрывом дуги при сильноточных электрических неисправностях?

  Примечания:

  Обсудите со своими учащимися природу ионизации газа и почему она возникает в самом коротком промежутке. Также обсудите, почему выходное напряжение трансформатора уменьшается после образования дуги. Это не имеет никакого отношения к трансформатору как к источнику питания, но имеет тенденцию происходить с любым высоковольтным источником питания из-за внутреннего сопротивления.

  Один из методов подробного документирования процесса дугового разряда состоит в том, чтобы нарисовать график зависимости напряжения между стержнями от времени: . Как резкое уменьшение сопротивления воздуха (после ионизации) связано с величиной тока дуги? Как движение дуги по лестнице Иакова связано с высокими температурами дуги? А как насчет разницы в зазорах между нижней частью стержней и верхней частью — как это связано с физическим размером дуги при неисправности энергосистемы?

• Вопрос 7

  Какой тип средств индивидуальной защиты («СИЗ») рекомендуется для защиты от вспышки дуги и дугового разряда?

  Показать ответ

  Средства индивидуальной защиты, рекомендованные для защиты от вспышки/взрыва дуги, очень похожи на «бункерное снаряжение», которое носят профессиональные пожарные. Исследуйте это и будьте готовы обсудить конкретные детали со своими одноклассниками.

  Примечания:

  Опасности, связанные с дуговым разрядом и вспышкой дуги, очень похожи на опасности, с которыми сталкиваются профессиональные пожарные в своей работе, отсюда и сходство защитного снаряжения.

• Вопрос 8

  Вспышка дуги может произойти при использовании вольтметра для измерения напряжения в электрической системе на 480 вольт, если в это время произойдет переходный процесс в линии электропередачи (например, из-за удара молнии). Некоторые промышленные вольтметры имеют рейтинг «CAT» (CAT I, CAT II, ​​CAT III, CAT IV и т. д.), определяющий их устойчивость к переходным процессам перенапряжения и соответствующие меры безопасности.

  Подробно опишите значение этих рейтингов «CAT» и характер опасности, создаваемой счетчиком, который выходит из строя в переходных условиях.

  Показать ответ

  По этому вопросу имеется значительный объем информации в Интернете и в публикациях производителей счетчиков. Я оставлю исследование вам!

  Примечания:

  Этот вопрос указывает на то, что средства индивидуальной защиты (СИЗ) не являются единственной линией защиты от опасностей вспышки дуги. Контрольно-измерительные приборы также играют важную роль в обеспечении электробезопасности (или могут способствовать возникновению опасности!). Очень важно, чтобы электромонтажники использовали для своей работы качественные инструменты. Мультиметр с рейтингом CAT будет стоить больше, чем мультиметр без аналогичного рейтинга безопасности, но скажите своим ученикам, что медицинские расходы, связанные с аварией с вспышкой дуги, намного выше!

• Вопрос 9

  Потенциальной причиной вспышки дуги и, возможно, даже взрыва дуги является неправильное использование счетчика . Опишите, как неправильное применение амперметра в цепи под напряжением может вызвать вспышку дуги или взрыв дуги.

  Показать ответ

  Никогда, никогда не подключайте амперметр к двум точкам цепи, между которыми имеется значительное напряжение!

  Примечания:

  Обсудите со своими учащимися, почему амперметр никогда не следует подключать к источнику напряжения, , особенно , источник напряжения в системе электроснабжения. Свяжите это с идеальным входным сопротивлением амперметров и законом Ома.

• Вопрос 10

  Каков наилучший способ защитить себя от опасности взрыва дуги при выполнении работ по техническому обслуживанию электрических цепей высокой мощности?

  Показать ответ

  Перед выполнением работ убедитесь, что система обесточена (блокировка / маркировка).

  Примечания:

  Студенты много раз спрашивали меня, опасны ли работы по техническому обслуживанию высоковольтных систем. Мой ответ на этот вопрос таков: «Если вы будете следовать надлежащей процедуре, к тому времени, когда вы прикоснетесь к ней, на ней будет 0 вольт!» Итак, нет, работа на обесточенной электрической системе 13,8 кВ не более опасна, чем работа на обесточенной системе 480 вольт или даже на обесточенной системе 120 вольт. Все эти напряжения смертельны при правильных условиях. Единственная реальная разница психологическая: высоковольтные системы страшнее , потому что опасность более очевидна.

