Электрическая дуга и причины ее возникновения

Электрическая дуга и электробезопасность

Электрическая дуга и причины ее возникновения
Подробности 07.04.

2018 15:49

  • Опасности электрической дуги
  • Сиз для электробезопасности
  • Травмы, вызванные вспышкой дуги
  • Правильные стратегии спасения
  • Постоянное обучение электробезопасности

Одним из самых опасных элементов современных рабочих мест является большое количество электроэнергии, протекающей через него в любой момент времени. Все, от больших машин до небольших инструментов, использует электричество, и удивительно маленький ток может привести к серьезным травмам.

В дополнение к элементам, которые используют электричество самостоятельно, есть также провода и линии высокого напряжения, которые проходят по всей территории. Хотя электрооборудование обычно работает без каких-либо проблем, они по-прежнему представляют собой серьезную опасность, которую необходимо понять.

Опасности электрической дуги

При изучении электрических опасностей наибольший риск возникает при появлении электрической дуги. Вспышка дуги возникает, когда электрический разряд, перемещается из одной области по воздуху к земле или другому месту.

Причины электрической дуги

Исправная машина минимизирует риск возникновения дуговой вспышки. Однако есть много вещей, которые могут привести к дуге. Понимание наиболее распространенные причины электрической дуги могут дать представление о том, как её предотвратить.

Пыль. Пыльные участки могут обеспечить путь к низкому сопротивлению электричеству. Когда пыль густая в воздухе, риск возникновения дуги значительно возрастает. Устранение пыли (включая опилки) очень важно для обеспечения электробезопасности.

Выпавшие предметы – при работе в электрической системе кто-то может вынуть инструмент или другой предмет на оборудование. Это может создать альтернативный путь для электричества, который может привести к дуговой вспышке. Это особенно опасно, если инструмент может проколоть, вырезать или иным образом повредить высоковольтную проводку.

Люди, входящие в контакт с оборудованием – при выполнении работ по чистке, техническому обслуживанию, ремонту или другим задачам важно обеспечить, чтобы никто не контактировал с электрическими проводами или другими компонентами.

Конденсация. Когда в воздухе имеется большая влажность, конденсация может образовываться на электрооборудовании и вокруг него. Вода может проводить электричество, которое может создать путь низкого сопротивления, что приведет к дуговой вспышке.

Утечки воды. Подобно проблеме конденсации, если вода вытекает из трубы над электрической машиной, она может вызвать дуговую вспышку.

Коррозия. Коррозия на проводах или других частях машины может привести может вызвать открытие защитных покрытий, в которых содержится электричество.

Разрушение изоляции. Если провода перемещены, согнуты, на них наступили, это может привести к их разрыву.

Неправильная установка. Если электрооборудование установлено неправильно, существует повышенный риск широкого спектра проблем, в том числе дуговой вспышки.

Сиз для электробезопасности

Одна вещь, которую люди должны оставаться в безопасности от электричества (дуговая вспышка или нет), – это средства индивидуальной защиты. Любой сотрудник, который работает с электрооборудованием, должен быть обязан носить надлежащие СИЗ. Конкретный тип необходимого СИЗ будет зависеть от ряда факторов, включая риск травмирования, уровни напряжения электричества и близость к опасности.

В некоторых случаях достаточно просто носить не проводящие перчатки. В областях, где существует более высокий уровень опасности, может понадобится носить костюм для всего тела, кожаную обувь, средства защиты глаз и многое другое.

Купить костюм для защиты от термических рисков электрической дуги можно здесь http://legio.ua.

Изучение различных видов средств индивидуальной защиты для электробезопасности является важной частью всех программ безопасности на объектах, где используется электрооборудование.

Наличие личного защитного снаряжения для сотрудников – отличное начало. В дополнение к тому, чтобы оно было доступно, работодатели должны сделать обязательным, чтобы сотрудники использовали его надлежащим образом во многих ситуациях.

Травмы, вызванные вспышкой дуги

Когда люди думают о травмах, вызванных вспышкой дуги, они часто полагают, что электрошок – единственный риск. В то время как электрошока, безусловно, является главной опасностью, это действительно только начало потенциальных проблем. Ниже приведены некоторые из других способов, как электрическая дуга может нанести вред людям.

Ожоги – Даже если дуга не вступает в непосредственный контакт с человеком, она все равно может причинить ожог. Температура дуговой вспышки может достигать 20 000 градусов по Цельсию, что может привести к серьезным ожогам.

Огонь. Существует опасность попадания в огонь. Если в области есть какие-либо огнеопасные предметы, их следует удалить.

