§ 3.7 Физические процессы в эл. Дуге на контактах эа.

При коммутации цепи на контактах возникает газовый разряд (дуговой или искровой). Если I_к>I₀=(0,4…1)А, а U_к>U₀=(12…17)В, то возникает дуговой разряд, где I₀ и U₀ – миним. значения, необходимые для существования дугового разряда. Если I_к<I₀, а U_к>300В, то возникает искровой разряд. При др. значениях I_к и U_к возник-ют др. виды разрядов. Наибольшее разрушительное воздействие оказывает дуговой разряд. Он как по внешнему виду, так и по физ. хар-кам можно разбить на 3 области: 1) прикатодная – хар-ся: а) малой длит-тью мм. длине свободного пробега электрона, б) большой напряженностью эл. поля Е_к=20 кВ/мм, что говорит о низкой эл.проводности, в) прикатодным падением напряжения: В. г) узким каналом разряда, что ↑ сопр-е дуги и приводит к всплеску температуры, плотность тока . 2) прианодная – хар-ки этой области аналогичны первой, но по значению они ниже. 3) столб дуги – предст-ет собой ярко светящуюся смесь электронов, «+» ионов и возбужденных нейтральных атомов с температурой t=(4…10)∙10³ °C. Это сильноионизированный газ (плазма). Он хар-ся: а) малой напряженностью E_ст=(1…2) В/мм, что объясняется высокой эл.проводностью дуговой плазмы. б) низкой скоростью нарастания потенциала φ вдоль столба дуги (малая E_ст). . в) степень участия заряженных частиц в пров-ти дуговой плазмы пропорц-лен скорости их движения (эл.проводность обеспеч-ся электронами, скорость которых в 1000 раз > скорости тяжелых «+» ионов). Ток дуговой плазмы в основном электронный. Осн. источником электронов в столбе дуги явл-ся объемная термическая ионизация (ОТИ). При столь высокой температуре столба дуги скорость достигает значения, при которой их столкновение приводит к ионизации. Идет процесс не только ионизации, но и деионизации за счет рекомбинации и диффузии.

- ур-е баланса носителей заряда, где n – число пар ионов в единице объема дуговой плазмы. - скорость образования, которая зависит от: 1) 2) Р – давление среды : а) - ОТИ↓ б) теплопроводность ↑→ ↓. 3) от кол-ва паров металла, испарившегося с поверхности (пары имеют меньший потенциал ионизации → ↓, при которой ОТИ становится недостаточной). Потенциал – энергия, которую необходимо сообщить атому, чтобы произошла его ионизация.

- скорость исчезновения пар заряженных частиц за счет рекомбинации, где - к-т рекомбинации. зависит от: 1) от . 2) от . - скорость исчезновения пар заряж. частиц за счет диффузии, где - к-т диффузии. зависит от: 1) скорости движения тяжелых «+» ионов газа, в котором горит дуга, т.к. плазмы дуги может покинуть одинак. кол-во электронов и «+» ионов. Это обеспечивается образованием вокруг дуги объемного «-» заряда. Он будет препятствовать дальнейшему вылету электронов. В рез-те устанавливается равенство между электронами и «+» ионами, покидающими за счет диффузии плазму. Эл. дуга остается электрически нейтральной. Водород в 7 раз лучше гасит дугу, чем кислород. 2) от концентрации n. 3) от r – радиуса столба дуги.

В устойчивогорящей дуге . Чтобы дуга погасла, необходимо обеспечить . Наиболее эффективно: 1) . 2) . 3) вакуум. 4) . 5) обдув газом высокого давления.