Искрение и электрические дуги

Искрение и электрические дуги

Искрение и электрические дуги

Искрение и электрическая дуга

Всякая электриче­ская искра или дуга есть результат прохождения тока через воздух. Искрение наблюдается при размыкании электрических цепей под нагрузкой, при пробое изоля­ции между проводниками, при работе электрических ма­шин — между щетками и коллектором (контактными кольцами), а также во всех случаях при наличии плохих контактов в местах соединения и оконцевания проводов и кабелей. Под действием электрического поля воздух между контактами ионизируется и, при достаточной ве­личине напряжения, происходит разряд, сопровождаю­щийся свечением воздуха и треском (тлеющий разряд). С увеличением напряжения тлеющий разряд переходит в искровой, а при достаточной мощности искровой раз­ряд может быть в виде электрической д у ги.

Искры и электрическая дуга, при наличии в помеще­ниях легкогорючих веществ и взрывчатой системы, могут быть причиной пожара, взрыва. Для уменьшения пожарной опасности от электрических искр и дут необходимо: искрящие по условиям работы части выключателей, пе­реключателей, рубильников, магнитных пускателей, кон­такторов и т. п. закрывать крышками, кожухами, колпа­ками; выносить из взрывоопасных помещений искрящие аппараты в безопасное место или применять такие их исполнения (например, маслонаполненное), которые обеспечивают безопасность взрыва; правильно произво­дить соединение и оконцевание проводников; следить за состоянием щеток, колец, коллекторов электрических ма­шин, контактов выключателей, рубильников, магнитных пускателей.

Большие переходные сопротивления

Переход­ным сопротивлением называется сопротивление, возникающее в местах перехода тока с одного провода на другой или с провода на какой-либо электрический аппарат, при наличии плохого контакта, например, в местах соединений и оконцеваний проводов, в контактах машин и аппаратов. При прохождении тока нагрузки в таких местах за единицу времени выделяется некоторое количество тепла, величина которого пропорциональна квадрату тока и сопротивлению места переходного кон­такта, которое может нагреваться до весьма высокой температуры. Если нагретые контакты соприкасаются с горючими материалами, то возможно их зажигание, а при наличии взрывчатой системы возможен взрыв. В этом и состоит пожарная опасность переходных сопро­тивлений, которая усугубляется тем, что места с наличи­ем переходного сопротивления трудно обнаружить, а за­щитные аппараты сетей и установок, даже правильно выбранные, не могут предупредить возникновение пожа­ров, так как ток в цепи не возрастает, а нагрев участка с переходным сопротивлением происходит только вслед­ствие увеличения сопротивления. Величина переходного сопротивления контактов зависит от материала, из кото­рого они изготовлены, геометрической формы и разме­ров, степени обработки поверхностей контактов, силы нажатия контактов и степени окисления. Особенно ин­тенсивное окисление происходит во влажной среде и с химически активными веществами, а также при нагреве контактов выше 70—75 °С.

Профилактика переходных сопротивлений. Для пре­дупреждения возникновения пожаров от больших переходных сопротивлений необходимо тщательное соедине­ние проводов и кабелей (скруткой, пайкой, сваркой, опрессованием). На съемных концах для удобства и на­дежности контактов следует применять специальные наконечники и зажимы, что особенно важно для алюми­ниевых проводов и кабелей; для отвода тепла и рассеи­вания его в окружающую среду необходимо изготовлять контакты определенной массы и поверхности охлажде­ния; для уменьшения влияния окисления на переходное сопротивление размыкающихся контактов последние из­готовляют таким образом, чтобы размыкание и замыка­ние их сопровождалось трением одного контакта по-дру­гому. В этом случае происходит их самоочистка от плен­ки окиси. Контакты из меди, латуни, бронзы часто защищают от окисления покрытием тонким слоем олова, серебра. В процессе эксплуатации необходимо следить за тем, чтобы контакты машин, аппаратов и т. п. плотно и с достаточной силой прилегали друг к другу. Большие переходные сопротивления полезно используются при производстве контактной электросварки металлов.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Электрический ток

Электрический ток является одним из распространенных источников зажигания в со­временных зданиях. Мы не случайно поставили его на второе место после открытого огня, так как более 20% пожаров происходит вследствие аварийной работы электрических сетей и приборов.

Необходимо отметить, что данный вид источников зажигания менее опасен, чем откры­тый огонь и, при правильной эксплуатации электросети, наличии надежных защитных уст­ройств, вероятность пожара сводится к нулю.