Разлет предметов – дуговая вспышка может создавать много давления, которое может раскидать объекты по воздуху. Такие вещи, как расплавленный металл и части машин, могут стать очень опасными снарядами.

Давление взрыва – давление от взрыва может достигать 2000 фунтов на квадратный фут. Это может подбросить людей в воздух. Это также то, что вызывает упомянутые выше снаряды.

Слуховой ущерб – вспышки дуги очень громкие. Фактически, они могут достигать 140 дБ в некоторых случаях. Это примерно тот же уровень звука, что и выстрел пистолета. Так как это происходит быстро, это может нанести серьезный ущерб слуху тех, кто находится в этом районе.

Тяжесть потенциальной травмы

Существует много способов вспышки дуги, которые могут привести к травмам людей и окружающего объекта. Тяжесть травмы будет зависеть от ряда факторов. Понимание того, насколько опасна ситуация, может помочь учреждениям и сотрудникам правильно подготовиться при входе в зону, где возможна дуговая вспышка.

Следующие факторы могут повлиять на то, насколько серьезной может быть травма:

Электрический ток. Сила электричества, создающая дуговую вспышку, окажет существенное влияние на потенциальную травму. Чем выше ток, тем больше будет риска.

Близость. Чем ближе кто-то к фактической вспышке дуги, тем больше опасности у них. Поэтому важно держать людей, которые не обучены и не подготовлены для работы с электрическим оборудованием, вдали от любой области, где есть потенциал для дуговой вспышки.

Длина – дуговая вспышка обычно будет продолжаться до тех пор, пока цепь не разорвется. Когда автоматические выключатели работают правильно, это займет всего доли секунды. Однако даже небольшое увеличение длины дуговой вспышки может привести к увеличению вероятности травмы.

Температура. Температура вспышки дуги также может вызывать повышенный риск ожогов и других травм.

Окрестности. Объекты, находящиеся в районе, где происходит вспышка дуги, могут быть ключевым показателем того, насколько потенциально может быть травма. Если вокруг склада возникает вспышка дуги, эти объекты могут разлетаться по всему району, что приводит к серьезной травме.

Область воздействия. Место на теле, в которое ударяет дуга, также влияет на потенциальную травму. В то время как само электричество может проходить через тело из любой точки входа, места, где он входит и выходит из организма, подвержены более сильным ожогам.

Правила безопасности

В то время как вспышки дуги являются наиболее опасной электрической опасностью, существует множество других рисков, связанных с работой вблизи электрических систем. Даже работа с оборудованием с низким напряжением ставит людей под угрозу серьезных травм, если они не будут осторожны.

Внедрение стандартов электробезопасности в объекте является важным способом обеспечения безопасности сотрудников и минимизации риска повреждения объекта. Общая политика в области электробезопасности должна быть отдельной (хотя и связанной) с политикой безопасности дуговой вспышки, поскольку каждый из них требует другого подхода.

Обучение сотрудников тому, как безопасно работать с электрическим оборудованием, может помочь снизить риск шока или поражения электрическим током.

Даже работники, которые непосредственно не работают на большом электрооборудовании, могут получить по крайней мере некоторые базовые стандарты безопасности. Например, при работе с электрическим ручным инструментом важно избегать работы вблизи воды.

Есть много других программ обучения электробезопасности, чтобы обеспечить сотрудников безопасностью.

Осознание – один из лучших способов защитить людей при работе вблизи электрооборудования. Если есть высоковольтная машина, то может быть очень полезно размещать знаки безопасности, предупреждающие людей о ее присутствии.

В зонах с ограниченным доступом из-за опасностей рекомендуется использовать напольную маркировочную ленту или другую визуальную маркировку, чтобы напомнить людям, что они не могут зайти в этот район без надлежащего одобрения, обучения и оборудования.

Использование стратегий визуальной коммуникации – эффективный способ повышения безопасности любого объекта. Однако важно убедиться, что стратегия визуальной коммуникации хорошо спланирована и соответствует другим усилиям в области визуальной коммуникации.

Правильные стратегии предотвращения опасности

Если происходит вспышка дуги, люди часто испытывают желание спешить в этот район, чтобы помочь жертве. Это может привести к тому, что дополнительные люди получают травму. Вместо того, чтобы спешить, чтобы помочь, лучше подождать и подтвердить, что электричество было отключено, поэтому больше нет риска получения дополнительных травм.

