Dlaczego łuk powstaje, gdy styki są zamknięte. Łuk elektryczny w wyłącznikach wysokiego napięcia

Kiedy obwód elektryczny jest otwarty, następuje wyładowanie elektryczne w postaci łuk elektryczny. Do pojawienia się łuku elektrycznego wystarczy, że napięcie na stykach wynosi powyżej 10 V przy prądzie w obwodzie rzędu 0,1 A lub większym. Przy znacznych napięciach i prądach temperatura wewnątrz łuku może osiągnąć 3-15 tys. ° C, w wyniku czego topią się styki i części przewodzące prąd.

Przy napięciach 110 kV i wyższych długość łuku może sięgać kilku metrów. Dlatego łuk elektryczny, zwłaszcza w obwodach elektroenergetycznych dużej mocy, przy napięciach powyżej 1 kV stanowi duże zagrożenie, chociaż poważne konsekwencje mogą mieć w instalacjach przy napięciach poniżej 1 kV. W rezultacie łuk elektryczny musi być maksymalnie ograniczany i szybko wygaszony w obwodach dla napięć zarówno powyżej, jak i poniżej 1 kV.

Proces powstawania łuku elektrycznego można uprościć w następujący sposób. Kiedy styki się rozchodzą, najpierw zmniejsza się docisk styku i odpowiednio zwiększa się powierzchnia styku (gęstość prądu i temperatura - zaczynają się miejscowe (w niektórych częściach powierzchni styku) przegrzewanie, które pod wpływem wysokiej temperatura wzrasta prędkość elektronów i uciekają one z powierzchni elektrody.

W momencie rozbieżności styków, czyli przerwania obwodu, napięcie na przerwie stykowej jest szybko przywracane. Ponieważ odległość między stykami jest w tym przypadku niewielka, powstaje duże napięcie, pod wpływem którego elektrony uciekają z powierzchni elektrody. Przyspieszają w polu elektrycznym i trafiając w neutralny atom, oddają mu swoją energię kinetyczną. Jeśli ta energia jest wystarczająca do oderwania przynajmniej jednego elektronu od powłoki neutralnego atomu, następuje proces jonizacji.

Powstające swobodne elektrony i jony tworzą plazmę wału łuku, czyli zjonizowanego kanału, w którym pali się łuk i zapewniony jest ciągły ruch cząstek. W tym przypadku ujemnie naładowane cząstki, głównie elektrony, poruszają się w jednym kierunku (w kierunku anody), a pozbawione jednego lub więcej elektronów atomy i cząsteczki gazu - dodatnio naładowane cząstki - w przeciwnym kierunku (w kierunku katody). Przewodność plazmy jest zbliżona do przewodności metali.

W wale łuku płynie duży prąd i wytwarzana jest wysoka temperatura. Taka temperatura trzonu łuku prowadzi do jonizacji termicznej - procesu powstawania jonów w wyniku zderzenia cząsteczek i atomów, które posiadają dużą energię kinetyczną przy dużych prędkościach ich ruchu (cząsteczki i atomy ośrodka, w którym pali się łuk, rozpadają się na elektrony i jony naładowane dodatnio). Intensywna jonizacja termiczna utrzymuje wysoką przewodność plazmy. Dlatego spadek napięcia na długości łuku jest niewielki.

W łuku elektrycznym zachodzą w sposób ciągły dwa procesy: oprócz jonizacji zachodzi również dejonizacja atomów i cząsteczek. Ta ostatnia zachodzi głównie przez dyfuzję, czyli przenoszenie naładowanych cząstek do środowiska oraz rekombinację elektronów i dodatnio naładowanych jonów, które są rekombinowane w cząstki obojętne z powrotem energii zużytej na ich rozpad. W takim przypadku ciepło jest odprowadzane do otoczenia.

Można więc wyróżnić trzy etapy rozważanego procesu: zajarzenie łuku, w którym na skutek jonizacji uderzeniowej i emisji elektronów z katody rozpoczyna się wyładowanie łuku, a intensywność jonizacji jest większa niż dejonizacji, stabilne spalanie łuku wspomagane jonizacją termiczną w wale łuku, gdy intensywność jonizacji i dejonizacji jest taka sama, wygaszenie łuku, gdy intensywność dejonizacji jest większa niż jonizacji.

Metody gaszenia łuku w elektrycznych aparatach łączeniowych

Aby rozłączyć elementy obwodu elektrycznego i tym samym wykluczyć uszkodzenie urządzenia łączeniowego, konieczne jest nie tylko otwarcie jego styków, ale także wygaszenie łuku, który pojawia się między nimi. Procesy gaszenia łuku, a także spalania są inne dla prądu przemiennego i stałego. Wynika to z faktu, że w pierwszym przypadku prąd w łuku przechodzi przez zero co pół cyklu. W tych momentach uwalnianie energii w łuku zatrzymuje się i łuk za każdym razem samorzutnie gaśnie, a następnie ponownie się zapala.

W praktyce prąd w łuku zbliża się do zera nieco wcześniej niż przejście przez zero, ponieważ gdy prąd maleje, energia dostarczana do łuku maleje, temperatura łuku odpowiednio spada, a jonizacja termiczna ustaje. W tym przypadku proces dejonizacji przebiega intensywnie w przerwie łukowej. Jeśli w tej chwili otworzą się i szybko rozdzielą styki, to późniejsza awaria elektryczna może nie wystąpić, a obwód zostanie odłączony bez łuku. Jednak w praktyce jest to niezwykle trudne, dlatego podejmuje się specjalne środki przyspieszające wygaszenie łuku, które zapewniają chłodzenie przestrzeni łukowej i zmniejszenie liczby naładowanych cząstek.

W wyniku dejonizacji wytrzymałość dielektryczna szczeliny stopniowo wzrasta, a jednocześnie wzrasta na niej napięcie powrotne. Od stosunku tych wartości zależy, czy łuk zaświeci się przez kolejną połowę okresu, czy nie. Jeśli wytrzymałość dielektryczna szczeliny wzrasta szybciej i jest większa niż napięcie powrotne, łuk nie będzie się już zapalał, w przeciwnym razie łuk będzie stabilny. Pierwszy warunek definiuje problem gaszenia łuku.

W aparatach łączeniowych stosuje się różne metody gaszenia łuku.

Przedłużenie łuku

Gdy styki rozchodzą się w procesie wyłączania obwodu elektrycznego, powstały łuk jest rozciągany. W tym przypadku poprawiają się warunki chłodzenia łuku, ponieważ zwiększa się jego powierzchnia i do spalania potrzebne jest większe napięcie.

