Элегазовые выключатели распределительных устройств высокого напряжения. Афонин В.В - 10 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Особенность дугового разряда при высоком давлении газа заключается в том, что дополнительная
энергия, которую приобретают электроны и ионы в своём направленном движении вдоль оси дугового
столба, очень мала по сравнению с тепловой энергией газа, так как градиент напряжения и длина сво-
бодного пробега малы. Поэтому средняя энергия «электронного газа» не может сколько-нибудь заметно
превысить среднюю энергию нейтрального газа. Следовательно, ионы, электроны, а также нейтральные
атомы и молекулы находятся в тепловом равновесии. В этом заключается основное отличие дугового
разряда при высоком давлении от разряда при низком давлении. В последнем случае температура ней-
трального газа не превышает нескольких сотен градусов, в то время как температура электронного газа
достигает десятков тысяч градусов.
Поскольку при высоком давлении газа атомы и молекулы подавляющим образом преобладают над
электронами и имеют почти ту же высокую температуру, большая часть возбуждённых и ионизирован-
ных атомов и молекул получается при соударениях между нейтральными частицами, а не при столкно-
вениях с электронами. Таким образом, электроны ионизируют не непосредственно при соударениях с
нейтральными частицами (как это происходит в вакууме), а косвенно, повышая температуру газа в ду-
говом столбе. Такой механизм ионизации называют термической ионизацией. При этом удельная иони-
зация дугового столба полностью определяется температурой и при изменении одной из этих величин
неизбежно меняется и другая. Источником энергии, необходимой для термической ионизации, является
электрическое поле.
В дуговом столбе имеются потери энергии, которые в установившемся состоянии уравновешивают-
ся энергией, получаемой из сети. Основная часть энергии уносится из дугового столба возбуждёнными
и ионизированными атомами и молекулами. Вследствие разности концентраций заряженных частиц в
дуговом столбе и окружающем пространстве, а также разности температур ионы диффундируют к по-
верхности дугового столба, где происходит их нейтрализация. Эти потери должны восполняться обра-
зованием новых ионов и электронов, т.е. ионизацией газа, связанной с затратой энергии. В установив-
шемся состоянии градиент напряжения в столбе дуги всегда таков, что имеющая место ионизация ком-
пенсирует потери электронов через рекомбинацию. Градиент напряжения зависит от свойств газа, со-
стояния, в котором он находится (спокойное, турбулентное), а также от давления и тока. При повыше-
нии давления газа градиент напряжения увеличивается вследствие уменьшения свободного пробега
электронов. С увеличением тока градиент напряжения уменьшается, что объясняется увеличением
площади сечения и температуры дугового столба. Дуговой столб стремится принять такое сечение, что-
бы в рассматриваемых условиях потери энергии были минимальны.
Вольт-амперные характеристики дуги.
Зависимость напряжения дуги от тока при очень медленном
изменении последнего представляет собой статическую характеристику дуги (рис. 1.4). В установив-
шемся состоянии каждой точке характеристики соответствуют некоторое сечение и температура дуго-
вого столба. При изменении тока дуговой столб должен изменить своё сечение и температуру примени-
тельно к новым условиям. Эти процессы требуют времени, и поэтому новое установившееся состояние
наступает не сразу, а с некоторым запаздыванием. Это явление называют гистерезисом.
Допустим, что ток внезапно уменьшился от значения
i
1
(точка
1
) до значения
i
2
. В первый момент
дуга сохранит своё сечение и температуру, а градиент уменьшится (точка
2´
). Подводимая мощность
будет меньше необходимой для проведения тока
i
2
. После этого сечение и температура дугового столба
начнут уменьшаться, а градиент напряжения увеличиваться, пока не наступит новое установившееся
состояние в точке
2
, лежащей на статической характеристике. При внезапном увеличении тока от зна-
чения
i
1
до значения
i
3
градиент напряжения увеличится (точка
3΄
). Подводимая к дуге мощность будет
больше необходимой для проведения тока
i
3
. После этого сечение и температура столба начнут увели-
чиваться, а градиент напряжения уменьшаться, пока не наступит новое установившееся состояние в
точке
3
, лежащей на статической характеристике.

Страницы