Постоянное обучение электробезопасности

Такие вещи, как индивидуальное защитное снаряжение и удержание машин в хорошем рабочем состоянии, будут иметь большое значение для обеспечения безопасности объекта от электрических опасностей. Тем не менее, так как многие люди работают с электрооборудованием и вокруг него, важно также обеспечить всем сотрудникам уровень подготовки, необходимый для их работы.

Электрикам понадобится обширная подготовка для правильной и безопасной работы с этим типом оборудования. К счастью, большинство электриков выходят на работу со знаниями и опытом, в которых они нуждаются.

Генеральный обслуживающий персонал также будет тесно сотрудничать с электрооборудованием, но у них может не быть углубленного обучения электрика. Работодатели должны всегда предоставлять этому типу сотрудника подробное обучение, чтобы они знали, как правильно выполнять свою работу, не подвергая себя и других сотрудников повышенному риску.

Другие сотрудники, которые обычно не имеют прямого воздействия на электрооборудование, должны по-прежнему получать как минимум базовый уровень обучения, чтобы они знали, как реагировать в чрезвычайных ситуациях. Есть много ресурсов для онлайн-обучения или личной подготовки по вопросам электробезопасности, доступных для сотрудников.

Что такое электрическая дуга, как она формируется и где используется

Электрическая дуга и причины ее возникновения

Во время коммутационных операций, а также при таком явлении как перенапряжение между токоведущими частями вполне может сформироваться электрическая дуга. Помимо разрушительного и негативного воздействия это явление так же научились использовать во благо. В этой статье я расскажу о том, что такое электрическая дуга и каким образом ее сейчас используют. Итак, приступим.

yandex.ru

Как формируется электрическая дуга и какими свойствами обладает

Если взять два электрода, закрепить их на небольшом расстоянии друг от друга, причем таким образом, чтобы острые концы были направлены друг к другу, и подключить их к регулируемому источнику питания, то при постепенном повышении напряжения мы увидим, что при достижении определенного напряжения сначала возникнут искры, а потом сформируется устойчивое горение дуги.

Образовавшееся свечение – это не что иное как плазма. По факту это и есть электрическая дуга или по-другому протекание электрического тока через газовую среду (воздух).

yandex.ru

На рисунке выше показана вольт амперная характеристика и строение дуги.

А температура горения (в примерном диапазоне) такова:

yandex.ru

Причины возникновения дуги

Теперь давайте разберемся, почему же возникает электрическая дуга (продолжим рассматривать все тот же пример с электродами). На самом деле все очень просто. Если абсолютно любой объект, имеющий определенную проводимость, поместить в электрическое поле, то на его поверхности начнут формироваться и скапливаться заряды.

При этом, чем меньшим радиусом изгиба будет обладать тело, тем больший заряд будет формироваться в этом месте.

Проще говоря, заряд копится на острых гранях. Так как между электродами у нас воздух (смесь газов), то под действием все того же электромагнитного поля начинается процесс ионизации. Тем самым создаются условия для формирования электрической дуги.

yandex.ru

При этом величина напряжения, при котором осуществляется пробой воздушного промежутка, зависит от многих факторов.

Помимо увеличения напряжения между электродами, еще одним условием формирования дуги является разрыв электрической сети контактами.

Если в цепи присутствует большая индуктивность, то по закону коммутации, ток не может прерваться в один момент.

А это значит, что дуга между разъединенными контактами будет гореть до тех пор, пока не пропадет напряжение или не будет рассеяна накопленная энергия в магнитном поле катушки индуктивности.

yandex.ru

Условия зажигания и горения дуги

Итак с тем как формируется дуга вроде бы разобрались, теперь давайте скажем тезисно об условиях зажигания и горения дуги.

Для того, чтобы сформировалась дуга, нужно чтобы между электродами пространство было заполнено газом. Ведь чтобы осуществить пробой газа, напряжение должно возрасти до нескольких тысяч Вольт, а для поддержания горения достаточно напряжение в 50-60 Вольт, ну, а величина тока при этом должна быть не меньше 10 Ампер.

Чем вредна электрическая дуга и как с ней борются

Электрическая дуга вредна в первую очередь тем, что она разрушает контакты, между которыми она формируется. Все это происходит из-за того, что во время горения выделяется очень большой объем тепла, который просто напросто расплавляет контакты.

Для минимизации пагубного воздействия электрической дуги в коммутационных аппаратах используют различные приспособления. Так, например, в сетях 0,4 кВ для гашения дуги используются специальные дугогасительные камеры.

yandex.ru

Принцип работы такой камеры таков: при отключении сформировавшаяся дуга изгибаясь касается пластин дугогасительной камеры, тем самым разделяясь на несколько более мелких дуг, в результате они быстро остывают и пропадают.