Dzielenie długiego łuku na serię krótkich łuków

Jeśli łuk powstały podczas otwierania styków zostanie podzielony na K krótkich łuków, na przykład poprzez zaciśnięcie go w metalową siatkę, wówczas zgaśnie. Łuk jest zwykle wciągany do metalowej siatki pod wpływem pola elektromagnetycznego indukowanego w płytach siatki przez prądy wirowe. Ten sposób gaszenia łuku jest szeroko stosowany w aparatach łączeniowych na napięcia poniżej 1 kV, w szczególności w automatycznych wyłącznikach powietrznych.

Chłodzenie łukowe w wąskich szczelinach

Ułatwione jest gaszenie łuku w małej objętości. Dlatego szeroko stosowane są komory łukowe ze szczelinami wzdłużnymi (oś takiej szczeliny pokrywa się w kierunku z osią wału łukowego). Taka szczelina powstaje zwykle w komorach wykonanych z materiałów izolacyjnych łukoodpornych. Ze względu na kontakt łuku z zimnymi powierzchniami następuje jego intensywne chłodzenie, dyfuzja naładowanych cząstek do otoczenia i odpowiednio szybka dejonizacja.

Oprócz szczelin ze ściankami płasko-równoległymi stosuje się również szczeliny z żebrami, występami i przedłużeniami (kieszeniem). Wszystko to prowadzi do deformacji wału łukowego i przyczynia się do zwiększenia obszaru jego kontaktu z zimnymi ściankami komory.

Ciągnięcie łuku w wąskie szczeliny zwykle następuje pod wpływem pola magnetycznego oddziałującego z łukiem, który można uznać za przewodnik przewodzący prąd.

Zewnętrzny ruch łuku zapewnia najczęściej cewka połączona szeregowo ze stykami, między którymi występuje łuk. Gaszenie łuku w wąskich szczelinach jest stosowane w urządzeniach na wszystkie napięcia.

Wysokociśnieniowe gaszenie łuku

W stałej temperaturze stopień jonizacji gazu maleje wraz ze wzrostem ciśnienia, natomiast wzrasta przewodność cieplna gazu. Niezmienne inne czynniki prowadzą do zwiększonego chłodzenia łuku. Wygaszenie łuku za pomocą wysokiego ciśnienia, wytworzonego przez sam łuk w szczelnie zamkniętych komorach, ma szerokie zastosowanie w bezpiecznikach i wielu innych urządzeniach.

Gaszenie łuku w oleju

W przypadku umieszczenia w oleju łuk powstający podczas ich otwierania prowadzi do intensywnego parowania oleju. W rezultacie wokół łuku tworzy się pęcherzyk gazu (powłoka), składający się głównie z wodoru (70...80%) oraz oparów oleju. Wydzielane gazy z dużą prędkością wnikają bezpośrednio w strefę trzonu łuku, powodują mieszanie się w bańce zimnego i gorącego gazu, zapewniają intensywne chłodzenie i odpowiednio dejonizację szczeliny łukowej. Ponadto zdolność gazów do dejonizacji zwiększa ciśnienie powstające podczas szybkiego rozkładu oleju wewnątrz bańki.

Intensywność procesu gaszenia łuku w oleju jest tym większa, im bliżej łuk styka się z olejem i im szybciej olej porusza się względem łuku. Biorąc to pod uwagę, luka łukowa jest ograniczona przez zamknięte urządzenie izolacyjne - zsyp łukowy. W tych komorach powstaje bliższy kontakt oleju z łukiem, a za pomocą płyt izolacyjnych i otworów wydechowych powstają kanały robocze, przez które przepływają olej i gazy, zapewniając intensywne nadmuch (nadmuch) łuku.

Komory łukowe zgodnie z zasadą działania dzieli się je na trzy główne grupy: z samonadmuchem, gdy pod wpływem energii uwalnianej w łuku powstaje wysokie ciśnienie i prędkość ruchu gazu w strefie łuku, z wymuszonym nadmuchem oleju za pomocą specjalnego pompowania mechanizmy hydrauliczne, z hartowaniem magnetycznym w oleju, gdy łuk pod działaniem pola magnetycznego przesuwa się w wąskie szczeliny.

Najbardziej wydajny i prosty zsypy łukowe z autoblast. W zależności od usytuowania kanałów i otworów wylotowych rozróżnia się komory, w których zapewnione jest intensywne przedmuchiwanie mieszaniny gazowo-parowej i oleju po łuku (dmuch wzdłużny) lub w poprzek łuku (dmuch poprzeczny). Rozważane metody gaszenia łuku są szeroko stosowane w wyłącznikach na napięcia powyżej 1 kV.

Inne sposoby gaszenia łuku w urządzeniach na napięcia powyżej 1 kV

Oprócz powyższych metod gaszenia łuku wykorzystują one również: sprężone powietrze, którego przepływ rozdmuchuje łuk wzdłuż lub w poprzek, zapewniając jego intensywne chłodzenie (zamiast powietrza stosuje się również inne gazy, często otrzymywane z gazu stałego- materiały generujące – włókno, tworzywa winylowe itp. – na skutek ich rozkładu przez sam płonący łuk), który ma wyższą wytrzymałość elektryczną niż powietrze i wodór, w wyniku czego łuk płonący w tym gazie jest szybko gaszony nawet przy ciśnienie atmosferyczne, silnie rozrzedzony gaz (próżnia), gdy styki są otwarte, w którym łuk nie zapala się ponownie (gaśnie) po pierwszym przejściu prądu przez zero.

) o dużym prądzie, niskim napięciu, wysokiej temperaturze. Zjawisko to ma charakter zarówno elektryczny, jak i termiczny.

Może wystąpić między dwoma kontaktami, gdy się otworzą.

Przejdźmy do schematu VAC:

Na tym wykresie mamy zależność prądu od napięcia, trochę poza skalą, ale jest wyraźniejsza. Są więc trzy obszary:

w pierwszym obszarze mamy duży spadek napięcia na katodzie i niskie prądy – to jest obszar wyładowania jarzeniowego
w drugim obszarze spadek napięcia gwałtownie spada, a prąd nadal rośnie - jest to obszar przejściowy między jarzeniem a wyładowaniem łukowym
trzeci obszar charakteryzuje wyładowanie łukowe - niski spadek napięcia i duża gęstość prądu, a co za tym idzie wysoka temperatura.

Mechanizm powstawania łuku może wyglądać następująco: styki otwierają się i między nimi następuje wyładowanie. W procesie otwierania powietrze między stykami ulega jonizacji, nabierając właściwości przewodnika, po czym powstaje łuk. Zajarzenie łuku to proces jonizacji szczeliny powietrznej, gaszenie łuku to zjawisko dejonizacji szczeliny powietrznej.

