Билет 12.

Разновидности дуговых печей. Дуговые печи - электротермические установки, источником тепла в которых является дуга, свободно горящая в атмосфере воздуха, в газовой среде или в вакууме. Существует 3 разновидности дуговых печей: печи прямого действия, косвенного действия и рудно-термические печи (дуговые печи сопротивления). В дуговых печах косвенного действия дуга горит между электродами, расположенными над нагреваемым материалов и теплообмен между эл. дугой и материалом осуществляется в основном за счёт излучения. В дуговых печах прямого действия эл. дуга горит между концами электродов и нагреваемым материалом. Нагрев материала осуществляется при выделении энергии в опорных пятнах дуги, протекании тока через расплав, а также за счет излучения плазмы дуги, конвекции и теплопроводности. В дуговых печах сопротивления дуга горит под слоем электропроводной шихты (состоит из руды, метал. лома и шлакообразующих). Теплота выделяется в дуговом разряде и преимущественно при прохождении тока через шихту в расплавленных материалах. Передача теплоты в объём печи осуществляется за счет теплопроводности, излучения и в меньшей мере конвекции.

Преобразование электрической энергии в тепловую (электродуговой метод). Материал нагревается за счет выделения теплоты, поступающей от электрической дуги и электродов.

П робой бой газов. Пробой газов. Явление пробоя газов представляет собой интерес потому, что все изоляционные конструкции работают в газовой среде или окружены воздухом. Кроме того, для ряда целей специально применяют газовую изоляцию. В электрическом поле ион (электрон) движется ускоренно, причем скорость его V перед столкновением зависит от напряженности поля Е и от длины свободного пробега. С ростом Е увеличивается V и кинетическая энергия иона W. При некотором значении Е энергия электрона достигает такого значения, которое достаточно для разрушения нейтральной молекулы при соударении. При этом происходит ионизация молекулы. Она разбивается на положительный ион и электрон, которые также способны ионизировать встречные молекулы газа. Начинает развиваться явление ударной ионизации, в результате которого число свободных ионов в газе быстро нарастает, идет образование «ионной лавины» и газ начинает проводить ток, т. е. происходит его пробой.

Ударная ионизация в газах развивается при относительно небольших напр-х, поэтому электрическая прочность газов в норм. условиях невелика и составляет Епр 0,5 кВ/мм. Зависимость эл. прочности газа от давления показана на рис. Повышение давления от нормального (1ат=760мм рт. ст.) сопровождается ростом Е_пр. Это объясняется тем, что уменьшается длина свободного пробега. Для того чтобы на меньшем значении λ ион успел накопить энергию, достаточную для разрушения нейтральной молекулы, требуется более высокое значение Е. Практически имеет смысл повышать давление до 15-20 ат, далее рост Епр с давлением резко замедляется. Используя высокое давление, можно повысить электрическую прочность газовой изоляции до 20-25кВ/мм. Снижение давления - высокий вакуум, также увеличивает Епр газовой изоляции до 50 кВ/мм и выше. Это объясняется уменьшением вероятности столкновения движущегося иона с молекулой газа, так как кол-во молекул в единице объема резко снижено.

Пробой твердых диэлектриков. Теория теплового пробоя, согласно которой причиной пробоя является нарушение теплового равновесия в «слабом месте» диэлектрика. Слабое место - это участок с повышенной проводимостью (скопление загрязнений, механическое повреждение ), по кот. проходит большая часть тока утечки. В слабом месте выделяется кол-во тепла Q1 одновременно от него отводится к электродам и в окружающую часть диэлектрика количество тепла Q2. Если напр-е не очень велико, то имеет место тепловое равновесие Q1=Q2 и диэлектрик работает нормально. Если повышать напр-е, то можно нарушить тепл. равновесие. Тогда появляется избыток тепла, который повышает тем-ру слабого места, при этом возрастает ток утечки и кол-во тепла. Создаются условия для неогр. возрастания тем-ры слабого места, что приводит к чисто тепловому его разрушению - диэлектрик плавится или прогорает. Q1=U²ωCtgδ, Q2=α_tS_охл(t-t₀). Электрический пробой: физ. сущность эл. пробоя состоит в отрыве электронов от ядер атомов д-ка действием внешнего эл. поля. В диэл-ке электрон связан с ядром атома упр. силами. Под действием поля электрон смещается в сторону от ядра. При достаточно сильном эл. поле упругая сила, связ-ая электрон с ядром, будет преодолена и поле оторвет электрон, сделав его свободным.