В сетях выше 1 кВ используются специальные выключатели:

– масляные;

– вакуумные;

– элегазовые.

В масляном выключателе гашение дуги происходит следующим образом: коммутируемые контакты находятся в масляной среде, поэтому при разрыве соединения дуга начинает гореть в масле, которое разлагается на водород и сопутствующие газы.
yandex.ru

При этом сформировавшийся пузырь стремиться как можно быстрее вырваться из камеры. Тем самым происходит растяжение дуги, а так как водород обладает отличной теплопроводностью, то одновременно дуга охлаждается. И таким образом она просто потухает.

В вакуумных же выключателях контакты находятся в безвоздушной среде, то есть процесс ионизации в принципе невозможен, так как нет среды.

В элегазовых же выключателях все наоборот: газ (элегаз) находится под высоким давлением. Сформированное давление препятствует ионизации.

Электрическая дуга и ее полезное применение

Разрушительную силу электрической дуги научились использовать и во благо.

И, пожалуй, первое, что приходит на ум – это электросварка. Как раз в сварочных аппаратах и используется принцип стабильного горения дуги при низком напряжении.

yandex.ru

Так же дуга используется в виде источника света в дуго разрядных лампах.

yandex.ru

Кроме этого существуют специальные дугоплавильные печи.

Заключение

Это все, что я хотел вам рассказать об электрической дуге, ее разрушительной силе и мирном применении. Если статья оказалась вам полезна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

Электрическая дуга (вольтова дуга, дуговой разряд)

Электрическая дуга и причины ее возникновения

В процессе эксплуатации электрические цепи постоянно замыкаются и размыкаются. Давно замечено, что в момент размыкания между контактами образуется электрическая дуга.

Для ее появления вполне достаточно напряжения более 10 вольт и силы тока – свыше 0,1 ампер. При более высоких значениях тока и напряжения внутренняя температура дуги нередко достигает 3-15 тысяч градусов.

Это становится основной причиной расплавленных контактов и токоведущих частей.

Если же напряжение составляет 110 киловольт и выше, в этом случае длина дуги может достичь длины более одного метра. Подобная дуга представляет серьезную опасность для лиц, работающих с мощными силовыми установками, поэтому требуется ее максимальное ограничение и быстрое гашение в любых цепях, независимо от величины напряжения.

Что такое электрическая дуга

Наиболее характерным примером является электрическая сварочная дуга, проявляющаяся в виде продолжительного электрического разряда в плазме. В свою очередь плазма – это смешанные между собой ионизированные газы и пары составляющих защитной атмосферы, основного и присадочного металла.

Таким образом, электрическая дуга это горение электрического разряда между двумя электродами, расположенными в горизонтальной плоскости. Под действием нагретых газов, стремящихся к верху, этот разряд изгибается и становится виден как дуга или арка.

Эти свойства позволили использовать дугу на практике в качестве газового проводника, с помощью которого электрическая энергия преобразуется в тепловую, создавая высокую интенсивность нагрева. Данный процесс может сравнительно легко управляться изменяющимися электрическими параметрами.

В обычных условиях газы не проводят ток. Однако, если возникают благоприятные условия, они могут быть ионизированы. Их атомы или молекулы становятся положительными или отрицательными ионами. Под действием высокой температуры и внешнего электрического поля с высокой напряженностью газы изменяются и переходят в состояние плазмы, обладающей всеми свойствами проводника.

Как образуется сварочная дуга

  • Вначале между концом электрода и деталью появляется контакт, затрагивающий обе поверхности.
  • Под действием тока с высокой плотностью, частицы поверхностей быстро расплавляются, образуя прослойку жидкого металла. Она постоянно увеличивается в направлении электрода, после чего наступает ее разрыв.
  • В этот момент металл очень быстро испаряется и промежуток разряда начинают заполнять ионы и электроны. Приложенное напряжение заставляет их двигаться к аноду и катоду, в результате происходит возбуждение сварочной дуги.
  • Начинается процесс термической ионизации, при котором положительные ионы и свободные электроны продолжают концентрироваться, газ дугового промежутка еще более ионизируется и сама дуга становится устойчивой.
  • Под ее влиянием металлы заготовки и электрода расплавляются и, находясь в жидком состоянии, смешиваются между собой.
  • После остывания, в этом месте образуется сварочный шов.