Zjawiska jonizacji i dejonizacji

Na początku wypalania łuku przeważają procesy jonizacji, gdy łuk jest stabilny, wówczas procesy jonizacji i dejonizacji zachodzą równie często, gdy tylko procesy dejonizacji zaczynają dominować nad procesami jonizacji, łuk gaśnie.

jonizacja:

emisja termionowa- elektrony odrywają się od gorącej powierzchni plamki katodowej;
emisja polowa- elektrony uciekają z powierzchni ze względu na duże natężenie pola elektrycznego.
wypychanie jonizacji- elektron wylatuje z wystarczającą prędkością i po drodze zderza się z obojętną cząstką, w wyniku czego powstaje elektron i jon.
jonizacja termiczna- główny rodzaj jonizacji, podtrzymuje łuk po jego zajarzeniu. Temperatura łuku może sięgać tysięcy kelwinów, aw takim środowisku wzrasta liczba cząstek i ich prędkość, co przyczynia się do aktywnych procesów jonizacji.

dejonizacja:

rekombinacja- powstawanie cząstek obojętnych z cząstek przeciwnie naładowanych podczas oddziaływania
dyfuzja- cząstki naładowane dodatnio są wysyłane „za burtę”, dzięki działaniu pola elektrycznego łuku od środka do granicy

Zdarzają się sytuacje, w których łuk nie zapala się, gdy styki się otwierają, wtedy mówią o przerwie bez iskier. Jest to możliwe przy niskich wartościach prądu i napięcia lub po odłączeniu w momencie, gdy wartość prądu przechodzi przez zero.

Właściwości łuku DC

Łuk może występować zarówno przy napięciu prądu stałego, jak i przy prądzie przemiennym. Zacznijmy od stałej:

Regiony anodowe i katodowe- rozmiar=10 -4 cm; całkowity spadek napięcia=15-30V; napięcie=10 5 -10 6 V/cm; w obszarze katodowym proces jonizacji uderzeniowej zachodzi pod wpływem wysokiego napięcia, elektrony i jony powstałe w wyniku jonizacji tworzą plazmę łukową, która ma wysoką przewodność, obszar ten odpowiada za inicjowanie łuku.

Łuk lufy- spadek napięcia jest proporcjonalny do długości łuku; gęstość prądu wynosi około 10 kA na cm2, dzięki czemu temperatura wynosi około 6000 K i więcej. W tym rejonie łuku zachodzą procesy termicznej jonizacji, rejon ten odpowiada za utrzymanie spalania.

Charakterystyki I-V wyładowania łukowego DC

Ta krzywa odpowiada krzywej 3 na najwyższej figurze. Jest:

Uz - napięcie zapłonu
Ug - napięcie hartowania

Jeśli prąd zostanie natychmiast zmniejszony z Io do 0, otrzymasz linię prostą, która leży poniżej. Krzywe te charakteryzują przerwę łukową jako przewodnik, pokazują, jakie napięcie należy przyłożyć, aby utworzyć łuk w szczelinie.

Aby zgasić łuk prądu stałego, konieczne jest, aby procesy dejonizacji przeważały nad procesami jonizacji.

Odporność na łuk:

można wyznaczyć z charakterystyki prądowo-napięciowej łuku
aktywny, niezależnie od rodzaju prądu
zmienny
spada wraz ze wzrostem prądu

Jeśli przerwiesz obwód amperomierza pod obciążeniem, możesz również zobaczyć łuk.

Właściwości łuku prądu przemiennego

Cechą łuku prądu przemiennego jest jego zachowanie w czasie. Jeśli spojrzysz na poniższy wykres, zobaczysz, że łuk przechodzi przez zero co pół cyklu.

Widać, że prąd opóźnia się o około 90 stopni. Najpierw pojawia się prąd, a napięcie gwałtownie wzrasta do wartości zapłonu (Uz). Ponadto prąd nadal rośnie, a spadek napięcia maleje. W punkcie maksymalnej wartości prądu amplitudy wartość napięcia łuku jest minimalna. Ponadto prąd dąży do zera, a spadek napięcia ponownie wzrasta do wartości tłumienia (Ug), co odpowiada momentowi, w którym prąd przechodzi przez zero. Potem wszystko się powtarza. Po lewej stronie charakterystyki czasowej znajduje się charakterystyka prądowo-napięciowa.

Cechą łuku zmiennego, poza jego zajarzeniem i wygaszeniem w ciągu pół cyklu, jest przechodzenie prądu przez zero. Nie występuje to w postaci sinusoidy, ale ostrzej. Powstaje przerwa bez prądu, podczas której zachodzą znane procesy dejonizacji. Oznacza to, że wzrasta rezystancja luki łukowej. A im bardziej wzrasta opór, tym trudniej będzie ponownie zapalić się łukowi.

Jeśli łuk może palić się wystarczająco długo, zniszczeniu ulegają nie tylko styki, ale także sam sprzęt elektryczny. Warunki gaszenia łuku ustalane są na etapie projektowania, stale wprowadzane są nowe metody zwalczania tego szkodliwego zjawiska w aparatach łączeniowych.

Samo zjawisko łuku elektrycznego nie jest przydatne dla urządzeń elektrycznych, gdyż prowadzi do pogorszenia właściwości użytkowych styków: przepalenia, korozji, uszkodzeń mechanicznych.

Ale nie wszystko jest takie smutne, ponieważ bystre umysły znalazły przydatne zastosowanie do wyładowań łukowych - zastosowanie w spawaniu łukowym, metalurgii, technologii oświetleniowej, prostownikach rtęciowych.

