Основные стадии развития электрической дуги при размыкании контактов электрического аппарата

Конструкции жидкометаллических контактов, их достоинства и

Недостатки

ассмотрим принцип действия контактора с жидкометаллическим контактом (ЖМК) (рисунок 1.20). Внешняя цепь подключается к электродам 1 и 2. Корпус 3 выполнен из электроизоляционного материала. Полости корпуса заполнены жидким металлом 4 и соединяются между собой отверстием 5. Внутри полостей корпуса плавают пустотелые ферромагнитные цилиндры 6. При подаче напряжения на катушку 7 цилиндры 6 опускаются вниз. Жидкий металл поднимается и через отверстие 5 соединяет электроды 1 и 2, контактор включается. По сравнению с твердометаллическими ЖМК обладают следующими преимуществами:

1. Малое переходное сопротивление и высокие допустимые плотности тока на поверхности раздела жидкий металл-электрод (до 120 А/мм²), что позволяет резко сократить габаритные размеры контактного узла и контактное нажатие, особенно при больших токах.

2. Отсутствие вибрации, приваривания, залипания и окисления контактов при их коммутации.

3. Высокая механическая и электрическая, износостойкость

ЖМК, что позволяет создавать аппараты с большим сроком службы.

4. Возможность разработки, коммутационных аппаратов на новом принципе (восстанавливающийся предохранитель) благодаря свойствам текучести жидкого металла.

5. Возможность работы ЖМК при высоких внешних давлениях, высоких температурах, в глубоком вакууме.

Рисунок 1.20 - Контактор с жидкометаллическим контактом

Условия существования дугового разряда в газе. Характерные области дугового разряда. Вольт-амперная характеристика дуги.

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

Вольтамперные характеристики дуги. Важнейшей характеристикой дуги является ее вольтамперная характеристика (ВАХ), представляющая собой зависимость напряжения на дуге от тока. С увеличением силы тока в цепи, а, следовательно, числа электронов в дуговом промежутке одновременно увеличивается температура дуги, усиливается термическая ионизация, возрастает число ионизированных частиц в дуге и, соответственно, падает электрическое сопротивление дуги. Причем, сопротивление дуги падает так резко, что напряжение на ней тоже падает, несмотря на рост тока. При переходе тока от одного значения тока к другому тепловое состояние дуги не изменяется мгновенно, так как обладает тепловой инерцией. Если ток менять медленно, то тепловая инерция дуги не сказывается. ВАХ, полученная при медленном изменении тока, называется статической. Если ток менять быстро, то ВАХ будет зависеть от скорости изменения тока. Такая ВАХ называется динамической.

Основные стадии развития электрической дуги при размыкании контактов электрического аппарата.

Размыкание электрической цепи с помощью контактов электрических аппара­тов сопровождается, как правило, возникновением дугового разряда между этими контактами. Дуговой разряд возникает в случаях, когда значения тока и напряже­ния на контактах превосходят некоторые критические значения, которые зависят от материала контактов, параметров цепи, окружающей среды и многих других факторов.

Возникновение и горение дуги в воздушном промежутке между контактами свидетельству­ют об ионизации этого промежутка.

Электрическая дуга между двумя электродами в воздухе при атмосферном давлении образуется следующим образом:

При увеличении напряжения между двумя электродами до определённого уровня в воздухе между электродами возникает электрический пробой. Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами и других факторов. Потенциал ионизации первого электрона атомов металлов составляет приблизительно 4,5 - 5 В, а напряжение дугообразования - в два раза больше (9 - 10 В). Требуется затратить энергию на выход электрона из атома металла одного электрода и на ионизацию атома второго электрода. Процесс приводит к образованию плазмы между электродами и горению дуги (для сравнения: минимальное напряжение для образования искрового разряда немногим превышает потенциал выхода электрона - до 6 В).

Для инициирования пробоя при имеющемся напряжении электроды приближают друг к другу. Во время пробоя между электродами обычно возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь.

Электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточной мощности источника напряжения в воздушном промежутке образуется достаточное количество плазмы для значительного падения напряжения пробоя или сопротивления воздушного промежутка. При этом искровые разряды превращаются в дуговой разряд — плазменный шнур между электродами, являющийся плазменным тоннелем. Возникающая дуга является, по сути, проводником и замыкает электрическую цепь между электродами. В результате средний ток увеличивается ещё больше, нагревая дугу до 5000–50000 K. При этом считается, что поджиг дуги завершён