Гашение электрической дуги в коммутационной аппаратуре

Отключение элементов электрической цепи должно производиться очень осторожно, без повреждений коммутационной аппаратуры. Одного лишь размыкания контактов будет недостаточно, требуется правильно погасить дугу, возникающую между ними.

Процессы горения и гашения дуги существенно различаются между собой в зависимости от использования в сети постоянного или переменного тока. Если с постоянным током нет особых проблем, то при наличии переменного тока следует учитывать ряд факторов.

Прежде всего, ток дуги проходит нулевую отметку на каждом полупериоде. В этот момент прекращается выделение энергии, в результате дуга самопроизвольно гаснет, и вновь загорается. На практике ток приближается к нулю еще до перехода через нулевую отметку.

Это связано со снижением тока и уменьшением энергии, подводимой к дуге.

Соответственно понижается и ее температура, что вызывает прекращение термической ионизации. В самом промежутке дуги происходит интенсивная деионизация. Если в этот момент сделать быстрое размыкание и разводку контактов, то пробоя может и не случиться, цепь отключится без появления дуги.

На практике создать подобные идеальные условия очень сложно. В связи с этим были разработаны специальные мероприятия по ускоренному гашению дуги.

Различные технические решения позволяют быстро охладить дуговой промежуток и снизить количество заряженных частиц.

В результате, наступает постепенное увеличение электрической прочности данного промежутка и одновременный рост на нем восстанавливающего напряжения.

Обе величины находятся в зависимости между собой и влияют на зажигание дуги в очередном полупериоде. Если электрическая прочность превысит восстанавливающее напряжение, то дуга уже не загорится. В противном случае она будет устойчиво гореть.

Основные способы гашения дуги

Довольно часто используется метод удлинения дуги, когда в процессе расхождения контактов при отключении цепи происходит ее растяжение (рис.1). За счет увеличения поверхности условия охлаждения существенно улучшаются, а для поддержки горения требуется большее значение напряжения.

1.

В другом случае общая электрическая дуга разделяется на отдельные короткие дуги (рис.2). Для этого может использоваться специальная металлическая решетка.

В ее пластинах под действием вихревых токов наводится электромагнитное поле, затягивающее дугу для разделения. Данный способ широко применяется в коммутационной аппаратуре напряжением менее 1 кВ.

Типичным примером являются воздушные автоматические выключатели.

2.

Довольно эффективным считается гашение в небольших объемах, то есть, внутри дугогасительных камер. В этих устройствах имеются продольные щели, совпадающие по осям с направлением ствола дуги. В результате соприкосновения с холодными поверхностями, дуга начинает интенсивно охлаждаться, активно выделяя заряженные частицы в окружающую среду.

Использование высокого давления. В этом случае температура остается неизменной, давление возрастает, а ионизация уменьшается. В таких условиях дуга усиленно охлаждается. Для создания высокого давления используются плотно закрывающиеся камеры. Способ особенно эффективен для плавких предохранителей и другой аппаратуры.

Гашение дуги может происходить с помощью масла, куда помещаются контакты. При их размыкании появляется дуга, под действием которой масло начинает активно испаряться.

Она оказывается покрыта газовым пузырем или оболочкой, состоящей на 70-80% из водорода и масляных паров.

Под влиянием выделяемых газов, попадающих прямо в зону ствола, холодный и горячий газ внутри пузыря перемешивается, интенсивно охлаждая дуговой промежуток.

Другие методы гашения

Гашение электрической дуги может выполняться за счет роста ее сопротивления. Оно постепенно возрастает, а ток снижается до значения, недостаточного для поддержания горения. Основным недостатком данного метода считается продолжительное время гашения, в течение которого в дуге рассеивается большое количество энергии.

Увеличение сопротивления дуги достигается разными способами:

  • Удлинение дуги, поскольку ее сопротивление находится в прямой пропорциональной зависимости с длиной. Для этого нужно изменить зазор между контактами в сторону увеличения.
  • Охлаждение среды между контактами, где расположена дуга. Чаще всего применяется обдув, направляемые вдоль дуги.
  • Контакты помещаются в газовую среду с низкой степенью ионизации или в вакуумную камеру. Данный метод используется в газовых и вакуумных выключателях.
  • Поперечное сечение дуги можно снизить, пропуская ее через узкое отверстие или уменьшая площадь контактов.

В цепях с переменным напряжением для гашения дуги используется метод нулевого тока. В этом случае сопротивление сохраняется на низком уровне, пока значение тока не снизится до нуля.

В результате, гашение происходит естественным путем, а зажигание не повторяется вновь, хотя напряжение на контактах может и увеличиться. Падение до нулевой отметки происходит в конце каждого полупериода и дуга гаснет на короткое время.