ostatnie artykuły

Najbardziej popularny

Łuk elektryczny (łuk elektryczny, wyładowanie łukowe) to zjawisko fizyczne, jeden z rodzajów wyładowania elektrycznego w gazie.
Po raz pierwszy został opisany w 1802 r. przez rosyjskiego naukowca W. Pietrowa w książce „Wiadomości o eksperymentach galwaniczno-woltaicznych za pomocą ogromnej baterii, czasami składającej się z 4200 kręgów miedzianych i cynkowych” (St. Petersburg, 1803). Łuk elektryczny jest szczególnym przypadkiem czwartej postaci stanu skupienia – plazmy – i składa się ze zjonizowanego, elektrycznie quasi-obojętnego gazu. Obecność wolnych ładunków elektrycznych zapewnia przewodnictwo łuku elektrycznego.
Łuk elektryczny między dwiema elektrodami w powietrzu pod ciśnieniem atmosferycznym powstaje w następujący sposób:
Gdy napięcie między dwiema elektrodami wzrasta do pewnego poziomu w powietrzu, następuje przebicie elektryczne między elektrodami. Napięcie przebicia elektrycznego zależy od odległości między elektrodami i innych czynników. Potencjał jonizacji pierwszego elektronu atomów metalu wynosi około 4,5 - 5 V, a napięcie łuku jest dwukrotnie wyższe (9 - 10 V). Wymagane jest wydatkowanie energii na wyjście elektronu z atomu metalu jednej elektrody i na jonizację atomu drugiej elektrody. Proces prowadzi do powstania plazmy między elektrodami i spalenia łuku (dla porównania: minimalne napięcie do powstania wyładowania iskrowego nieznacznie przekracza potencjał wyjściowy elektronów - do 6 V).
Aby zainicjować przebicie przy dostępnym napięciu, elektrody zbliżają się do siebie. Podczas awarii zwykle dochodzi do wyładowania iskrowego między elektrodami, zamykając impulsowo obwód elektryczny.
Elektrony w wyładowaniach iskrowych jonizują cząsteczki w szczelinie powietrznej między elektrodami. Przy wystarczającej mocy źródła napięcia w szczelinie powietrznej powstaje wystarczająca ilość plazmy dla znacznego spadku napięcia przebicia lub rezystancji szczeliny powietrznej. W tym przypadku wyładowania iskrowe zamieniają się w wyładowanie łukowe – przewód plazmowy między elektrodami, który jest tunelem plazmowym. Powstały łuk jest w rzeczywistości przewodnikiem i zamyka obwód elektryczny między elektrodami. W rezultacie średni prąd wzrasta jeszcze bardziej, podgrzewając łuk do 5000-50000 K. W tym przypadku uważa się, że zapłon łuku jest zakończony. Stabilne spalanie łuku po zapłonie zapewnia emisja termojonowa z katody nagrzanej prądem i bombardowaniem jonowym.
Oddziaływanie elektrod z plazmą łukową prowadzi do ich nagrzewania, częściowego topnienia, parowania, utleniania i innych rodzajów korozji.
Po zapłonie łuk może pozostać stabilny, gdy styki elektryczne są rozdzielone na pewną odległość.
Podczas pracy instalacji elektrycznych wysokiego napięcia, w których pojawienie się łuku elektrycznego jest nieuniknione, walka z nim prowadzona jest za pomocą cewek elektromagnetycznych połączonych z komorami łukowymi. Znane są między innymi zastosowanie wyłączników próżniowych, powietrznych, SF6 i olejowych, a także metody kierowania prądu do obciążenia pod napięciem, które samodzielnie przerywa obwód elektryczny.

Łuk elektryczny to rodzaj wyładowania charakteryzujący się dużą gęstością prądu, wysoką temperaturą, zwiększonym ciśnieniem gazu oraz niewielkim spadkiem napięcia w szczelinie łukowej. W tym przypadku następuje intensywne nagrzewanie się elektrod (styków), na których powstają tzw. plamki katodowe i anodowe. Żar katodowy skupia się w małej jasnej plamce, rozgrzana do czerwoności część przeciwnej elektrody tworzy plamkę anodową.

W łuku można zauważyć trzy obszary, które bardzo różnią się charakterem zachodzących w nich procesów. Bezpośrednio do ujemnej elektrody (katody) łuku przylega obszar spadku napięcia katody. Dalej jest lufa łuku plazmowego. Bezpośrednio do elektrody dodatniej (anody) znajduje się obszar spadku napięcia anodowego. Regiony te są schematycznie pokazane na ryc. jeden.

Ryż. 1. Struktura łuku elektrycznego

Wymiary spadków napięcia katody i anody na rysunku są mocno przesadzone. W rzeczywistości ich długość jest bardzo mała, np. długość spadku napięcia katody ma wartość rzędu drogi swobodnego ruchu elektronu (mniej niż 1 mikron). Długość obszaru spadku napięcia anodowego jest zwykle nieco większa od tej wartości.

W normalnych warunkach powietrze jest dobrym izolatorem. Tak więc napięcie wymagane do przebicia szczeliny powietrznej 1 cm wynosi 30 kV. Aby szczelina powietrzna stała się przewodnikiem, konieczne jest wytworzenie w niej pewnej koncentracji naładowanych cząstek (elektronów i jonów).

Jak powstaje łuk elektryczny

Łuk elektryczny, który jest strumieniem naładowanych cząstek, w początkowym momencie rozbieżności styku powstaje w wyniku obecności wolnych elektronów w gazie szczeliny łukowej oraz elektronów emitowanych z powierzchni katody. Swobodne elektrony znajdujące się w szczelinie między stykami poruszają się z dużą prędkością w kierunku od katody do anody pod działaniem sił pola elektrycznego.

Natężenie pola na początku rozbieżności styków może sięgać kilku tysięcy kilowoltów na centymetr. Pod działaniem sił tego pola elektrony uciekają z powierzchni katody i przemieszczają się do anody, wybijając z niej elektrony, które tworzą chmurę elektronową. Powstały w ten sposób początkowy przepływ elektronów powoduje następnie intensywną jonizację przerwy łukowej.

Wraz z procesami jonizacji procesy dejonizacji przebiegają równolegle i w sposób ciągły w łuku. Procesy dejonizacji polegają na tym, że gdy dwa jony o różnych znakach lub jon dodatni i elektron zbliżą się do siebie, są przyciągane i zderzając się są neutralizowane, ponadto naładowane cząstki przemieszczają się z palącego się obszaru dusz z siłą wyższe stężenie ładunku do otoczenia przy niższym stężeniu ładunku. Wszystkie te czynniki prowadzą do obniżenia temperatury łuku, jego schłodzenia i wygaśnięcia.

Ryż. 2. Łuk elektryczny

Łuk po zapłonie

W ustalonym stanie spalania procesy jonizacji i dejonizacji są w nim w równowadze. Wałek łukowy z jednakową liczbą wolnych ładunków dodatnich i ujemnych charakteryzuje się wysokim stopniem jonizacji gazu.

Substancja, której stopień jonizacji jest bliski jedności, tj. w którym nie ma neutralnych atomów i cząsteczek nazywa się plazmą.

Łuk elektryczny charakteryzuje się następującymi cechami:

1. Wyraźnie określona granica między wałem łuku a otoczeniem.

2. Wysoka temperatura wewnątrz lufy łukowej sięgająca 6000 - 25000K.

3. Wysoka gęstość prądu i wał łukowy (100 - 1000 A/mm2).

4. Małe wartości napięć anodowych i katodowych spadają i praktycznie nie zależą od prądu (10 - 20 V).

Charakterystyka woltamperowa łuku elektrycznego

Główną cechą łuku prądu stałego jest zależność napięcia łuku od prądu, co nazywa się charakterystyka prądowo-napięciowa (VAC).