Связанный контент

• Объяснение архитектуры руки
• Плюсы и минусы использования флэш-памяти в космосе — Microchip запускает флэш-память в космос
• Устранение искрения в системах Boardnet 48 В с новой конструкцией eFuse
• Расцвет новой флэш-памяти 3D NAND от Toshiba
• От археологии к автономии: LiDAR захватывает отрасли

• Схемы смещения биполярных транзисторов
• Указатель рабочих листов
• Измерения в децибелах

Публикуется на условиях лицензии Creative Commons Attribution License

Вам также может понравиться

• Технология Precision Signal Chain с Analog Devices

  В партнерстве с Эксельпойнт

• Основные различия между суперконденсаторами и батареями

  В сотрудничестве с Eaton Electronic Components

• Как сэкономить место и время разработки при проектировании точных систем сбора данных

  В партнерстве с Digi-Key Electronics

• Компактные беспроводные зарядные модули общего назначения с частотой 13,56 МГц упрощают беспроводную зарядку в небольших и тонких приложениях

  В партнерстве с ROHM Semiconductor

• Мониторинг качества электроэнергии для PQES

  В партнерстве с Эксельпойнт

Физика прерывания электрического тока

Напряжение и ток в полной электрической цепи подчиняются законам напряжения и тока Кирхгофа. Проще говоря, эти законы таковы: повышение и понижение напряжения в любой замкнутой цепи (петле цепи) должны в сумме равняться нулю; и общий ток, протекающий через любой переход (точку соединения), также должен в сумме равняться нулю. Если мы хотим прервать ток в цепи, мы должны сделать это в соответствии с этими законами.

Хотя это звучит просто, разомкнуть цепь, разорвать проводящий путь или разомкнуть выключатель — это не так. Принудить проводящую цепь к установившемуся состоянию нулевого тока совсем не просто. Часто реальная подробная физика процесса прерывания тока затемняется кажущейся тривиальностью действия переключения — например, простого выключения фонарика. Но подумайте, что на самом деле происходит, когда фонарик выключается.

Установившийся постоянный ток (DC) течет от батарей к лампочке, когда контакты переключателя начинают двигаться. В последних микроскопических точках электрического контакта плотность тока становится достаточно высокой, чтобы части металлических поверхностей фактически плавились из-за резистивного нагрева; и состояние плазмы паров жидкого металла продолжает электрический проводящий путь, поскольку контакты физически являются частью. По мере того, как контакты отдаляются друг от друга на расстояние в несколько микрон (один микрон = 10 ^-6 метра), электроны из контакта, на который течет ток, катодного контакта, эмитируются в область межконтактного пространства за счет термоэмиссии (выкипают) и автоэмиссии (вырываются из металла катода силы электростатического притяжения).

Часть этих электронов, испускаемых катодом, сталкивается с молекулами воздуха в пределах контактного промежутка и ионизирует молекулы. Это высвобождает еще больше электронов, которые, в свою очередь, ионизируют еще больше молекул воздуха. Это самовоспроизводящееся действие представляет собой явление электрического пробоя, обычно называемое дугой. Именно дуга позволяет выключателю размыкать цепь. Дуга образуется так же, как и часть контактов, и продолжает проводить ток цепи по мере того, как контакты отодвигаются все дальше и дальше друг от друга.

Падение напряжения на дуге, пропорциональное длине дуги и обратно пропорциональное размеру поперечного сечения дуги, находится последовательно с напряжениями в цепи, в которой находится переключатель. Напряжение дуги увеличивается по мере того, как дуга удлиняется за счет физического перемещения контактов, а поперечное сечение дуги уменьшается по мере того, как дуга охлаждается при контакте с неионизированными молекулами воздуха.