Что необходимо знать о пожарной опасности электроустановок, т.е. жилого (хозяйствен­ного и т.п.) помещения вместе со всеми электрическими сетями, коммуникациями и прибора­ми? Прежде всего, что источником зажигания является тепло, выделяемое электрическими сетями и приборами в аварийных режимах работы. Короткое замыкание, перегрузка, переход­ные сопротивления — характерные проявления аварийных режимов.

В ППБ 01 записано, что монтаж и эксплуатация электросетей и оборудования должны производиться в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок и Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей. А эти документы, в свою оче­редь, требуют, чтобы все электротехнические работы проводились специально обученным квалифицированным персоналом.

Все электротехнические работы в квартирах граждан про­водятся по их заявкам через диспетчерскую службу ремонтно-эксплуатационного предпри­ятия, обслуживающего дом. Диспетчер ОДС, приняв заявку на устранение неисправности, обязан сообщить номер заявки в соответствии с записью в специальном журнале. Квартиро­съемщик же, до устранения неисправности в электросети, обязан обесточить аварийный уча­сток.

Жилищно-эксплуатационные организации в своей работе руководствуются “Правилами и нормами технической эксплуатации жилищного фонда”. Этот документ разграничивает от­ветственность за правильную эксплуатацию внутридомовых электросетей: жилищно-экс­плуатационная организация — до входных зажимов квартирных счетчиков электрической энергии; в квартирах ответственность возлагается на квартиросъемщиков. Поэтому сформу­лируем общие принципы обеспечения пожарной безопасности электроустановок.

Осмотр электроустановок начнем с ввода электросети в квартиру. На вводе устанавли­вается электрический счетчик с предохранителями. Предохранители рассчитаны на пропус­кание определенного количества электроэнергии, соответствующего толщине сечения элек­трических проводов внутриквартирной сети. Оптимальными для осветительной сети квартир в 220 В являются пробковые или автоматические предохранители на 6 ампер для жилых ком­нат и 10-16 ампер — для кухни и санузла. Более мощные предохранители в 25 ампер уста­навливаются в электрических сетях с напряжением в 220-380 В (например, для электроплит).

В последнее время для обеспечения безопасности электросети устанавливаются уст­ройства электрозащитного и противопожарного отключения. Принцип их действия основан на отключении электросети в случае ее ава­рийного режима работы, в том числе при появления тока утечки от 10 до 100 миллиампер (токи утечки в 300 мА и более могут вызвать возгорание изоляции проводников). При этом время отключения составляет всего лишь 0,03 секунды. Токи утечки появляются в случаях, когда происходит контакт человека с открытыми токопроводящими частями электрооборудо­вания, а также при потере изоляцией электропроводки диэлектрических свойств и замыкании их между собой или на землю (протекающий через тело человека ток до 30 мА не вызывает смертельного исхода).

Теперь пойдем дальше. К каждой линии электросети должно подключаться столько электроприборов, чтобы их общая мощность не превышала расчетной мощности сети. Для сети освещения в 220 В с предохранителями в 6 А мощность составляет 1,3 кВт (произведе­ние напряжения и силы тока), с предохранителями в 10 А — 2,2 кВт. Зная паспортные зна­чения мощности электроприборов, нетрудно подсчитать общее их количество, допустимое к подключению в электросеть.

Если электросеть защищена автоматическими предохранителя­ми, то всякое превышение установленной для сети мощности будет сопровождаться автома­тическим отключением электроэнергии. Но если у Вас пробковые предохранители с “жучка­ми”, то в этом случае общая мощность электросети увеличивается на толщину “жучка”, что ведет к перегрузке электросети.

Перегрузкой называется такое явление, когда по электрическим проводам и электриче­ским приборам идет ток больше допустимого. Опасность перегрузки объясняется тепловым действием тока. При двукратной и большей перегрузке сгораемая изоляция проводников вос­пламеняется. При небольших перегрузках происходит быстрое старение изоляции и срок ее диэлектрических свойств сокращается.

Основными причинами перегрузки являются:

  • несоответствие сечения проводников рабочему току (например, когда электропроводка к звонку выполняется телефонным проводом);
  • параллельное включение в сеть не предусмотренных расчетом токоприемников без уве­личения сечения проводников (например, подключение удлинителя с 3-4 розетками в одну рабочую);
  • попадание на проводники токов утечки, молнии;
  • повышение температуры окружающей среды.