Łuk powstaje między stykami przy określonym napięciu (rys. 3), zwanym napięciem zapłonu Uz, i zależy od odległości między stykami, temperatury i ciśnienia medium oraz szybkości rozbieżności styków. Napięcie wygaszania łuku Ug jest zawsze mniejsze niż napięcie Uc.

Ryż. 3. Charakterystyka woltamperowa łuku prądu stałego (a) i jego obwodu zastępczego (b)

Krzywa 1 reprezentuje statyczną charakterystykę łuku, tj. uzyskane przez powolną zmianę prądu. Cecha ma charakter opadający. Wraz ze wzrostem prądu spada napięcie łuku. Oznacza to, że rezystancja przerwy łukowej spada szybciej, którego prąd rośnie.

Jeśli zmniejszymy prąd w łuku z I1 do zera w określonym tempie i jednocześnie naprawimy spadek napięcia na łuku, wówczas uzyskamy krzywe 2 i 3. Te krzywe są nazywane charakterystyka dynamiczna.

Im szybciej prąd jest redukowany, tym niższa będzie charakterystyka dynamiczna I–V. Tłumaczy się to tym, że gdy prąd maleje, takie parametry łuku, jak przekrój wału, temperatura, nie mają czasu na szybką zmianę i uzyskanie wartości odpowiadających niższej wartości prądu w stanie ustalonym.

Spadek napięcia na przerwie łukowej:

Ud \u003d U s + EdId,

gdzie U c \u003d U k + U a - spadek napięcia w pobliżu elektrody, Ed - podłużny gradient napięcia w łuku, Id - dyna łuku.

Ze wzoru wynika, że wraz ze wzrostem długości łuku spadek napięcia na łuku będzie się zwiększał, a charakterystyka I–U będzie znajdowała się wyżej.

Walczą z łukiem elektrycznym w projektowaniu przełączania urządzeń elektrycznych. Właściwości łuku elektrycznego są wykorzystywane wi w.

Wyłączenie obwodu przez urządzenie stykowe charakteryzuje się pojawieniem się plazmy, która przechodzi przez różne etapy wyładowania gazowego w procesie przekształcania szczeliny międzystykowej z przewodnika prądu elektrycznego w izolator.

Przy prądach powyżej 0,5-1 A następuje etap wyładowania łukowego (obszar 1 )(ryc. 1.); gdy prąd maleje, na katodzie występuje etap wyładowania jarzeniowego (obszar 2 ); następny etap (obszar 3 ) to absolutorium Townsend i wreszcie region 4 - etap izolacji, w którym nośniki elektryczności - elektrony i jony - nie powstają w wyniku jonizacji, a jedynie mogą pochodzić z otoczenia.

Ryż. 1. Charakterystyka prądowo-napięciowa etapów wyładowań elektrycznych w gazach

Pierwsza część krzywej to wyładowanie łukowe (obszar 1) - charakteryzuje się małym spadkiem napięcia na elektrodach i dużą gęstością prądu. Wraz ze wzrostem prądu napięcie w przerwie łukowej najpierw gwałtownie spada, a następnie nieznacznie się zmienia.

Druga sekcja (region 2 ), która jest obszarem wyładowania jarzeniowego, charakteryzuje się dużym spadkiem napięcia na katodzie (250–300 V) i małymi prądami. Wraz ze wzrostem prądu, spadek napięcia na szczelinie rozładowania wzrośnie.

Rozładowanie Townsend (obszar 3 ) charakteryzuje się wyjątkowo niskimi wartościami prądu przy wysokich napięciach.

Łuk elektryczny towarzyszy wysoka temperatura i jest z nią związana. Dlatego łuk jest nie tylko zjawiskiem elektrycznym, ale także termicznym.

W normalnych warunkach powietrze jest dobrym izolatorem. Tak więc, aby przebić szczelinę powietrzną 1 cm, wymagane jest przyłożenie napięcia co najmniej 30 kV. Aby szczelina powietrzna stała się przewodnikiem, konieczne jest wytworzenie w niej pewnej koncentracji naładowanych cząstek: ujemnych - głównie swobodnych elektronów i dodatnich - jonów. Nazywa się proces oddzielania jednego lub więcej elektronów od obojętnej cząstki z utworzeniem wolnych elektronów i jonów jonizacja.

Jonizacja gazu może wystąpić pod wpływem światła, promieni rentgenowskich, wysokiej temperatury, pod wpływem pola elektrycznego i szeregu innych czynników. W przypadku procesów łukowych w urządzeniach elektrycznych najważniejsze są: procesy zachodzące na elektrodach, emisja termionowa i polowa oraz procesy zachodzące w przerwie łukowej, jonizacja termiczna i jonizacja przez przepychanie.

Podczas przełączania urządzeń elektrycznych zaprojektowanych do zamykania i otwierania obwodu z prądem, po odłączeniu, wyładowanie następuje w gazie w postaci wyładowania jarzeniowego lub w postaci łuku. Wyładowanie jarzeniowe występuje, gdy prąd, który ma zostać wyłączony, wynosi poniżej 0,1 A, a napięcie na stykach osiąga 250–300 V. Takie wyładowanie występuje albo na stykach przekaźników małej mocy, albo jako faza przejściowa do wyładowania w postaci łuku elektrycznego.

Główne właściwości wyładowania łukowego.

1) Wyładowanie łuku następuje tylko przy dużych prądach; minimalny prąd łuku dla metali wynosi około 0,5 A;

2) Temperatura środkowej części łuku jest bardzo wysoka i może osiągnąć w aparatach 6000 - 18000 K;

3) Gęstość prądu na katodzie jest niezwykle wysoka i osiąga 10 2 - 10 3 A / mm 2;

4) Spadek napięcia na katodzie wynosi tylko 10 - 20 V i praktycznie nie zależy od prądu.

W wyładowaniu łukowym można wyróżnić trzy charakterystyczne rejony: przykatodowy, rejon kolumny łukowej (wał łukowy) i przyanodowy (rys. 2).

W każdym z tych obszarów procesy jonizacji i dejonizacji przebiegają odmiennie w zależności od panujących tam warunków. Ponieważ prąd wynikowy przez te trzy regiony jest taki sam, w każdym z nich zachodzą procesy zapewniające wystąpienie wymaganej liczby ładunków.

Ryż. 2. Rozkład napięcia i natężenia pola elektrycznego w stacjonarnym łuku prądu stałego

Emisja termionowa. Emisja termionowa to zjawisko emisji elektronów z nagrzanej powierzchni.