Напряжение дуги в низковольтных цепях постоянного тока растет с такой скоростью, что вскоре превышает или, по крайней мере, достигает напряжения источника в цепи (в фонарике начальное напряжение дуги превышает напряжение батареи). Когда это происходит, ток в цепи быстро обнуляется. Все цепи содержат маленькую, но конечную индуктивность, поэтому ток не может мгновенно снизиться до нуля. Когда ток достигает нуля, дальнейшей ионизации дуги не происходит, и дуга охлаждается еще быстрее, так как в нее не поступает энергия. Если он на мгновение охладится до такого состояния, что перестанет быть проводящей средой, то процесс прерывания завершится и цепь разомкнется. Важно помнить, что именно дуга сводит ток к нулю. Размыкание выключателя образует дугу, но именно дуга позволяет разорвать цепь.

Выключатель или устройство прерывания цепи, предназначенное для размыкания цепей переменного тока (AC), имеет несколько более легкую работу, чем его аналог постоянного тока. В цепях переменного тока нет необходимости форсировать состояние нулевого тока. Поскольку ток уже колеблется около нуля, в каждом цикле переменного тока дважды возникает естественный нулевой ток. Любая дуга, которая образуется в коммутационном устройстве переменного тока, не должна растягиваться и охлаждаться до такой степени, что напряжение дуги превышает величину напряжения источника цепи. Однако это можно сделать, если кто-то хочет ограничить величину перегрузки по току, снизив ее до неестественного нулевого тока.

Переменные токи могут быть отключены при естественном нулевом токе, который в первую очередь определяется только цепью и практически не зависит от наличия прерывающего устройства. В качестве альтернативы, переменные токи могут прерываться при принудительном нулевом токе, который накладывается действием прерывающего устройства. Рисунок 1.3 иллюстрирует эти концепции естественного и вынужденного нулевого тока в цепи переменного тока.

Все механические выключатели и механические устройства отключения цепи зависят от быстрого охлаждения среды дуги для размыкания электрической цепи. Твердотельные переключатели не нуждаются в дуге для разрыва цепи, поскольку они питают свою собственную проводящую среду, сам полупроводниковый материал. Полупроводник может проводить ток только до тех пор, пока подвижные носители (электроны и дырки) поступают из областей питания или инжекции внутри устройства. Если инжекцию подвижных носителей в полупроводниковый переключатель отключить, то полупроводниковый материал вернется в изолирующее состояние и заблокирует протекание тока, то есть полупроводниковый переключатель выключится.

Допустимая плотность тока в полупроводниковом выключателе намного ниже той, которая может безопасно протекать в металлическом контакте/дуговом выключателе. Таким образом, размер поперечного сечения полупроводникового переключателя для устройств одинакового номинала всегда будет больше, чем у механического переключателя. Даже с учетом этого недостатка легкость управления полупроводниковым переключателем и надежность устройства без механически движущихся частей предвещают светлое будущее твердотельным силовым переключателям и автоматическим выключателям.

Автоматические выключатели Определение | Феномен Дуги | Принципы

Автоматический выключатель может замыкать или размыкать цепь либо вручную, либо автоматически при любых условиях, а именно: без нагрузки, при полной нагрузке и при коротком замыкании. Эта характеристика определения автоматических выключателей сделала его очень полезным оборудованием для коммутации и защиты различных частей энергосистемы.

A Автоматические выключатели Определение – это оборудование, которое может

• замыкать или размыкать цепь либо вручную, либо с помощью дистанционного управления в нормальных условиях
• автоматическое размыкание цепи при неисправности
• замыкание цепи вручную или с помощью дистанционного управления при соблюдении определенных условий

Таким образом, автоматический выключатель включает в себя ручное (или дистанционное) управление, а также автоматическое управление функциями переключения. Последнее управление использует реле и срабатывает только в условиях неисправности.

A Автоматические выключатели Определение в основном состоит из фиксированных и подвижных контактов, называемых электродами. В нормальных условиях эксплуатации эти контакты остаются замкнутыми и не размыкаются автоматически до тех пор, пока система не выйдет из строя. Конечно, при желании контакты можно разомкнуть вручную или с помощью пульта дистанционного управления. Когда в какой-либо части системы возникает неисправность, отключающие катушки автоматического выключателя получают питание, а подвижные контакты разъединяются каким-либо механизмом, тем самым размыкая цепь.

