「電気アーク」というフレーズの意味。 電気アークとその特性

1. アークの開始と燃焼の条件

オープニング 電子回路その中に電流が存在すると、接点間の放電が伴います。 切断された回路で、接点間の電流と電圧がこれらの条件の臨界値よりも大きい場合、 アーク、その燃焼時間は回路のパラメータとアークギャップの脱イオン化の条件に依存します。 銅接点を開くときのアークの形成は、すでに0.4〜0.5 Aの電流と15 Vの電圧で可能です。

米。 1. 静止 DC アーク電圧 U(a) と強度の位置E(b)。

アークでは、カソード付近の空間、アークのシャフト、およびアノード付近の空間が区別されます（図1）。 すべての応力はこれらの領域に分散されます うに、 う SD、 う A. 直流アークの陰極電圧降下は 10-20 V であり、この部分の長さは 10-4-10-5 cm であるため、陰極近くで高い電界強度 (105-106 V/cm) が観察されます。 . このような高強度では、衝突イオン化が発生します。 その本質は、電界の力 (電界放出) または陰極の加熱 (熱電子放出) によって陰極から引き離された電子が加速されて放出されるという事実にあります。 電界中性原子に衝突すると、それに運動エネルギーが与えられます。 このエネルギーが中性原子の殻から 1 個の電子を切り離すのに十分な場合、イオン化が発生します。 結果として生じる自由電子とイオンは、アーク シャフトのプラズマを構成します。

米。 2. .

プラズマの伝導率は金属の伝導率に近づく [ で\u003d 2500 1 / (Ohm × cm)] /アークシャフトに大電流が流れ、高温が発生します。 電流密度は 10,000 A/cm2 以上に達し、温度は大気圧で 6,000 K から高圧で 18,000 K 以上の範囲になります。

アーク シャフト内の高温は、プラズマの高い伝導率を維持する強力な熱電離につながります。

熱イオン化は、分子や原子が高速で運動する際に高い運動エネルギーで衝突することによるイオンの形成プロセスです。

アークの電流が大きいほど、その抵抗が低くなるため、アークを燃焼させるのに必要な電圧が低くなります。つまり、大電流でアークを消すことはより困難になります。

交流では、電源電圧 あなた cd は正弦波状に変化し、回路内の電流も変化します 私（図2）、電流は電圧に対して約90°遅れます。 アーク電圧 あなた e、スイッチの接点間で断続的に燃えます。 低電流では、電圧はある値まで上昇します。 あなた h (点火電圧) の場合、アーク内の電流が増加し、熱電離が増加すると、電圧が低下します。 半サイクルの終わりに、電流がゼロに近づくと、アークは消弧電圧で消滅します。 あなた d. 次の半サイクルでは、ギャップを脱イオン化するための措置が講じられていない場合、現象が繰り返されます。

アークが何らかの方法で消えた場合は、スイッチの接点間の電圧を主電源電圧に戻す必要があります - あなた vz (図 2、ポイント A)。 ただし、回路には誘導性、能動性、および容量性抵抗があるため、過渡的なプロセスが発生し、電圧変動が現れます（図2）。その振幅は う c,max は通常の電圧を大幅に超える可能性があります。 機器を切り離すには、区間ABでどのくらいの速度で電圧が回復するかが重要です。 以上をまとめると、アーク放電は衝突電離とカソードからの電子放出により始まり、点火後はアークシャフト内の熱電離によりアークが維持されることがわかります。

スイッチングデバイスでは、接点を開くだけでなく、接点間で発生したアークを消す必要があります。

AC回路では、アークの電流は半サイクルごとにゼロを通過し（図2）、これらの瞬間にアークは自然に消えますが、次の半サイクルで再び現れることがあります. オシログラムが示すように、アークの電流は、自然なゼロ交差よりも少し早くゼロに近くなります (図 3、 あ）。 これは、電流が減少すると、アークに供給されるエネルギーが減少するため、アークの温度が低下し、熱イオン化が停止するという事実によって説明されます。 むだ時間の長さ t n は小さい (数十から数百マイクロ秒) ですが、消弧に重要な役割を果たします。 デッドタイム中に接点を開いて、電気的破壊が起こらないような距離まで十分な速度で離すと、回路はすぐに切断されます。

無電流休止中は、熱イオン化が起こらないため、イオン化強度が急激に低下します。 さらに、スイッチングデバイスでは、アークスペースを冷却し、荷電粒子の数を減らすために人為的な対策が講じられています。 これらの脱イオン化プロセスにより、ギャップの絶縁耐力が徐々に増加します。 あなた pr (図 3、 b).