Если увеличить диэлектрическую прочность промежутка между контактами, то дуга так и останется погасшей.

Последствия действия электрической дуги

Разрушительное воздействие дуги представляет серьезную опасность не только для оборудования, но и для работающих людей. При неблагоприятном стечении обстоятельств можно получить серьезные ожоги. Иногда поражение дугой заканчивается летальным исходом.

Как правило, электрическая дуга возникает в момент случайного контакта с токоведущими частями или проводниками. Под действием тока короткого замыкания плавятся провода, ионизируется воздух, создаются другие благоприятные условия для образования плазменного канала.

В настоящее время в области электротехники удалось добиться существенных положительных результатов с помощью современных защитных средств, разработанных против электрической дуги.

Что такое электрическая дуга и как она возникает

Электрическая дуга и причины ее возникновения
При коммутации электрических приборов или перенапряжений в цепи между токоведущими частями может появится электрическая дуга.

Она может использоваться в полезных технологических целях и в то же время нести вред оборудованию. В настоящее время инженеры разработали ряд методов борьбы и использования в полезных целях электрической дуги.

В этой статье мы рассмотрим, как она возникает, ее последствия и область применения.

Образование дуги, её строение и свойства

Представим, что мы в лаборатории проводим эксперимент. У нас есть два проводника, например, металлических гвоздя.

Расположим их острием друг к другу на небольшом расстоянии и подключим к гвоздям выводы регулируемого источника напряжения.

Если постепенно увеличивать напряжение источника питания, то при определенном его значении мы увидим искры, после чего образуется устойчивое свечение подобное молнии.

https://www.youtube.com/watch?v=LFZO_g1QZyU

Таким образом можно наблюдать процесс её образования. Свечение, которое образуется между электродами — это плазма. Фактически это и есть электрическая дуга или протекание электрического тока через газовую среду между электродами. На рисунке ниже вы видите её строение и вольт-амперную характеристику:

А здесь – приблизительные величины температур:

Почему возникает электрическая дуга

Всё очень просто, мы рассматривали в статье об электрическом поле, а также в статье о распределении зарядов в проводнике, что если любое проводящее тело (стальной гвоздь, например) внести в электрическое поле — на его поверхности начнут скапливаться заряды. При том, чем меньше радиус изгиба поверхности, тем их больше скапливается. Говоря простым языком — заряды скапливаются на острие гвоздя.

Между нашими электродами воздух — это газ. Под действием электрического поля происходит его ионизация. В результате всего этого возникают условия для образования электрической дуги.

Напряжение, при котором возникает дуга, зависит от конкретной среды и её состояния: давления, температуры и прочих факторов.

Интересно: по одной из версий это явление так называется из-за её формы. Дело в том, что в процессе горения разряда воздух или другой окружающий её газ разогревается и поднимается вверх, в результате чего происходит искажение прямолинейной формы и мы видим дугу или арку.

Для зажигания дуги нужно либо преодолеть напряжение пробоя среды между электродами, либо разорвать электрическую цепь.

Если в цепи есть большая индуктивность, то, согласно законам коммутации, ток в ней не может прерваться мгновенно, он будет протекать и далее.

В связи с этим будет возрастать напряжение между разъединенными контактами, а дуга будет гореть пока не исчезнет напряжение и не рассеется энергия, накопленная в магнитном поле катушки индуктивности.

Рассмотрим условия зажигания и горения:

Между электродами должен быть воздух или другой газ. Для преодоления напряжения пробоя среды потребуется высокое напряжение в десятки тысяч вольт – это зависит от расстояния между электродами и других факторов. Для поддержания горения дуги достаточно 50-60 Вольт и тока в 10 и больше Ампер. Конкретные величины зависят от окружающей среды, формы электродов и расстояния между ними.

Вред и борьба с ней

Мы рассмотрели причины возникновения электрической дуги, теперь давайте разберемся какой вред она наносит и способы её гашения. Электрическая дуга наносит вред коммутационной аппаратуре.

Вы замечали, что, если включить мощный электроприбор в сеть и через какое-то время выдернуть вилку из розетки — происходит небольшая вспышка.

Это дуга образуется между контактами вилки и розетки в результате разрыва электрической цепи.

Важно! Во время горения электрической дуги выделяется много тепла, температура её горения достигает значений более 3000 градусов Цельсия. В высоковольтных цепях длина дуги достигает метра и более. Возникает опасность как нанесения вреда здоровью людей, так и состоянию оборудования.