Когда контакты автоматического выключателя размыкаются в условиях неисправности, между ними возникает дуга. Таким образом, ток может продолжаться до тех пор, пока не прекратится разряд. Возникновение дуги не только задерживает процесс отключения тока, но и создает огромное количество тепла, которое может привести к повреждению системы или самого автоматического выключателя. Таким образом, основная проблема в определении автоматических выключателей заключается в том, чтобы погасить дугу в кратчайшие сроки, чтобы выделяемое ею тепло не достигло опасного значения.

Когда происходит короткое замыкание, через контакты автоматического выключателя протекает сильный ток, прежде чем они размыкаются системой защиты. В момент, когда контакты начинают разъединяться, площадь контакта быстро уменьшается, а большой ток короткого замыкания вызывает увеличение плотности тока и, следовательно, повышение температуры. Теплоты, выделяемой в среде между контактами (обычно это масло или воздух), достаточно для ионизации воздуха или испарения и ионизации масла. Ионизированный воздух или пар действует как проводник, и между контактами возникает дуга. р.д. между контактами довольно мала и как раз достаточна для поддержания дуги. Дуга обеспечивает путь с низким сопротивлением, и, следовательно, ток в цепи остается непрерывным, пока существует дуга.

Во время дуги ток, протекающий между контактами, зависит от сопротивления дуги. Чем больше сопротивление дуги, тем меньше ток, протекающий между контактами. Дуговое сопротивление зависит от следующих факторов:

Степень ионизации – дуговое сопротивление увеличивается с уменьшением количества ионизированных частиц между контактами.

Длина дуги – сопротивление дуги увеличивается с увеличением длины дуги, т.е. разъединением контактов.

Поперечное сечение дуги – сопротивление дуги увеличивается с уменьшением площади поперечного сечения дуги.

Прежде чем обсуждать методы гашения дуги, необходимо изучить факторы, ответственные за поддержание дуги между контактами. Это:

• п.д. между контактами
• ионизированные частицы между контактами

По очереди,

• Когда контакты имеют небольшой зазор, p. d. между ними достаточно для поддержания дуги. Одним из способов гашения дуги является разведение контактов на такое расстояние, чтобы п.д. становится недостаточным для поддержания дуги. Однако этот метод неприменим в системе высокого напряжения, где может потребоваться разделение многих счетчиков.
• Ионизированные частицы между контактами поддерживают дугу. Если путь дуги деионизирован, гашение дуги будет облегчено. Это может быть достигнуто охлаждением дуги или удалением ионизированных частиц из пространства между контактами.

Существует два метода гашения дуги в определении автоматических выключателей, а именно

1. Метод высокого сопротивления.
2. Метод низкого сопротивления или нулевого тока

1. Метод высокого сопротивления: В этом методе сопротивление дуги увеличивается со временем, так что ток снижается до значения, недостаточного для поддержания дуги. Следовательно, ток прерывается или дуга гаснет. Основным недостатком этого метода является то, что в дуге рассеивается огромная энергия. Поэтому он используется только на постоянном токе. автоматические выключатели и устройства переменного тока малой мощности. Определение автоматических выключателей.

Сопротивление дуги можно увеличить:

• Удлинение дуги: Сопротивление дуги прямо пропорционально ее длине. Длину дуги можно увеличить за счет увеличения зазора между контактами.
• Охлаждение дуги: Охлаждение способствует деионизации среды между контактами. Это увеличивает сопротивление дуги. Эффективное охлаждение может быть обеспечено газовым дутьем, направленным вдоль дуги.
• Переход X-образной дуги: Если площадь поперечного сечения дуги уменьшается, напряжение, необходимое для поддержания дуги, увеличивается. Другими словами, сопротивление пути дуги равно Поперечное сечение дуги можно уменьшить, если позволить дуге проходить через узкое отверстие или уменьшить площадь контактов.
• Разделение дуги: Сопротивление дуги можно увеличить, разделив дугу на несколько последовательных дуг меньшего размера. Каждая из этих дуг испытывает эффект удлинения и охлаждения. Дугу можно разделить, вставив несколько проводящих пластин между

2. Метод низкого сопротивления или нулевого тока: Этот метод используется для гашения дуги в сетях переменного тока. только схемы. В этом методе сопротивление дуги поддерживается низким до тех пор, пока ток не станет равным нулю, когда дуга гаснет естественным образом и предотвращается повторное зажигание, несмотря на повышение напряжения на контактах. Все современные высокомощные преобразователи переменного тока. автоматические выключатели используют этот метод для гашения дуги.