電流がゼロを通過した後のギャップの電気的強度の急激な増加は、主にカソード付近のスペースの強度の増加により発生します（AC回路では150〜250V）。 同時に、回復電圧が増加します。 あなた V. もしいつでも あなた広報 > あなたギャップは壊れず、電流がゼロを通過した後、アークは再び点火しません。 もしある時点で あなた pr = あなた c、その後、アークはギャップで再点火されます。

米。 3. :

あ- ゼロを通る電流の自然な遷移中のアークの消滅; b– 電流がゼロを通過するときのアークギャップの電気強度の増加

したがって、アークを消すタスクは、接点間のギャップの絶縁耐力が あなた彼らの間にはもっと緊張があった あなた V.

スイッチをオフにするデバイスの接点間の電圧上昇のプロセスは、スイッチ回路のパラメータに応じて異なる性質を持つ可能性があります。 アクティブ抵抗が優勢な回路がオフになると、非周期法則に従って電圧が回復します。 回路が誘導抵抗によって支配されている場合、発振が発生し、その周波数は回路の静電容量とインダクタンスの比率に依存します。 振動プロセスにより、電圧回復率が大幅に向上し、回復率が高くなります。 デュ V/ dt、ギャップの崩壊とアークの再点火の可能性が高くなります。 アークを消すための条件を容易にするために、アクティブ抵抗がスイッチオフ電流の回路に導入され、電圧回復の性質は非周期的になります（図3、 b).

3. 1000までのスイッチングデバイスの消弧方法の

1 kVまでのスイッチング装置では、次の消弧方法が広く使用されています。

接点の急速な発散におけるアークの伸び。

アークが長いほど、その存在に必要な電圧が高くなります。 電源の電圧が低い場合、アークは消えます。

長い円弧を一連の短い円弧に分割する (図 4、 あ).
図に示すように。 1、アーク電圧はカソードの合計です うとアノード う電圧降下とアーク軸電圧 う SD：

う d= う k+ う+ う SD= う e+ う SD。

接点が開いたときに発生した長いアークが金属板の消弧グリッドに引き込まれた場合、それは次のように分割されます。 N短い弧。 それぞれの短いアークには、独自のカソードとアノードの電圧降下があります。 う e. 次の場合にアークが消えます。

う n うあー、

どこ う- ネットワーク電圧; う e - 陰極と陽極の電圧降下の合計 (DC アークで 20 ～ 25 V)。

AC アークは次のように分割することもできます。 N短い弧。 電流がゼロを通過した瞬間、陰極付近の空間は瞬時に 150 ～ 250 V の電気的強度を獲得します。

アークが消える場合

狭い隙間で消弧。

アークが耐アーク性材料で形成された狭いスロットで燃焼する場合、冷たい表面との接触により、集中的な冷却と荷電粒子の拡散 環境. これにより、急速な脱イオンと消弧が行われます。

米。 4.

あ- 長い弧を短い弧に分割。 b– アークシュートの狭いスロットにアークを引き込みます。 Ⅴ– 磁場中のアークの回転; G- 油中のアークを消す：1 - 固定接点。 2 - アークトランク。 3 - 水素シェル; 4 - ガスゾーン; 5 - 油蒸気のゾーン。 6 - 接触の移動

磁場中のアーク運動。

電気アークは電流を伴う導体と見なすことができます。 アークが磁場内にある場合、アークは左手の法則によって決定される力の影響を受けます。 アークの軸に垂直に向けられた磁場を作成すると、並進運動が発生し、アーク シュートのスロットに引き込まれます (図 4、 b).