Кроме того, при перегрузке электросети приборы и аппараты, подключенные к ней, по­стоянно испытывают нехватку тока, что может привести к их аварийному выходу из строя. В связи с этим обратите внимание на паспортные данные электроприборов и наличие в них стабилизаторов напряжения.

Коротким замыканием (КЗ) называется всякое замыкание между проводами, или между проводом и землей (под “землей” здесь понимается любое токопроводящее изделие, отличное от провода, в т. ч. и тело человека). Причиной возникновения КЗ является нарушение изоля­ции в электрических проводах и кабелях, машинах и аппаратах, которое вызывается: перена­пряжениями; старением изоляции; механическими повреждениями изоляции; прямыми уда­рами молнии. При возникновении КЗ в цепи ее общее сопротивление уменьшается, что при­водит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима.

Опас­ность КЗ заключается в увеличении в сотни тысяч ампер силы тока, что приводит к выделе­нию в самый незначительный промежуток времени большого количества тепла в проводни­ках, а это вызывает резкое повышение температуры и воспламенение изоляции, расплавление материала проводника с выбросом искр, способных вызвать пожар горючих материалов (тем­пература плавления алюминия составляет 660 о С, меди — 1085 о С, а температура их кипения достигает 2500 о С). Установлено, что воспламенение изоляции проводов и кабелей может на­ступить при кратности тока КЗ (т. е. превышении значения длительно допустимого тока) бо­лее 2,5, но менее 21 в зависимости от материала изоляции. Кроме того, внезапное снижение напряжения при КЗ негативно сказывается на работе электрооборудования и может привести к пожару за много метров от места КЗ.

Переходным сопротивлением (ПС) называется сопротивление, возникающее в местах перехода тока с одного провода на другой или с провода на какой-либо электроаппарат при наличии плохого контакта в местах соединений и оконцеваний (при скрутке, например). При прохождении тока в таких местах выделяется большое количество теплоты. Если нагретые контакты соприкасаются с горючими материалами, то возможно их воспламенение, а при на­личии взрывоопасных смесей — взрыв. В этом и заключается опасность ПС, которая усугуб­ляется тем, что места с наличием переходных сопротивлений трудно обнаружить, а защитные аппараты сетей и установок, даже правильно выбранные, не могут предупредить возникнове­ние пожара, так как электрический ток в цепи не возрастает, а нагрев участка с ПС происхо­дит только вследствие увеличения сопротивления.

Искрение и электродуга есть результат прохождения тока через воздух. Искрение на­блюдается при размыкании электрических цепей под нагрузкой (например, когда вынимается электровилка из электророзетки), при пробое изоляции между проводниками, а также во всех случаях при наличии плохих контактов в местах соединения и оконцевания проводов и кабе­лей.

Под действием электрического поля воздух между контактами ионизируется и, при дос­таточной величине напряжения, происходит разряд, сопровождающийся свечением воздуха и треском (тлеющий разряд). С увеличением напряжения тлеющий разряд переходит в искро­вой, а при достаточной мощности искровой разряд может быть в виде электрической дуги. Искры и электродуги при наличии в помещении горючих веществ или взрывоопасных смесей могут быть причиной пожара и взрыва.

Сформулируем общие принципы пожарной безопасности от искр, дуг, перегрузок, ко­ротких замыканий и переходных сопротивлений. Эти явления невозможны, если:

  • правильно производить соединение и оконцевание проводников;
  • тщательно соединять провода и кабели (пайкой, сваркой, опрессовкой, специальными сжимами);
  • правильно выбирать сечение проводников по нагреву электрическим током; ограничить параллельное включение токоприемников в сеть; создавать условия для охлаждения проводов электроприборов и аппаратов; применять только калиброванные плавкие предохранители или автоматические выклю­чатели;
  • проводить планово-предупредительные осмотры и измерения сопротивления изоляции проводов и кабелей, устанавливать быстродействующие аппараты защиты;
  • защищать от окисления разъединяемые контакты.

ПОЖАРООПАСНОСТЬ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК И АППАРАТЫ ИХ ЗАЩИТЫ.

Анализ противопожарного состо­яния промышленных предприятий, объектов сельского хозяйства, зданий общественного назначения и жилых домов показывает, что их безопасная эксплуатация во многом зависит от технического состояния электрообору­дования, электроустановок и электроприборов.