Gdy styki się rozchodzą, rezystancja styku i gęstość prądu w ostatnim obszarze styku gwałtownie wzrastają. Obszar ten nagrzewa się do temperatury topnienia i powstania przesmyku stykowego stopionego metalu, który pęka przy dalszej rozbieżności styków. Tutaj metal kontaktowy odparowuje. Na elektrodzie ujemnej tworzy się tzw. punkt katodowy (gorący pad), który służy jako podstawa łuku i źródło promieniowania elektronowego w pierwszym momencie rozbieżności styku. Gęstość prądu emisji termoelektrycznej zależy od temperatury i materiału elektrody. Jest mały i może wystarczyć do powstania łuku elektrycznego, ale nie wystarcza do jego spalania.

Emisja autoelektroniczna. Jest to zjawisko emisji elektronów z katody pod wpływem silnego pola elektrycznego.

Miejsce przerwania obwodu elektrycznego można przedstawić jako kondensator zmienny. Pojemność w chwili początkowej jest równa nieskończoności, a następnie maleje w miarę rozchodzenia się styków. Poprzez rezystancję obwodu kondensator jest ładowany, a napięcie na nim wzrasta stopniowo od zera do napięcia sieciowego. Jednocześnie zwiększa się odległość między stykami. Natężenie pola pomiędzy stykami podczas wzrostu napięcia przechodzi przez wartości przekraczające 100 MV/cm. Takie wartości natężenia pola elektrycznego wystarczają do wyrzucenia elektronów z zimnej katody.

Prąd emisji pola jest również bardzo mały i może służyć jedynie jako początek rozwoju wyładowania łukowego.

Tak więc występowanie wyładowania łukowego na stykach rozbieżnych tłumaczy się obecnością emisji termoelektronicznej i termoelektronicznej. Przewaga jednego lub drugiego czynnika zależy od wartości wyłączanego prądu, materiału i czystości powierzchni styku, szybkości ich rozbieżności i szeregu innych czynników.

Jonizacja push. Jeśli wolny elektron ma wystarczającą prędkość, to zderzając się z obojętną cząstką (atomem, a czasem cząsteczką), może wybić z niej elektron. Rezultatem jest nowy wolny elektron i jon dodatni. Nowo nabyty elektron może z kolei jonizować następną cząsteczkę. Ta jonizacja nazywana jest jonizacją push.

Aby elektron mógł zjonizować cząsteczkę gazu, musi poruszać się z określoną prędkością. Prędkość elektronu zależy od różnicy potencjałów na jego średniej swobodnej drodze. Dlatego zwykle wskazywana jest nie prędkość elektronu, ale minimalna wartość różnicy potencjałów, która musi znajdować się na długości swobodnej ścieżki, aby elektron osiągnął konieczną prędkość na końcu ścieżki. Ta potencjalna różnica nazywa się potencjał jonizacji.

Potencjał jonizacji gazów wynosi 13-16 V (azot, tlen, wodór) i do 24,5 V (hel), dla par metali jest około dwukrotnie niższy (7,7 V dla par miedzi).

Jonizacja termiczna. Jest to proces jonizacji pod wpływem wysokiej temperatury. Utrzymanie łuku po jego wystąpieniu, tj. zapewnienie powstałemu wyładowaniu łukowemu wystarczającej liczby bezpłatnych ładunków tłumaczy się głównym i praktycznie jedynym rodzajem jonizacji - jonizacją termiczną.

Temperatura kolumny łukowej wynosi średnio 6000 - 10000 K, ale może osiągać wartości wyższe - nawet do 18000 K. W tej temperaturze zarówno ilość szybko poruszających się cząstek gazu, jak i prędkość ich ruchu znacznie wzrasta. Kiedy zderzają się gwałtownie poruszające się atomy lub cząsteczki, większość z nich ulega zniszczeniu, tworząc naładowane cząstki, tj. gaz jest zjonizowany. Główną cechą jonizacji termicznej jest stopień jonizacji, który jest stosunkiem liczby zjonizowanych atomów w przerwie łukowej do całkowitej liczby atomów w tej przerwie. Równolegle z procesami jonizacji w łuku zachodzą procesy odwrotne, czyli ponowne zjednoczenie naładowanych cząstek i powstanie cząstek obojętnych. Procesy te nazywają się dejonizacja.

Dejonizacja następuje głównie z powodu rekombinacja I dyfuzja.

Rekombinacja. Proces, w którym różnie naładowane cząstki, wchodząc w kontakt, tworzą cząstki obojętne, nazywamy rekombinacją.

W łuku elektrycznym cząstki ujemne to głównie elektrony. Bezpośrednie połączenie elektronów z jonem dodatnim jest mało prawdopodobne ze względu na dużą różnicę prędkości. Zwykle rekombinacja następuje za pomocą neutralnej cząstki, którą ładuje elektron. Kiedy ta ujemnie naładowana cząstka zderza się z jonem dodatnim, powstaje jedna lub dwie cząstki obojętne.

Dyfuzja. Dyfuzja naładowanych cząstek to proces przenoszenia naładowanych cząstek ze szczeliny łukowej do otaczającej przestrzeni, co zmniejsza przewodność łuku.

Dyfuzja jest spowodowana zarówno czynnikami elektrycznymi, jak i termicznymi. Gęstość ładunku w kolumnie łukowej wzrasta od obwodu do środka. W związku z tym powstaje pole elektryczne, zmuszające jony do przemieszczania się ze środka na obrzeże i opuszczania obszaru łuku. Różnica temperatur między kolumną łukową a otaczającą przestrzenią również działa w tym samym kierunku. W ustabilizowanym i swobodnie palącym się łuku dyfuzja odgrywa znikomą rolę.

Spadek napięcia na łuku stacjonarnym rozkłada się nierównomiernie wzdłuż łuku. Wzór spadku napięcia U D i natężenie pola elektrycznego (wzdłużny gradient napięcia) mi D = du/dx wzdłuż łuku pokazano na rysunku (ryc. 2). Pod gradientem stresu mi D odnosi się do spadku napięcia na jednostkę długości łuku. Jak widać na rysunku, przebieg cech U D i mi D w rejonach przyelektrodowych znacznie różni się od zachowania charakterystyk w pozostałej części łuku. Na elektrodach, w obszarach przykatodowych i przy anodowych, w przedziale długości rzędu 10 - 4 cm, następuje gwałtowny spadek napięcia, zwany katodowy U do i anoda U ale. Wartość tego spadku napięcia zależy od materiału elektrod i otaczającego gazu. Łączna wartość spadków napięć anodowych i katodowych wynosi 15–30 V, gradient napięcia sięga 105–106 V/cm.

W pozostałej części łuku, zwanej kolumną łukową, spadek napięcia U D jest prawie wprost proporcjonalne do długości łuku. Gradient tutaj jest w przybliżeniu stały wzdłuż łodygi. Zależy od wielu czynników i może się znacznie różnić, osiągając 100–200 V/cm.