放射状の磁場では、アークは回転運動を受けます (図 4、 Ⅴ）。 磁場は、永久磁石、特殊なコイル、または通電回路自体によって作成できます。 アークの急速な回転と移動は、アークの冷却と脱イオン化に寄与します。

アークを消す最後の 2 つの方法 (狭いスロット内および磁場内) は、1 kV を超える電圧のスイッチング デバイスでも使用されます。

4. 1以上のデバイスでアークを消す主な方法kV。

1 kVを超えるスイッチングデバイスでは、p.p.に記載されている方法2および3。 1.3。 また、次の消弧方法が広く使用されています。

1. 油中消弧 .

切断装置の接点が油中に置かれている場合、開放中に発生するアークにより、集中的なガスの形成と油の蒸発が起こります（図4、 G）。 アークの周りに気泡が形成され、主に水素 (70 ～ 80%) で構成されます。 オイルの急速な分解により、気泡内の圧力が上昇し、冷却と脱イオン化が向上します。 水素は高い消弧特性を持っています。 アークシャフトと直接接触して、脱イオンに貢献します。 気泡の内部には、ガスと油蒸気の連続的な動きがあります。 油中での消弧は、回路遮断器で広く使用されています。

2. ガスエア 爆発 .

アークの冷却は、ガスの指向性のある動きが作成されると改善されます-ブラスト。 アークに沿って、またはアークを横切って吹き込むこと (図 5) は、ガス粒子のシャフトへの浸透、アークの激しい拡散および冷却に寄与します。 ガスは、オイルがアーク (オイル スイッチ) または固体のガス発生材料 (オートガス ブラスト) によって分解されるときに生成されます。 特殊な圧縮空気シリンダー (エア スイッチ) から来る冷たい非イオン化空気でブローする方が効率的です。

3. 現在の回路の複数の遮断 .

高電圧で大電流をオフにするのは困難です。 これは、入力エネルギーと回復電圧の値が高いと、アークギャップの脱イオン化がより複雑になるという事実によって説明されます。 したがって、高電圧遮断器では、各フェーズで複数のアーク ブレークが使用されます (図 6)。 このようなサーキットブレーカには、定格電流の一部用に設計されたいくつかの消火装置があります。 糸。 フェーズごとのブレーク数は、サーキット ブレーカのタイプとその電圧によって異なります。 500 ～ 750 kV のサーキット ブレーカーでは、12 回以上の断線が発生する場合があります。 消弧を促進するには、復帰電圧をブレーク間に均等に分散する必要があります。 図上。 図６は、相ごとに２つの遮断を有する油遮断器を概略的に示している。

単相短絡がオフになると、回復電圧は次のようにブレーク間で分配されます。

う 1/う 2 = (ハ 1+ハ 2)/ハ 1

どこ う 1 ,う 2 - 1 番目と 2 番目の不連続点に適用される応力。 と 1 - これらのギャップの接点間の静電容量。 ハ 2 - 地面に対する接触システムの静電容量。

米。 6. サーキットブレーカのブレークに対する電圧分布： a - オイルサーキットブレーカのブレークに対する電圧分布。 b - 容量性分圧器; c - アクティブ分圧器。

なぜなら と 2 大幅に多い ハ 1、次に電圧 う 1 > うしたがって、消火装置はさまざまな条件下で作動します。 電圧を均等化するために、コンデンサまたはアクティブ抵抗がスイッチの主接点（GK）と並列に接続されます（図16、 b, Ⅴ）。 静電容量とアクティブシャント抵抗の値は、ブレーク間の電圧が均等に分散されるように選択されます。 シャント抵抗を備えた回路遮断器では、GC 間のアークを消した後、抵抗によって値が制限された付随する電流が補助接点 (AC) によって遮断されます。

シャント抵抗器は、回復電圧の上昇率を低下させ、アークを消しやすくします。

4. 真空中で消弧 .

高度に希薄化されたガス (10-6-10-8 N/cm2) は、大気圧のガスの 10 倍の電気的強度を持っています。 真空中で接点が開いた場合、ゼロを介してアーク内の電流が最初に通過した直後に、ギャップの強度が回復し、アークは再び点火しません。

5. 高圧ガス中での消弧 .