Опасность возникновения пожаров при эксплуата­ции электроустановок появляется при наличии сгораемой изоляции электрических сетей, машин и аппаратов, кислорода воздуха (или другого окислителя) и источ­ника зажигания. Большинство изоляционных материа­лов относится к горючим (ткани—хлопчатобумажная и шелковая, резина, лакоткани, бумага, картон, поли­стирол, полиэтилен, полихлорвинил, трансформаторное масло и др.). Кислород воздуха в смеси с горючими га­зами или парами ЛВЖ при открытом монтаже электро­установок всегда может создать горючую или взрыво­опасную смесь. Причинами пожаров могут быть: корот­кие замыкания (к. з.) в электропроводках, машинах и аппаратах; перегрузки проводников; искры и электри­ческие дуги; большие переходные сопротивления; вих­ревые токи и др.

Чаще всего причинами по­жаров в электроустановках являются токи короткого замыкания и нарушения противопожарного режима.

Короткие замыкания. Коротким замыканием (к.з.) называется всякое не предусмотренное нор­мальными условиями работы замыкание через малое сопротивление между фазами, а в системах с заземлен­ной нейтралью — также замыкание одной или несколь­ких фаз на землю (или на нулевой провод). При возникновении к. з. в электрической сети ее общее сопро­тивление резко уменьшается, (степень уменьшения зави­сит от расположения точки к.з. в сети), что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима. В свою очередь это вызывает сни­жение напряжения в сети, которое особенно велико вбли­зи места к.з.

Основной причиной возникновения коротких замыка­ний является нарушение изоляции в электрических про­водах, кабелях, машинах и аппаратах, которое вызвано:

перенапряжениями, прямыми ударами молнии, старени­ем изоляции, недостаточно тщательным уходом за элек­трооборудованием и механическими повреждениями изоляции. В практике наблюдались случаи, когда к.з. возникали от перекрытия токоведущих частей животны­ми и птицами.

Опасность коротких замыканий. В современных элек­трических системах токи коротких замыканий могут до­стигать десятков тысяч ампер. Такие токи в самый не­значительный промежуток времени, выделяют большое количество тепла в проводниках, что вызывает резкое повышение температуры и воспламенение горючей изо­ляции, рас плавление металла проводников с последую­щим мощным выбросом в окружающую среду электри­ческих искр, способных вызвать воспламенение и взрыв легкогорючих материалов и взрывоопасных смесей. Кро­ме теплового действия, токи короткого замыкания вызы­вают между проводниками большие механические уси­лия. При недостаточной прочности проводников и их креплений они могут быть разрушены.

Профилактику коротких замыканий следует прово­дить в двух направлениях: во-первых, не допустить воз­никновения коротких замыканий, и во-вторых, ограни­чить время действия опасных токов, т. е. не допустить опасных последствий к.з. Мерами предупреждения ко­ротких замыканий являются правильный выбор, монтаж и эксплуатация электроустановок. Распределительные щитки, машины, аппараты, приборы, провода, кабели и прочее электрооборудование должны соответствовать ха­рактеру окружающей среды, величине и роду тока, на­пряжению. мощности нагрузки. При эксплуатации элек­троустановок необходимо регулярно проводить планово-предупредительные осмотры и измерения сопротивления изоляции.

Для ликвидации опасных последствий коротких за­мыканий устанавливают аппараты защиты, которые предназначены отключать поврежденный участок рань­ше, чем произойдет воспламенение изоляции, рас плавление токоведущих жил проводников и другие последст­вия к.з. Для этой цели используют быстродействующие автоматы (с временем отключения 0,008—0,005 с) и плавкие предохранители. Для уменьшения понижения напряжения при к.з. генераторы электростанций имеют автоматические регуляторы напряжения (АРН). С целью уменьшения токов к.з. на трансформаторных под­станциях устанавливают реакторы, которые представля­ют собой катушки, имеющие малое активное сопротив­ление и большую индуктивность.

Перегрузки. Перегрузкой называется такое явление, когда по проводам и кабелям электрических се­тей, обмоткам машин и аппаратов идет рабочий ток Iр больше длительно допустимого Iд т. е.,Iр>Iд. Величина рабочего тока Iр зависит от мощности и вида включен­ных токоприемников, напряжения в сети, ее определяют расчетом или по показаниям приборов.