Spadek napięcia w pobliżu elektrody U E nie zależy od długości łuku, spadek napięcia w kolumnie łuku jest proporcjonalny do długości łuku. Zatem spadek napięcia na przerwie łukowej

U D = U E + mi D ja D,

gdzie: mi D jest natężeniem pola elektrycznego w kolumnie łukowej;

ja D to długość łuku; U E = U do + U ale.

Podsumowując, należy raz jeszcze zauważyć, że na etapie wyładowania łukowego dominuje jonizacja termiczna - rozszczepianie atomów na elektrony i jony dodatnie pod wpływem energii pola termicznego. Przy żarzeniu – uderzeniowa jonizacja zachodzi na katodzie na skutek zderzenia z elektronami przyspieszanymi przez pole elektryczne, a przy wyładowaniu Townsenda jonizacja uderzeniowa przeważa nad całą szczeliną wyładowania gazowego.

Statyczna charakterystyka prądowo-napięciowa elektrycznego

Łuki prądu stałego.

Najważniejszą cechą łuku jest zależność napięcia na nim od wielkości prądu. Ta charakterystyka nazywana jest prądem-napięciem. Wraz ze wzrostem prądu i wzrasta temperatura łuku, wzrasta jonizacja termiczna, wzrasta liczba zjonizowanych cząstek w wyładowaniu, a rezystancja elektryczna łuku maleje r D.

Napięcie łuku wynosi Ir e. Wraz ze wzrostem prądu rezystancja łuku spada tak szybko, że napięcie na łuku spada, mimo że prąd w obwodzie wzrasta. Każda wartość prądu w stanie ustalonym odpowiada własnemu dynamicznemu bilansowi liczby naładowanych cząstek.

Podczas przechodzenia od jednej wartości prądu do drugiej stan cieplny łuku nie zmienia się natychmiast. Luka łukowa ma bezwładność cieplna. Jeśli prąd zmienia się powoli w czasie, bezwładność cieplna wyładowania nie ma wpływu. Każda wartość prądu odpowiada pojedynczej wartości rezystancji łuku lub napięcia na nim.

Nazywa się zależność napięcia łuku od prądu przy jego powolnej zmianie charakterystyka prądu statycznegołuki.

Charakterystyka statyczna łuku zależy od odległości między elektrodami (długości łuku), materiału elektrod oraz parametrów środowiska, w którym łuk się pali.

Statyczne charakterystyki prądowo-napięciowe łuku mają postać krzywych przedstawionych na ryc. 3.

Ryż. 3. Statyczne charakterystyki prądowo-napięciowe łuku

Im dłuższy łuk, tym wyższa statyczna charakterystyka prądowo-napięciowa. Wraz ze wzrostem ciśnienia ośrodka, w którym pali się łuk, wzrasta również intensywność mi D, a charakterystyka prądowo-napięciowa rośnie podobnie jak na rys. 3.

Chłodzenie łuku znacząco wpływa na tę charakterystykę. Im intensywniejsze chłodzenie łuku, tym więcej mocy jest z niego usuwane. Powinno to zwiększyć moc generowaną przez łuk. Dla danego prądu jest to możliwe poprzez zwiększenie napięcia łuku. Tak więc wraz ze wzrostem chłodzenia charakterystyka prądowo-napięciowa jest wyższa. Ma to szerokie zastosowanie w urządzeniach do gaszenia łuku aparatów.

Dynamiczna charakterystyka prądowo-napięciowa elektrycznego

Łuki prądu stałego.

Jeśli prąd w obwodzie zmienia się powoli, to prąd i 1 odpowiada rezystancji łuku r D1, wyższy prąd i 2 odpowiada mniejszemu oporowi r D2, co pokazano na ryc. 4. (patrz charakterystyka statyczna łuku - krzywa ALE).

Ryż. 4. Dynamiczna charakterystyka prądowo-napięciowa łuku.

W rzeczywistych instalacjach prąd może się zmieniać dość szybko. Ze względu na bezwładność cieplną kolumny łukowej, zmiana rezystancji łuku jest opóźniona w stosunku do zmiany prądu.

Nazywa się zależność napięcia łuku od prądu z jego szybką zmianą dynamiczna charakterystyka prądowo-napięciowa.

Przy gwałtownym wzroście prądu charakterystyka dynamiczna staje się wyższa niż statyczna (krzywa W), ponieważ przy szybkim wzroście prądu rezystancja łuku spada wolniej niż prąd wzrasta. Zmniejszając się, jest mniejsza, ponieważ w tym trybie rezystancja łuku jest mniejsza niż przy powolnej zmianie prądu (krzywa OD).

Odpowiedź dynamiczna jest w dużej mierze zdeterminowana przez szybkość zmian prądu w łuku. Jeżeli do obwodu zostanie wprowadzony bardzo duży opór na czas nieskończenie mały w porównaniu do termicznej stałej czasowej łuku, to w czasie, gdy prąd spadnie do zera, rezystancja łuku pozostanie stała. W tym przypadku charakterystyka dynamiczna zostanie przedstawiona jako linia prosta przechodząca od punktu 2 do początku (linia prosta D),T. e. Łuk zachowuje się jak przewodnik metalowy, ponieważ napięcie na łuku jest proporcjonalne do prądu.

Warunki gaszenia łuku DC.

Do gaszenia łuku elektrycznego prądu stałego konieczne jest stworzenie takich warunków, aby w przerwie łukowej przy wszystkich wartościach prądu procesy dejonizacji przebiegały intensywniej niż procesy jonizacji.

Ryż. 5. Bilans napięć w obwodzie z łukiem elektrycznym.

Rozważ obwód elektryczny zawierający rezystancję r, indukcyjność L i luka łukowa ze spadkiem napięcia U D, do którego przykładane jest napięcie U(ryc. 5, ale). Przy łuku o stałej długości, w dowolnym momencie, równanie bilansu napięcia w tym obwodzie będzie ważne:

gdzie jest spadek napięcia na indukcyjności wraz ze zmianami prądu.

Tryb stacjonarny to taki, w którym prąd w obwodzie się nie zmienia, tj. a równanie bilansu naprężeń przyjmie postać:

Aby zgasić łuk elektryczny, konieczne jest, aby prąd w nim zmniejszał się cały czas, tj. , ale

Graficzne rozwiązanie równania bilansu naprężeń pokazano na ryc. pięć, b. Oto prosta linia 1 jest napięcie źródła? U; ukośna linia 2 - spadek napięcia na rezystancji r(charakterystyka reostatyczna obwodu) odjęta od napięcia U, tj. U-iR; krzywa 3 – charakterystyka prądowo-napięciowa przerwy łukowej U D.