2MPa以上の圧力の空気は高い電気的強度を持っています。 これにより、圧縮空気雰囲気中でアークを消すかなりコンパクトな装置を作ることが可能になる。 さらに効果的なのは、六フッ化硫黄 SF6 (SF6) などの高強度ガスの使用です。 SF6 は、空気や水素よりも電気的強度が高いだけでなく、大気圧でも優れた消弧特性を備えています。

電気アーク。

接触装置による回路のスイッチオフは、導体から接触間ギャップを変換するプロセスでガス放電のさまざまな段階を通過するプラズマの出現によって特徴付けられます 電流絶縁体に。

0.5 ～ 1 A を超える電流では、アーク放電段階が発生します (領域 1 )(図1.); 電流が減少すると、カソードでグロー放電段階が発生します（領域 2 ); 次のステージ（エリア 3 ) はタウンゼント放電であり、最後に地域 4 - 電気のキャリア - 電子とイオン - がイオン化によって形成されず、環境からのみ発生する分離の段階。

米。 1. 気体中の放電段階の電流電圧特性

曲線の最初のセクションはアーク放電 (領域) です。 1) - 電極での小さな電圧降下と高い電流密度が特徴です。 電流が増加すると、アーク ギャップの電圧は最初に急激に低下し、その後わずかに変化します。

第二部（地域） 2 ）曲線は、グロー放電領域であり、カソードでの高い電圧降下（250〜300 V）と低い電流によって特徴付けられます。 電流が増加すると、放電ギャップでの電圧降下が増加します。

タウンゼント放流（面積 3 ）は、高電圧での電流値が非常に低いという特徴があります。

電気アーク高温を伴い、この温度に関連しています。 したがって、アークは電気的現象だけでなく、熱的現象でもあります。

通常の状態では、空気は優れた断熱材です。 したがって、1 cm の空隙を破壊するには、少なくとも 30 kV の電圧を印加する必要があります。 エアギャップが導体になるためには、その中に特定の濃度の荷電粒子を作成する必要があります。負 - ほとんどが自由電子、および正 - イオンです。 自由電子とイオンの形成を伴う中性粒子からの 1 つまたは複数の電子の分離のプロセスは、 イオン化。

ガスイオン化光、X線、高温の影響下、電場の影響下、その他多くの要因で発生する可能性があります。 電気機器のアーク工程用 最高値電極で発生するプロセス - 熱イオンと電界放出、およびアークギャップで発生するプロセス - 熱電離とプッシュによる電離。

電流で回路を開閉するように設計された電気デバイスの切り替えでは、切断すると、ガス内でグロー放電またはアークの形で放電が発生します。 グロー放電は、オフにする電流が 0.1 A を下回り、接点の電圧が 250 ～ 300 V に達すると発生します。このような放電は、低電力リレーの接点で、または放電への移行段階として発生します。電気アークの形で。

アーク放電の主な特性。

1) アーク放電は高電流でのみ発生します。 金属の最小アーク電流は約 0.5 A です。

2) アークの中心部の温度は非常に高く、装置内で 6000 ～ 18000 K に達することがあります。

3) カソードの電流密度は非常に高く、10 2 - 10 3 A / mm 2 に達します。

4) カソードでの電圧降下はわずか 10 ～ 20 V であり、実際には電流に依存しません。

アーク放電では、3 つの特徴的な領域を区別することができます: カソード付近、アーク コラム (アーク シャフト) の領域、およびアノード付近 (図 2.)。

これらの各領域では、そこに存在する条件に応じて、イオン化と脱イオン化のプロセスが異なります。 これらの 3 つの領域を流れる電流は同じであるため、必要な数の電荷が発生するように、それぞれの領域でプロセスが行われます。