В сети переменного тока В системе ток падает до нуля после каждого полупериода. При каждом нуле тока дуга гаснет на короткое время. Теперь среда между контактами содержит ионы и электроны, так что она имеет небольшую диэлектрическую прочность и может быть легко разрушена возрастающим контактным напряжением, известным как напряжение повторного зажигания . Если такой пробой все-таки произойдет, дуга будет сохраняться еще в течение полупериода. Если сразу после нулевого тока диэлектрическая прочность среды между контактами нарастает быстрее, чем напряжение на контактах, дуга не может повторно зажечься, и ток будет прерван. Быстрое увеличение диэлектрической прочности среды вблизи нулевого тока может быть достигнуто путем:

• рекомбинации ионизированных частиц в пространстве между контактами в нейтральные молекулы.
• удаление ионизированных частиц и замена их неионизированными частицами

Таким образом, реальная проблема в а.с. прерывание дуги заключается в быстрой деионизации среды между контактами, как только ток становится равным нулю, чтобы возрастающее контактное напряжение или напряжение повторного зажигания не могли пробить пространство между контактами. Деионизация среды может быть достигнута следующим образом:

• Увеличение зазора: Диэлектрическая прочность среды пропорциональна длине зазора между контактами. Следовательно, за счет быстрого размыкания контактов можно достичь более высокой диэлектрической прочности среды.
• высокое давление: Если давление вблизи дуги увеличивается, плотность частиц, составляющих разряд, также увеличивается. Повышенная плотность частиц вызывает более высокую скорость деионизации и, следовательно, увеличивается диэлектрическая прочность среды между контактами.
• охлаждение: Естественная комбинация ионизированных частиц происходит быстрее, если им дать остыть. Следовательно, диэлектрическая прочность среды между контактами может быть повышена за счет охлаждения дуги.
• эффект взрыва: Если ионизированные частицы между контактами сметены и заменены неионизированными частицами, диэлектрическая прочность среды может быть значительно увеличена. Это может быть достигнуто газовым дутьем, направленным вдоль разряда, или нагнетанием масла в контактное пространство.

Следующие важные термины часто используются при анализе автоматических выключателей:

1. Напряжение дуги: Это напряжение, которое появляется на контактах автоматического выключателя во время дугового разряда.

Как только размыкаются контакты автоматического выключателя, возникает дуга. Напряжение, возникающее на контактах во время дугового разряда, называется напряжением дуги. Его значение низкое, за исключением периода, когда ток короткого замыкания равен нулю или близок к нему. При нулевом токе напряжение дуги быстро возрастает до пикового значения, и это пиковое напряжение имеет тенденцию поддерживать протекание тока в форме дуги.

2. Напряжение повторного пробоя: Это переходное напряжение, которое появляется на контактах при нулевом или близком к нулю токе во время дугового разряда.

При нулевом токе на контактах появляется высокочастотное переходное напряжение, вызванное быстрым распределением энергии между магнитными и электрическими полями, связанными с установкой и линиями передачи системы. Это переходное напряжение известно как напряжение повторного включения (рис. 19.1). Прерывание тока в цепи зависит от этого напряжения. Если напряжение повторного зажигания растет быстрее, чем диэлектрическая прочность среды между контактами, дуга будет сохраняться в течение еще одного полупериода. С другой стороны, если диэлектрическая прочность среды нарастает быстрее, чем напряжение повторного зажигания, дуга не может повторно загореться, и ток будет прерван.

3.Восстановление напряжения: Это нормальная частота (50 Гц) среднеквадратичное значение. напряжение, которое появляется на контактах выключателя после окончательного гашения дуги. Оно примерно равно напряжению системы.

При разомкнутых контактах автоматического выключателя ток падает до нуля после каждого полупериода. При некотором нулевом токе контакты достаточно раздвинуты и диэлектрическая прочность среды между контактами достигает высокого значения за счет удаления ионизированных частиц.