Cechy łuku elektrycznego prądu przemiennego.

Jeśli do gaszenia łuku DC konieczne jest stworzenie warunków, w których prąd spadałby do zera, to przy prądzie zmiennym prąd w łuku, niezależnie od stopnia jonizacji przerwy łukowej, przechodzi przez zero co pół- cykl, tj co pół cyklu, łuk gaśnie i ponownie się zapala. Znacznie ułatwione jest zadanie gaszenia łuku. Tutaj konieczne jest stworzenie warunków, w których prąd nie powróci po przejściu przez zero.

Charakterystykę prądowo-napięciową łuku prądu przemiennego dla jednego okresu pokazano na ryc. 6. Ponieważ nawet przy częstotliwości przemysłowej 50 Hz prąd w łuku zmienia się dość szybko, prezentowana charakterystyka jest dynamiczna. Przy prądzie sinusoidalnym napięcie łuku najpierw wzrasta w przekroju 1, a następnie, ze względu na wzrost prądu, opada w okolicy 2 (Sekcje 1 I 2 patrz pierwsza połowa półcyklu). Po przejściu prądu przez maksimum dynamiczna charakterystyka I–V wzrasta wzdłuż krzywej 3 ze względu na spadek prądu, a następnie spadki w obszarze 4 ze względu na zbliżanie się napięcia do zera (przekroje 3 I 4 należą do drugiej połowy tego samego półokresu).

Ryż. 6. Charakterystyka prądowo-napięciowa łuku prądu przemiennego

Przy prądzie przemiennym temperatura łuku jest zmienna. Jednak bezwładność cieplna gazu okazuje się dość znaczna i do czasu przejścia prądu przez zero temperatura łuku, choć spada, pozostaje dość wysoka. Niemniej jednak spadek temperatury, który występuje, gdy prąd przepływa przez zero, przyczynia się do dejonizacji szczeliny i ułatwia wygaszenie łuku elektrycznego prądu przemiennego.

Łuk elektryczny w polu magnetycznym.

Łuk elektryczny jest przewodnikiem prądu gazowego. Na ten przewodnik, jak również na metal, działa pole magnetyczne, wytwarzając siłę proporcjonalną do indukcji pola i prądu w łuku. Pole magnetyczne działające na łuk zwiększa jego długość i przesuwa elementy łuku w przestrzeni. Poprzeczny ruch elementów łuku powoduje intensywne chłodzenie, co prowadzi do zwiększenia gradientu napięcia na kolumnie łuku. Gdy łuk porusza się w medium gazowym z dużą prędkością, łuk dzieli się na oddzielne równoległe włókna. Im dłuższy łuk, tym silniejsze rozwarstwienie łuku.

Łuk jest niezwykle mobilnym przewodnikiem. Wiadomo, że takie siły działają na część przewodzącą prąd, które mają tendencję do zwiększania energii elektromagnetycznej obwodu. Ponieważ energia jest proporcjonalna do indukcyjności, łuk pod wpływem własnego pola ma tendencję do tworzenia zwojów, pętli, ponieważ zwiększa to indukcyjność obwodu. Ta zdolność łuku jest tym silniejsza, im większa jest jego długość.

Łuk poruszający się w powietrzu pokonuje opór aerodynamiczny powietrza, który zależy od średnicy łuku, odległości między elektrodami, gęstości gazu i prędkości ruchu. Doświadczenie pokazuje, że we wszystkich przypadkach w jednorodnym polu magnetycznym łuk porusza się ze stałą prędkością. Dlatego siła elektrodynamiczna jest równoważona przez siłę oporu aerodynamicznego.

W celu wytworzenia efektywnego chłodzenia łuk za pomocą pola magnetycznego wciągany jest w wąską (o średnicy łuku większą niż szerokość szczeliny) szczelinę pomiędzy ściankami z materiału łukoodpornego o wysokiej przewodności cieplnej. Ze względu na zwiększenie przenikania ciepła do ścianek szczeliny gradient napięcia w kolumnie łuku w obecności wąskiej szczeliny jest znacznie wyższy niż łuku swobodnie poruszającego się między elektrodami. Pozwala to na skrócenie czasu i czasu gaszenia wymaganego do gaszenia.

Metody oddziaływania łuku elektrycznego w aparatach łączeniowych.

Celem oddziaływania na słupek łuku powstającego w aparacie jest zwiększenie jego czynnej rezystancji elektrycznej do nieskończoności, gdy element przełączający przechodzi w stan izolacyjny. Niemal zawsze osiąga się to poprzez intensywne chłodzenie kolumny łukowej, obniżanie jej temperatury i zawartości ciepła, w wyniku czego zmniejsza się stopień jonizacji oraz liczba nośników energii elektrycznej i zjonizowanych cząstek, a opór elektryczny plazmy wzrasta.

Aby skutecznie wygasić łuk elektryczny w rozdzielnicach niskiego napięcia, muszą być spełnione następujące warunki:

1) zwiększyć długość łuku rozciągając go lub zwiększając liczbę przerw na biegun;

2) przesunąć łuk na metalowe płyty komory łukowej, które są promiennikami, które pochłaniają energię cieplną kolumny łukowej i rozbijają ją na szereg połączonych szeregowo łuków;

3) przenieść kolumnę łukową za pomocą pola magnetycznego do komory szczelinowej wykonanej z łukoodpornego materiału izolacyjnego o wysokiej przewodności cieplnej, gdzie łuk jest intensywnie chłodzony w kontakcie ze ściankami;

4) tworzą łuk w zamkniętej rurce z materiału wytwarzającego gaz - włókna; gazy uwalniane pod wpływem temperatury wytwarzają wysokie ciśnienie, co przyczynia się do wygaszenia łuku;

5) zmniejszenie stężenia par metali w łuku, w tym celu na etapie projektowania urządzeń stosować odpowiednie materiały;

6) zgasić łuk w próżni; przy bardzo niskim ciśnieniu gazu nie ma wystarczającej ilości atomów gazu, aby je zjonizować i wspomóc przewodzenie prądu w łuku; opór elektryczny kanału kolumny łukowej staje się bardzo wysoki i łuk gaśnie;

7) synchronicznie otwierać styki, zanim prąd przemienny przejdzie przez zero, co znacznie zmniejsza wydzielanie energii cieplnej w powstałym łuku, tj. przyczynia się do wygaśnięcia łuku;

8) stosować opory czysto czynne, bocznikujące łuk i stwarzające warunki do jego wygaszenia;

9) stosować elementy półprzewodnikowe bocznikujące szczelinę międzystykową, przełączając prąd łuku na siebie, co praktycznie eliminuje powstawanie łuku na stykach.