米。 2. 定常直流アークにおける電圧と電界強度の分布

熱電子放出。熱電子放出は、加熱された表面から電子が放出される現象です。

接点が発散すると、接点の接触抵抗と最後の接触領域の電流密度が急激に増加します。 この領域は溶融温度に加熱され、溶融金属の接触地峡が形成され、接触がさらに発散すると破壊されます。 ここで接触金属が蒸発します。 いわゆるカソード スポット (ホット パッド) が負電極上に形成されます。これは、アークのベースとして機能し、接触発散の最初の瞬間に電子放射のソースとして機能します。 熱電子放出電流密度は、温度と電極材料に依存します。 それは小さく、電気アークの発生には十分かもしれませんが、その燃焼には不十分です。

自動電子放出。これは、強い電界の影響下で陰極から電子が放出される現象です。

電気回路が壊れている場所は、可変コンデンサとして表すことができます。 最初の瞬間の静電容量は無限に等しく、接点が発散するにつれて減少します。 回路の抵抗を介して、このコンデンサが充電され、その両端の電圧がゼロから主電源電圧まで徐々に上昇します。 同時に、接点間の距離が増加します。 電圧上昇中の接点間の電界強度は、100 MV/cm を超える値を通過します。 このような電界強度の値は、冷陰極から電子を放出するのに十分です。

電界放出電流も非常に小さく、アーク放電の発生の始まりとしてのみ機能します。

したがって、発散接点でのアーク放電の発生は、熱電子放出と自己電子放出の存在によって説明されます。 1つまたは別の要因の優位性は、スイッチオフ電流の値、接触面の材料と清浄度、それらの発散速度、および他の多くの要因によって異なります。

プッシュイオン化。自由電子が十分な速度を持っている場合、それが中性粒子 (原子、場合によっては分子) と衝突すると、そこから電子をノックアウトすることができます。 その結果、新しい自由電子と陽イオンができます。 新たに獲得した電子は、次の粒子をイオン化することができます。 このイオン化はプッシュイオン化と呼ばれます。

電子がガス粒子をイオン化できるためには、電子は一定の速度で移動する必要があります。 電子の速度は、平均自由行程の電位差に依存します。 したがって、通常、示されるのは電子の速度ではありませんが、 最小値電子が経路の終わりまでに必要な速度を取得するように、自由経路の長さに沿って必要な電位差。 この電位差は イオン化ポテンシャル.

ガスのイオン化ポテンシャルは 13 ～ 16 V (窒素、酸素、水素) で、最大 24.5 V (ヘリウム) ですが、金属蒸気の場合は約 2 倍低くなります (銅蒸気の場合は 7.7 V)。

熱電離。これは、高温の影響下でのイオン化のプロセスです。 発生後のアークの維持、つまり 発生したアーク放電に十分な数の自由電荷を与えることは、主で実際には唯一のタイプのイオン化である熱イオン化によって説明されます。

アーク柱の温度は平均で 6000 ～ 10000 K ですが、より高い値 (最大 18000 K) に達する可能性があります。この温度では、高速で移動するガス粒子の数とその移動速度の両方が大幅に増加します。 急速に移動する原子または分子が衝突すると、それらのほとんどが破壊され、荷電粒子が形成されます。 ガスがイオン化されます。 熱電離の主な特徴は、 電離度、これは、アーク ギャップ内のイオン化された原子の数と、このギャップ内の原子の総数との比率です。 アークでの電離過程と同時に、 逆プロセス、すなわち、荷電粒子の再結合と中性粒子の形成。 これらのプロセスは 脱イオン.

脱イオン化は、主に次の理由で発生します。 組換えと 拡散.

組換え。異なる荷電粒子が互いに接触して中性粒子を形成するプロセスは、再結合と呼ばれます。

電気アークでは、負の粒子はほとんどが電子です。 速度が大きく異なるため、陽イオンと電子が直接結合する可能性は低いです。 通常、再結合は、電子が荷電する中性粒子の助けを借りて発生します。 この負に帯電した粒子が正イオンと衝突すると、1 つまたは 2 つの中性粒子が形成されます。