Опасность перегрузки объясняется тепловым действи­ем тока, сущность и количественная сторона которого выражается законом Джоуля—Ленца. При прохожде­нии по проводникам тока больше допустимого их темпе­ратура может быть выше допустимой. При двух кратной и более перегрузке проводников со сгораемой изоляцией происходит ее воспламенение. При небольших перегруз­ках воспламенение изоляции не наблюдается, но проис­ходит быстрое ее старение. Срок службы изоляции про­водников резко сокращается. Так, например, перегрузка проводов с изоляцией класса А на 25 % сокращает срок службы их примерно до 3—5 месяцев (вместо 20 лет), а перегрузка на 50% приводит в негодность провода в течение нескольких часов. Таким образом, перегрузка про­водников опасна как большая, так и малая.

Профилактика перегрузок. Во избежание перегрузки необходимо: правильно выбирать сечение проводников по нагреву; ограничивать включение токоприемников в сеть, не рассчитанную на большую нагрузку; создавать необходимые условия для охлаждения проводов, элек­трических машин и аппаратов, не допуская перегрева их выше допустимых температур, определенных соответст­вующими ГОСТ и Правилами.

Искрение и электрическая дуга. Всякая электриче­ская искра или дуга есть результат прохождения тока через воздух. Искрение наблюдается при размыкании электрических цепей под нагрузкой, при пробое изоля­ции между проводниками, при работе электрических ма­шин—между щетками и коллектором (контактными кольцами), а также во всех случаях при наличии плохих контактов в местах соединения и оконцевания проводов и кабелей. Под действием электрического поля воздух между контактами ионизируется и, при достаточной ве­личине напряжения, происходит разряд, сопровождаю­щийся свечением воздуха и треском (тлеющий разряд). С увеличением напряжения тлеющий разряд переходит в искровой, а при достаточной мощности искровой раз­ряд может быть в виде электрической дуги.

Большие переходные сопротивления. Переход­ным сопротивлением называется сопротивление, возникающее в местах перехода тока с одного провода на другой или с провода на какой-либо электрический аппарат, при наличии плохого контакта, например, в местах соединений и оконцеваний проводов, в контактах машин и аппаратов.

Профилактика переходных сопротивлений. Для пре­дупреждения возникновения пожаров от больших переходных сопротивлений необходимо тщательное соедине­ние проводов и кабелей (скруткой, пайкой, сваркой, опрессованием).

Что такое электрическая дуга, как она возникает и где применяется?

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

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

Что такое электрическая дуга?

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

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

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

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

Рис. 3. Физика электрической дуги

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

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

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

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

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

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

Читайте также  Зубная щетка орал би электрическая для детей

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

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

Электрическая дуга отличается от обычного разряда большей длительностью горения.

Строение

Электрическая дуга состоит из трёх основных зон:

  • катодной;
  • анодной;
  • плазменного столба.

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

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

Рис. 4. Строение сварочной дуги

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

Свойства

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

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

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

Полезное применение

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

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

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

Рис. 5. Дуговая сварка

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

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

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

Рис. 6. Дуговой разряд на ЛЭП

Причины возникновения

Исходя из определения, можем назвать условия возникновения электрической дуги:

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

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

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

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

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

Способы гашения

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

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

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

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

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

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

Воздействие на человека и электрооборудование

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

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

Электрическая дуга: терминология и причины появления, чем грозит и какие последствия несет

Электрическая дуга это серьезная проблема, которая возникает при перегрузке кабелей между подстанциями или трансформаторами. Однако, несмотря на свое негативное влияние, ее можно использовать в технологических целях.

На данный момент узкопрофильные специалисты разработали эффективные методы устранения явления, и в тоже время способы его применения.

В этой статье мы подробнее разберем эту тему.

Появление «микро молнии» на наглядном примере и схема строения

Для наглядности и лучшего понимания мы приведем простой пример. Представьте, что мы находимся в условиях лаборатории и проводим физическое исследование.

Для этого мы располагаем металлические шурупы наконечниками напротив друг друга на небольшой дистанции.

С помощью жилы мы подключим шурупы к источнику электропитания. По ходу увеличения силы тока, мы сможем проследить за возникновением небольших искр между шурупами, которое напоминание «микромолнию».

Благодаря такому воображаемому эксперименту, можно представить себе появление электрической дуги. Научным языком «микромолния» называется плазмой.