Тоже самое происходит и в выключателях освещения, другой коммутационной аппаратуре среди которых:

  • автоматические выключатели;
  • магнитные пускатели;
  • контакторы и прочее.

В аппаратах, которые используются в сетях 0,4 кВ, в том числе и привычные 220 В, используют специальные средства защиты – дугогасительные камеры. Они нужны чтобы уменьшить вред, наносимый контактам.

В общем виде дугогасительная камера представляет собой набор проводящих перегородок особой конфигурации и формы, скрепленных стенками из диэлектрического материала.

При размыкании контактов образовавшаяся плазма изгибается в сторону камеры дугогашения, где разъединяется на небольшие участки. В результате она охлаждается и гасится.

В высоковольтных сетях используют масляные, вакуумные, газовые выключатели. В масляном выключателе гашение происходит коммутацией контактов в масляной ванне.

При горении электрической дуги в масле оно разлагается на водород и газы.

Вокруг контактов образуется газовый пузырь, который стремиться вырваться из камеры с большой скоростью и дуга охлаждается, так как водород обладает хорошей теплопроводностью.

В вакуумных выключателях не ионизируются газы и нет условий для горения дуги. Также есть выключатели, заполненные газом под высоким давлением. При образовании электрической дуги температура в них не повышается, повышается давление, а из-за этого уменьшается ионизация газов или происходит деионизация. Перспективным направлением считаются элегазовые выключатели.

Также возможна коммутация при нулевом значении переменного тока.

Полезное применение

Рассмотренное явление нашло и целый ряд полезных применений, например:

  1. Осветительные приборы. Например, дугоразрядные лампы (ДРЛ, ксеноновые и другие виды). Если добавить на электроды соли определенных металлов — цвет электрической дуги изменится.
  2. Электродуговая сварка. При касании электродом поверхности металла протекает высокий ток, который разогревает металл. Когда вы отрываете электрод, ток не может прерваться, разогретые поверхности эмитируют электроды и возникает дуга. При оплавлении металлических свариваемых поверхностей и расплавлении самого электрода возможно соединение двух частей или их разрезание. Есть различные виды сварки, например, с использованием электродов или газа — углекислого или аргона. Она используется повсеместно и внесла огромный вклад в жилое и промышленное строительство.
  3. Дуговая плавка. Электрическая дуга зависит от электрических параметров источников питания, таким образом можно регулировать её горение. Благодаря высокой температуре удается расплавить большое число металлов.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

Теперь вы знаете, что такое электрическая дуга, какие причины возникновения данного явления и возможные сферы применения. Надеемся, предоставленная информация была для вас понятной и полезной!

Материалы по теме:

Явление электрической дуги

Электрическая дуга и причины ее возникновения

Электрическая дуга представляет собой электрический разряд в среде (воздух, вакуум, элегаз, трансформаторное масло) с большим током, низким напряжением, высокой температурой. Это явление как электрическое, так и тепловое.

Может возникать между двумя контактами при их размыкании.

Обратимся к ВАХ-диаграмме:

На данном графике у нас зависимость тока от напряжения, немного не в масштабе, но так нагляднее. Значит, есть три области:

  • в первой области у нас высокое падение напряжения у катода и малые токи – это область тлеющего разряда
  • во второй области у нас падение напряжения резко снижается, а ток продолжает увеличиваться – это переходная область между тлеющим и дуговым разрядом
  • третья область характеризует дуговой разряд – малое падение напряжения и высокая плотность тока и следовательно высокая температура.

Механизм возникновения дуги может быть следующий: контакты размыкаются и между ними возникает разряд. В процессе размыкания воздух между контактами ионизируется, обретая свойства проводника, затем возникает дуга. Зажигание дуги – это процессы ионизации воздушного промежутка, гашение дуги – явления деионизации воздушного промежутка.

Явления ионизации и деионизации

В начале горения дуги преобладают процессы ионизации, когда дуга устойчива, то процессы ионизации и деионизации происходят одинаково часто, как-только процессы деионизации начинают преобладать над процессами ионизации – дуга гаснет.

ионизация:

  • термоэлектронная эмиссия – электроны отрываются от раскаленной поверхности катодного пятна;
  • автоэлектронная эмиссия – электроны вырываются с поверхности из-за высокой напряженности электрического поля.
  • ионизация толчком – электрон вылетает с достаточной скоростью и в пути сталкивается с нейтральной частицей, в результате образуется электрон и ион.
  • термическая ионизация – основной вид ионизации, поддерживает дугу после её зажигания. Температура дуги может достигать тысяч кельвинов, а в такой среде увеличивается число частиц и их скорости, что способствует активным процессам ионизации.