拡散。荷電粒子の拡散は、荷電粒子をアークギャップから周囲の空間に運ぶプロセスであり、アークの導電率を低下させます。

拡散は、電気的要因と熱的要因の両方によるものです。 アーク柱の電荷密度は、周辺から中心に向かって増加します。 これを考慮して、電場が生成され、イオンが中心から周辺に移動し、アーク領域を離れるように強制されます。 アーク柱と周囲の空間との温度差も同じ方向に作用します。 安定した自由に燃えるアークでは、拡散は無視できる役割を果たします。

静止アークの電圧降下は、アークに沿って不均一に分布します。 電圧降下パターン う Dと電界強度（縦方向の電圧勾配） え D = dU/dx円弧に沿って図に示されています（図2）。 応力勾配下 え D は、アークの単位長さあたりの電圧降下を指します。 図からわかるように、特徴の経過は う Dと え電極に近い領域の D は、アークの残りの部分の特性の挙動とは大きく異なります。 電極では、カソードに近い領域とアノードに近い領域で、10 - 4 cm 程度の長さの間隔で、電圧が急激に低下します。 陰極 うと アノードU A. この電圧降下の値は、電極の材質と周囲のガスに依存します。 陽極と陰極の電圧降下の合計値は 15 ～ 30 V で、電圧勾配は 105 ～ 106 V/cm に達します。

アーク列と呼ばれるアークの残りの部分では、電圧降下 う D は円弧の長さにほぼ正比例します。 ここでの勾配は幹に沿ってほぼ一定です。 それは多くの要因に依存し、大きく変動し、100 ～ 200 V/cm に達します。

電極付近の電圧降下 う E はアークの長さに依存せず、アーク列の電圧降下はアークの長さに比例します。 したがって、アークギャップ全体の電圧降下

う D = う E + え D l D、

どこ： え D はアーク柱の電界強度です。

l D は円弧の長さです。 う E = う+に う A.

結論として、熱電離がアーク放電の段階で優勢であることにもう一度注意する必要があります-熱場のエネルギーによる原子の電子と陽イオンへの分裂。 グローイングでは、電場によって加速された電子との衝突によりカソードで衝撃イオン化が発生し、タウンゼント放電では、衝撃イオン化がガス放電のギャップ全体に広がります。

電気の静的電流電圧特性

DCアーク。

アークの最も重要な特性は、電流の大きさに対するアーク両端の電圧の依存性です。 この特性は電流-電圧と呼ばれます。 電流の増加に伴い 私アークの温度が上昇し、熱イオン化が増加し、放電中のイオン化粒子の数が増加し、アークの電気抵抗が減少します r d.

アーク電圧は ir e. 電流が増加すると、アークの抵抗が急速に減少するため、回路内の電流が増加してもアークの電圧が低下します。 定常状態の各電流値は、荷電粒子数の独自の動的バランスに対応します。

ある電流値から別の値に移るとき、アークの熱状態はすぐには変化しません。 アークギャップは 熱慣性. 電流が時間とともにゆっくりと変化する場合、放電の熱慣性は影響しません。 各電流値は、アーク抵抗またはアーク電圧の単一の値に対応します。

ゆっくりと変化する電流に対するアーク電圧の依存性は、 静電流特性円弧。

アークの静的特性は、電極間の距離 (アーク長)、電極の材質、およびアークが燃焼する環境のパラメータに依存します。

アークの静的な電流-電圧特性は、図 1 に示す曲線の形をしています。 3.

米。 3. アークの静的電流電圧特性

アークが長くなればなるほど、静的電流-電圧特性が高くなります。 アークが燃焼する媒体の圧力が増加すると、強度も増加します え D と電流-電圧特性は図のように上昇します。 3.

アーク冷却は、この特性に大きく影響します。 アークの冷却が強ければ強いほど、より多くの電力がアークから取り除かれます。 これにより、アークによって生成される電力が増加します。 所定の電流に対して、これはアーク電圧を増加させることによって可能になります。 したがって、冷却が進むと、電流 - 電圧特性はより高くなります。 機器の消弧装置に広く使用されています。

電気の動的電流電圧特性

DCアーク。

回路内の電流がゆっくりと変化する場合、電流 私 1 はアーク抵抗に相当します r D1、より高い電流 私 2 抵抗が少ないことに対応 r D2 は、図 1 に示されています。 4. (円弧の静特性を参照 - 曲線 あ).