Практически именно эта искра и является электрической дугой. Простыми словами это поток электричества через воздушную среду между заряженными электродами.

Рекомендуем ознакомиться с детальными изображениями приведенными выше. На них вы сможете увидеть строение.

Причины и условия появления

Как известно, если любое тело, проводящее электричество, например, гвоздь, шуруп и т.д., расположить в активном электрическом поле, то на его поверхности будут накапливаться заряженные частицы.

Более того, чем больше изгиб или искривление поверхности проводника, тем меньше их будет накапливаться. Если упростить терминологию – электрический заряд будет накапливаться на остром конце шурупа или гвоздя.

Пространство между, вышеприведенными в эксперименте, шурупами выступает в роли проводящего воздуха или газа.

Из-за влияния электрического поля происходит ионное заряжение, в результате которого появляются искры или «микромолния» или электрическая дуга.

Все эти термины подразумевают одно и тоже, потому рекомендуем использовать то, что для вас легче всего визуализировать и понять.

Напряжение тока во время которого появляется электрическая дуга, зависит от нескольких факторов внешней среды: давление, температура, влажность воздуха и т.д.

На заметку. Некоторые специалисты утверждают, что явление именно такой формы, поскольку в действительности траектория заряженных частиц искажается от воздействия внешней температуры, напоминая полукруг.

Чтобы зажечь электрическую дугу необходимо разорвать напряжение электроцепи. Для наглядности рекомендуем ознакомиться с иллюстрацией ниже.

Подробнее о зажигании и условиях горения.

  1. Между проводниками должно быть пространство.
  2. Чтобы разрушит напряжение электроцепи необходим ток с высоким показателем, в зависимости от дистанции между проводниками.
  3. Чтобы поддержать горение необходимо обеспечить постоянное питание 60 Вольт и ток 10 Ам.

Негативное влияние

Электрическая дуга нещадно влияет на все электрооборудование, в том числе на целые подстанции и коммутационные сети.

Для наглядности, представьте, что резко выдергиваете вилку электроустройства во время его работы из розетки. Не трудно догадаться, что произойдет, как минимум – искра, а хуже даже вспышка электросети.

Точно такой же процесс происходит и с коммутационным оборудованием, только в сотни раз масштабнее и опаснее.

Чаще всего электрические дуги образуются на:

  1. Автоматические коммутационные переключатели.
  2. Пусковые приборы магнитного действия.
  3. Соединители кабелей.

В некоторых устройствах рассчитанных на сети 220 В обязательно применяют камеры дугового гашения для защиты сети.

Рекомендуем ознакомиться с иллюстрацией выше.

Простыми словами камеры дугового гашения напоминает устройство с небольшим лабиринтом из разных перегородок из диэлектрического металла.

Принцип действия камеры заключается в том, что плазма попадает в область камеры и разрывается на маленькие фрагменты, в результате чего, она теряет температуру и дуга исчезает.

Кроме того, в высоковольтных сетях, трансформаторах и подстанциях активно используются переключатели вакуумного, газового и масляного действия.

В масляном варианте процесс гашения происходит в результате коммутации проводников в масле, в котором дуга распадается на газ и водород.

Также вокруг «микромолнии» образуется газовая оболочка, которая охлаждает искру и в итоге ее разрушает.

В переключателях с вакуумным способом действия, в принципе нивелируется возникновение электрической духи из-за отсутствия газовой среды.

Не менее популярны стали полугазовые переключатели, которые используют в современных высоковольтных сетях. Также можно погасить дугу, применив нулевое значение тока.

Как применить «микромолнию» с пользой

Ниже мы опишем, где можно использовать ее с пользой и приведем понятные схемы и иллюстрации.

  1. Устройства для освещения, например,ксенон-лампы для фар автомобиля. Примечательно, что если добавить соль на поверхность проводника, будет изменяться цвет.
  2. Сварка методом электрической стандартной дуги. Во время соприкосновения электрода с поверхностью проводника, проходит напряжение тока. В момент отрыва устройства от поверхности возникает явление. Благодаря ее возникновению можно без труда сплавить две отдельные поверхности, или наоборот их разрезать на необходимые части.
  3. Плавление методом электрической стандартной дуги. Поскольку можно контролировать и даже изменять силу горения, путем настройки внешних характеристик условий, можно установить максимальную температуру для плавления необходимых металлических поверхностей.

Уверены, что данное объяснение в это статья углубит ваши профессиональные познания.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector