9.1.4 Термическая ионизация

Это процесс ионизации под воздействием высокой температуры.

Поддержание дуги после ее возникновения, т.е. обеспечение дугового разряда достаточным количеством свободных электронов, объясняется практически единственным видом ионизации – термической ионизацией.

Температура ствола дуги достигает 4-7 тысяч градусов Кельвина. При такой высокой температуре быстро возрастает как число быстро движущихся молекул, так и их скорость. При столкновении быстро движущихся молекул и атомов большая часть их разрушается, с образованием заряженных частиц.

Основной характеристикой термической ионизации является степень ионизации, представляющая собой отношение числа ионизированных атомов в дуговом промежутке к общему числу атомов в этом промежутке. Пары металла значительно быстрее ионизируются, чем воздух, что объясняется их более низким потенциалом ионизации.

9.2 Процессы, возникающие при деионизации дугового промежутка

Одновременно с процессами ионизации в дуге происходят обратные процессы, т.е. воссоединение заряженных частиц и образование нейтральных частиц. Этот процесс носит название деионизации.

При возникновении дуги преобладают ионизационные процессы, в устойчиво горящей дуге процессы оба процесса одинаково интенсивны, а при преобладании процессов деионизации дуга гаснет.

Деионизация происходит, главным образом, за счет рекомбинации и диффузии.

9.2.1 Рекомбинация

Рекомбинацией называется процесс, при котором различно заряженные частицы, приходя во взаимное соприкосновение, образуют нейтральные частицы. Интенсивность рекомбинации усиливается с уменьшением температуры дуги и увеличением давления. В электрической дуге, горящей вблизи поверхности дугогасительной камеры рекомбинация основных носителей зарядов в дуге – электронов с положительными ионами происходит следующим путем: Электроны заряжают поверхность стенки камеры до некоторого отрицательного потенциала, при котором положительные ионы притягиваются к этой поверхности и, присоединив электрон, образуют нейтральную частицу.

При рекомбинации, часть энергии освобождается в виде излучения квантов света (фотонов).

9.2.2 Диффузия

Это вынос заряженных частиц из области горения дуги в окружающую среду. Тем самым уменьшается проводимость дуги.

Диффузия обусловлена как электрическими, так и тепловыми факторами. Плотность зарядов в стволе дуги возрастает от периферии к центру. В виду этого создается электрическое поле, заставляющее ионы двигаться от центра к периферии и покидать область дуги. В этом же направлении действует и разность температур ствола дуги и окружающего пространства. Заряженные частицы, вышедшие из области дуги в итоге рекомбинируются вне этой области.

В свободно горящей дуге диффузия играет ничтожно малую роль. Однако ее роль усиливается в дуге, обдуваемой сжатым воздухом, и в открытой движущейся дуге.

К числу явлений, облегчающих гашение дуги, относится диссоциация (разложение) нейтральных молекул газов на отдельные атомы.

Диссоциация молекул газа сопровождается поглощением тепловой энергии. Температура дуги при этом понижается, процесс деионизации будет преобладать над процессом ионизации и условия для гашения дуги улучшаются.

В качестве дугогасящего газа чаще всего применяют водород. Он выделяется в дугогасительных камерах при разложении под действием высокой температуры дуги трансформаторного масла, фибры, оргстекла.