米。 4. アークの動的電流 - 電圧特性。

実際の設置では、電流は非常に急速に変化する可能性があります。 アーク柱の熱慣性により、アーク抵抗の変化は電流の変化よりも遅れます。

急速な変化を伴うアーク電圧の電流への依存性は、 動的電流電圧特性.

電流が急激に増加すると、動的特性は静的特性よりも高くなります (曲線 の)、なぜなら 急成長アーク抵抗は、電流が上昇するよりもゆっくりと低下します。 減少すると、このモードではアーク抵抗が電流の変化が遅い場合よりも小さくなるため、低くなります（曲線 と).

動的応答は、主にアーク電流の変化率によって決まります。 アークの熱時定数と比較して非常に短い時間に非常に大きな抵抗が回路に導入された場合、電流がゼロに低下する間、アーク抵抗は一定のままです。 この場合、動特性は点から通る直線として描かれます。 2 原点（直線） D)、T。 e. アーク両端の電圧は電流に比例するため、アークは金属導体のように振る舞います。

直流アーク消弧条件。

直流電気アークを消すには、すべての電流値でアーク ギャップ内で脱イオン プロセスがイオン化プロセスよりも集中的に進行するような条件を作成する必要があります。

米。 5.電気アークのある回路の電圧バランス。

抵抗を含む電気回路を考える R、インダクタンス Lおよび電圧降下を伴うアーク ギャップ う電圧がかかるD う（図5、 あ）。 一定の長さのアークを使用すると、どの瞬間でも、この回路の電圧バランス方程式は有効になります。

ここで、電流が変化したときのインダクタンス両端の電圧降下です。

定常モードは、回路内の電流が変化しないモードです。 応力バランス方程式は次の形式になります。

電気アークを消すには、その中の電流が常に減少する必要があります。 、あ

応力バランス方程式のグラフ解を図 1 に示します。 5, b. ここに直線があります 1 は電源電圧 う; 斜線 2 - 抵抗両端の電圧降下 R（回路の抵抗特性）を電圧から差し引いたもの う、つまり U-iR; 曲線 3 – アークギャップの電流-電圧特性 う D.

交流の電気アークの特徴。

DCアークを消すには、電流がゼロになる条件を作成する必要があり、交流では、アークギャップのイオン化の程度に関係なく、アーク内の電流は半分ごとにゼロを通過します。サイクル、つまり 半サイクルごとに、アークが消えて再点火されます。 アークを消す作業は非常に容易になります。 ここでは、ゼロを通過した後に電流が回復しない条件を作成する必要があります。

1周期の交流アークの電流-電圧特性を図1に示します。 6. 50 Hz の産業用周波数でも、アーク内の電流は非常に急速に変化するため、提示された特性は動的です。 正弦波電流では、アーク電圧は最初にセクションで増加します 1, そして、電流の増加により、領域に落ちます 2 (セクション 1 と 2 半サイクルの前半を参照してください)。 電流が最大値を通過した後、動的 I-V 特性は曲線に沿って増加します。 3 電流の減少により、その後面積が減少します 4 電圧がゼロに近づくため（セクション 3 と 4 同じ半期の後半に属する）。

米。 6. 交流アークの電流電圧特性

交流では、アークの温度は変数です。 ただし、ガスの熱慣性は非常に重要であることが判明し、電流がゼロを通過するまでに、アーク温度は低下しますが、非常に高いままです。 それにもかかわらず、電流がゼロを通過するときに発生する温度の低下は、ギャップの脱イオン化に寄与し、交流電気アークの消火を促進します。

磁場中の電気アーク。

電気アークはガス状の電流導体です。 磁場はこの導体と金属導体に作用し、磁場誘導とアーク内の電流に比例する力を生み出します。 アークに作用する磁場は、その長さを増加させ、アークの要素を空間内で動かします。 アーク要素の横方向の動きにより、激しい冷却が発生し、アーク柱の電圧勾配が増加します。 アークがガス媒体中を高速で移動すると、アークは別々の平行なファイバーに分割されます。 アークが長いほど、アークの剥離が強くなります。

