26. Основные положения теории коммутации электрических цепей.

Под коммутацией электрических цепей подразумевают коммутации замыкания или размыкания электрической цепи, при которой изменение е сопротивления происходит практически скачкообразно.

Качество коммутации электрической цепи определяется временем и глубиной коммутации, коммутационными перенапряжениями, а для контактных аппаратов еще объемом ионизированных газов, а так электрическим износом контактов.

Глубиной коммутации называют отношение сопротивления коммутирующего органа в отключенном состоянии к его сопротивлению во включенном состоянии.

Во включенном состоянии сопротивление его коммутирующего органа мало (мкОм), а при отключенном аппарате сопротивление резко возрастает. В контактных аппаратах оно равно сопротивлению изоляции межконтактного промежутка (МОм).

Переход от одного режима работы электрической цепи к другому происходит не мгновенно, а занимает некоторое время. Это объясняется тем, что каждому установившемуся состоянию электрической цепи соответствует определенный запас энергии электрического и магнитного полей, созданные напряжением и током этой цепи. Переход к новому режиму работы связан с нарастанием или убыванием энергии этих полей. Энергия, запасаемая в магнитном поле индуктивности и энергия запасаемая в электрическом поле емкости не могут изменяться мгновенно, т.к. в противном случае мощность равная производной энергии по времени достигала бы , что невозможно.

Для электрической цепи состоящей из последовательно соединенных L и R элементов , если ток изменится скачком, то напряжение будет стремиться к , что невозможно.

Для электрической цепи состоящей из C и R элементов , так как , то . Если ток изменится скачком, то

Основной закон коммутации:

-в процессе коммутации ток в индуктивности и напряжение на емкости не могут изменяться скачком, а изменяются плавно.

27. Процессы при ионизации и деионизации дугового промежутка.

Процессы при ионизации дугового промежутка.

В обычных условиях воздух является хорошим изолятором, но при определенной концентрации в нем заряженных частиц становится проводником.

Процесс отделения от нейтральной частицы одного или нескольких электронов и образование свободных электронов и положительно заряженных ионов называется ионизацией

Ионизация газа может происходить под действием света, рентгеновских лучей, высокой температуры, под влиянием электрического поля и других факторов.

Для дуговых процессов в электрических аппаратах наибольшее значение имеют процессы происходящие у контактов – термоэлектронная и автоэлектронная эмиссия, а из процессов происходящих в дуговом промежутке – термическая ионизация и ионизация толчком.

Термоэлектронной эмиссией называется явление испускания электронов из накаленной поверхности.

При расхождении контактов резко возрастает переходное сопротивление и возрастает плотность тока. Контактная площадка разогревается температуры плавления и образуется мостик из расплавленного металла, который при дальнейшем расхождении контактов рвется. На отрицательном катоде образуется катодное тепло, которое служит основанием дуги и очагом излучения электронов в первый момент расхождения контактов. Плотность тока термоэлектронной эмиссии зависит от температуры и материала электрода. Она не велика и может быть достаточной для возникновения электрической дуги, но не достаточной для ее горения.

Автоэлектронная эмиссия – это явление испускания электронов из катода под воздействием сильного электрического поля. Напряженность поля между контактами во время нарастания напряжения может достигать , что достаточно для вырывания электронов из холодного катода. Ток автоэлектронной эмиссии так же мал, и может служить только началом развития дугового разряда.

Ионизация толчком – если свободный электрон будет обладать достаточной скоростью, то при столкновении с нейтральной частицей он может выбить из нее электрон, в результате получатся новый свободный электрон и положительный ион.

Вновь полученный электрон может ионизировать следующую частицу. Чтобы электрон мог ионизировать частицу газа, он должен двигаться с определенной скоростью. Скорость электрона зависит от разности потенциалов по длине его свободного пробега. Минимальное значение разности потенциалов, которое необходимо иметь по длине пробега, чтобы электрон в конце пути имел необходимую скорость для ионизации толчком, называют потенциалом ионизации. Этот потенциал различен для различных газов (О₂=15,5 В и т.д.). Потенциал ионизации газовой смеси определяется самым низким из потенциалов ионизации компонентов газовой смеси и очень мало зависит от концентрации этих компонентов.

Термическая ионизация – это процесс ионизации под воздействием высокой температуры. Это единственный вид ионизации поддерживающий горение дуги (t от 4000 до 7000 К).

При такой температуре резко возрастает число быстродвижущихся частиц газа и их скорость. Основной характеристикой термической ионизации является степень ионизации, т.е. отношение числа ионизированных атомов в промежутке к общему числу атомов в этом промежутке.

Процессы при деионизации дугового промежутка.

Одновременно с процессами ионизации в дуге происходят обратные процессы, т.е. воссоединение заряженных частиц и образование нейтральных частиц. Эти процесс называется деионизацией.

При возникновении дуги преобладают процессы ионизации. В устойчиво горящей дуге процессы ионизации и деионизации одинаково интенсивны. При преобладании процессов деионизации дуга гаснет.

Деионизация происходит за счет рекомбинации и диффузии.

Рекомбинация – это процесс, при котором различно заряженные частицы образуют нейтральные частицы. Непосредственное соединение электронов с положительными ионами из-за большой разности скоростей маловероятна. Обычно рекомбинация происходит при помощи нейтральной частицы, которую электрон заряжает. При соударении этой отрицательной частицы с положительным ионом образуется одна или две нейтральные частицы.

Различают рекомбинацию в объеме, когда третьим телом служит нейтральная частица газа, и рекомбинацию на поверхности, когда третьим телом служит поверхность внутри дуги. В последнем случае электроны заряжают стенки ДГК (дугогасительной камеры) до потенциала, при котором положительные ионы притягиваются к этой поверхности и, присоединив электрон, образуют нейтральную частицу.

Диффузия – это процесс выноса заряженных частиц из дугового промежутка в окружающее пространство, что уменьшает проводимость дуги. Диффузия обусловлена и электрическими и тепловыми факторами. Плотность зарядов в стволе дуги убывает от центра к периферии.

В виду этого создается электрическое поле, заставляющее ионы двигаться от центра к периферии и покидать область дуги. В том же направлении изменяется температурное поле. Заряженные частицы вышедшие из области дуги в итоге рекомбинируются вне этой области. В стабилизированной и свободно горящей дуге диффузия играет ничтожно малую роль. В дуге, обдуваемой сжатым воздухом, а так же в быстродвижущейся дуге деионизация за счет диффузии близка по значению к деионизации рекомбинацией.

В дуге горящей в узкой щели или в закрытой камере деионизация происходит главным образом за счет рекомбинации.