деионизация:

  • рекомбинация – образование нейтральных частиц из противоположно заряженных при взаимодействии
  • диффузия – положительно заряженные частицы отправляются “за борт”, из-за действия электрического поля дуги от середины к границе

Бывают ситуации, когда при размыкании контактов дуга не загорается, тогда говорят о безыскровом разрыве. Такое возможно при малых значениях тока и напряжения, или при отключении в момент, когда значение тока проходит через ноль.

Свойства дуги постоянного тока

Дуга может возникать как при постоянном токе-напряжении, так и при переменном. Начнем рассмотрение с постоянки:

Анодная и катодная области – размер=10-4см; суммарное падение напряжения=15-30В; напряженность=105-106В/см; в катодной области происходит процесс ударной ионизации из-за высокой напряженности, образовавшиеся в результате ионизации электроны и ионы образуют плазму дуги, которая обладает высокой проводимостью, данная область отвечает за разжигание дуги.

Ствол дуги – падение напряжения пропорционально длине дуги; плотность тока порядка 10кА на см2, за счет чего и температура порядка 6000К и выше. В данной области дуги происходят процессы термоионизации, данная область отвечает за поддержание горения.

ВАХ дугового разряда постоянного тока

Эта кривая соответствует кривой 3 на самом верхнем рисунке. Тут есть:

  • Uз – напряжение зажигания
  • Uг – напряжение гашения

Если ток уменьшить от Io до 0 мгновенно, то получится прямая, которая лежит снизу. Эти кривые характеризуют дуговой промежуток как проводник, показывают какое напряжение нужно приложить, чтобы создать в промежутке дугу.

Чтобы погасить дугу постоянного тока, необходимо, чтобы процессы деионизации преобладали над процессами ионизации.

Сопротивление дуги:

  • можно определить из ВАХ дуги
  • активное, независимо от рода тока
  • переменная величина
  • падает с ростом тока

Если разорвать цепь амперметра под нагрузкой, то тоже можно увидеть дугу.

Если не отображается плеер (значит у вас старый браузер), можете скачать видео в формате mp4 по этой ссылке

Свойства дуги переменного тока

Особенностью дуги переменного тока является её поведение во времени. Если посмотреть на график ниже, то видно, что дуга каждый полупериод проходит через ноль.

Видно, что ток отстает от напряжения примерно на 90 градусов. Вначале появляется ток и резко повышается напряжение до величины зажигания (Uз). Далее ток продолжает расти, а падение напряжения снижается.

В точке максимального амплитудного значения тока, значение напряжения дуги минимальное. Далее ток стремится к нулю, а падение напряжения опять возрастает до значения гашения (Uг), которое соответствует моменту, когда ток переходит через ноль. Далее всё повторяется опять.

Слева от временной характеристики приведена вольт-амперная характеристика.

Особенностью переменной дуги, кроме её зажигания и гашения на протяжении полупериода, является то, как ток пересекает ноль. Это происходит не по форме синусоиды, а более резко.

Образуется бестоковая пауза, во время которой происходят знакомые нам процессы деионизации. То есть возрастает сопротивление дугового промежутка.

И чем больше возрастет сопротивление, тем сложнее будет дуге обратно зажечься.

Если дуге дать гореть достаточно долго, то уничтожению подлежат не только контакты, но и само электрооборудование. Условия для гашения дуги заложены на стадии проектирования, постоянно внедряются новые методы борьбы с этим вредным явлением в коммутационных аппаратах.

Само по себе явление дуги не является полезным для электрооборудования, так как ведет к ухудшению эксплуатационных свойств контактов: выгорание, коррозия, механическое повреждение.

Но не всё так печально, потому что светлые умы нашли полезное применение дуговому разряду – использование в дуговой сварке, металлургии, осветительной технике, ртутных выпрямителях.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Последние статьи

Расшифровка маркировок кабелей из СПЭ, БПИ и ПВХ

Чтобы сохранить документ в ворде нажми ctrl+s

Испытание трансформаторного масла на пробой

Самое популярное

Единицы измерения физвеличин

Электрическая дуга: что это такое, причины возникновения, свойства

Электрическая дуга и причины ее возникновения

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.

Рис. 1. Грозовой разряд

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.

Рис. 2. Электрическая дуга

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.

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. Чрезвычайновысокую температуру плазменного ствола и околоэлектродных зон.
  2. Длительноегорение, при поддержании условий образования ионов.

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

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.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.