ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА В АППАРАТАХ. Общие сведения

При работе коммутирующих контактов аппаратов в режиме размыка-

ния под нагрузкой при достаточно высоких значениях разрываемого тока и напряжения между контактами возможно возникновение дугового разряда. Электрическая дуга является одним из видов самостоятельного электрического разряда в газе. При дуговом разряде падение напряжения на промежутке уменьшается до 10–20 В, а плотность тока в дуге возрастает до 10⁴–10⁵ А/см². Для возникновения дугового разряда необходимы два условия: напряжение на дуге должно быть около 10–20 В, ток в цепи должен быть не ниже

80–100 мА.

В теории аппаратов различают длинные и короткие дуги. В длинных дугах на ход разряда в основном влияют процессы, происходящие в столбе дуги. Для поддержания такой дуги необходимо большое напряжение, поэтому длинные дуги возникают в высоковольтных аппаратах. В коротких дугах основное значение имеют процессы, происходящие вблизи электродов, в основном у катода. Для поддержания такой дуги требуется небольшое напряжение, поэтому, как правило, в низковольтных аппаратах возникают короткие дуги. Распределение падения напряжения на дуговом промежутке неравномерно, как это видно на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Распределение потенциала на короткой дуге

В околоэлектродных областях падение напряжения больше, около 10–15 В. На столбе дуги падение напряжения относительно невелико. Протекание дугового разряда сопровождается двумя противоположными процессами: иони-зацией и деионизацией. В око- локатодной области ионизация носит преимущественно ударный характер, когда свободные электроны, вылетая из катода под действием напряжения, уда- ряются о нейтральные атомы газа. При этом около катода образуется объемный положительный заряд. В столбе дуги ионизация носит преиму-

щественно термический характер, так как температура в столбе дуги очень высокая. В околоанодном пространстве ионизация происходит в основном за счет ударов электронов об анод. При этом вырываются новые электроны, которые образуют объемный отрицательный заряд вблизи анода.

Одновременно с процессом ионизации протекает обратный процесс – деионизация. Она может идти по двум путям: рекомбинация заряженных частиц и их диффузия из дугового промежутка. Рекомбинация – это воссоединение заряженных частиц в дуговом промежутке. В результате образуются нейтральные атомы. Диффузия заряженных частиц обусловлена их перемещением из области горения дуги в окружающую среду, в результате чего уменьшается концентрация заряженных частиц в дуговом промежутке. Построение дугогасительных устройств аппаратов базируется на ускорении деионизации и борьбе с ионизацией дугового промежутка.