アークは非常に可動性の高い導体です。 このような力が通電部分に作用し、回路の電磁エネルギーを増加させる傾向があることが知られています。 エネルギーはインダクタンスに比例するため、アークはそれ自体の場の影響下でターンやループを形成する傾向があります。これは、回路のインダクタンスが増加するためです。 アークのこの能力は、その長さが長いほど強くなります。

空気中を移動するアークは、アークの直径、電極間の距離、ガスの密度、および移動速度に依存する空気の空気力学的抵抗を克服します。 経験によれば、すべての場合において、均一な磁場ではアークは一定の速度で移動します。 したがって、電気力学的な力は、空気力学的な抗力によって釣り合っています。

効果的な冷却を行うために、アークは、磁場を使用して、熱伝導率の高いアーク耐性材料の壁の間の狭い (スロット幅よりも大きいアーク直径) ギャップに引き込まれます。 スロットの壁への熱伝達が増加するため、狭いスロットが存在する場合のアーク柱の電圧勾配は、電極間を自由に移動するアークの電圧勾配よりもはるかに高くなります。 これにより、消火に要する長さと消火時間を短縮することができます。

スイッチング デバイスの電気アークに影響を与える方法。

装置内で発生するアーク柱への衝撃の目的は、スイッチング素子が絶縁状態に移行するときに、その能動電気抵抗を無限大まで増加させることです。 ほとんどの場合、これはアーク柱の集中的な冷却によって達成され、その温度と熱量が減少します。その結果、イオン化の程度と電気担体とイオン化粒子の数が減少し、プラズマの電気抵抗が増加します。

低電圧スイッチング デバイスの電気アークを正常に消すには、次の条件を満たす必要があります。

1) アークを引き伸ばすか、スイッチ極あたりのブレーク数を増やして、アークの長さを増やします。

2) アークシュートの金属プレートにアークを移動します。これは、吸収するラジエーターのようなものです。 熱エネルギーアーク列、およびそれを一連の直列接続されたアークに分割します。

3) 磁場によってアーク柱を高熱伝導率の耐アーク絶縁材料で作られたスロット チャンバーに移動させ、そこでアークは壁と接触して集中的に冷却されます。

4）ガス発生材料の閉じたチューブ（繊維）にアークを形成します。 温度の影響下で放出されたガスは高圧を発生させ、アークを消すのに役立ちます。

5) アーク中の金属蒸気の濃度を下げる。この目的のために、デバイスを設計する段階で適切な材料を使用する。

6) アークを真空で消します。 非常に低いガス圧では、それらをイオン化し、アーク内の電流の伝導をサポートするのに十分なガス原子がありません。 アーク柱チャネルの電気抵抗が非常に高くなり、アークが消えます。

7）交流電流がゼロを通過する前に接点を同期的に開きます。これにより、結果として生じるアークでの熱エネルギーの放出が大幅に減少します。 アークの消滅に貢献します。

8) 純粋にアクティブな抵抗を使用して、アークをシャントし、その消滅の条件を促進します。

9）接点間ギャップをシャントする半導体要素を使用して、アーク電流をそれ自体に切り替えます。これにより、接点でのアークの形成が実質的になくなります。

フリー百科事典ウィキペディアより

電気アーク (ボルタアーク, アーク放電) - 物理現象、ガス中の放電の一種。

アーク構造

電気アークは、陰極領域と陽極領域、アーク柱、遷移領域で構成されます。 アノード領域の厚さは 0.001 mm、カソード領域は約 0.0001 mm です。

消耗電極溶接中の陽極領域の温度は約2500 ... 4000°C、アーク柱の温度は7000〜18000°C、陰極領域では9000〜12000°Cです。

アーク柱は電気的に中性です。 そのセクションのいずれにも、反対の符号の荷電粒子が同じ数あります。 アーク柱の電圧降下は、その長さに比例します。

溶接アーク次のように分類されます。

• 電極材料 - 消耗電極と非消耗電極を使用。
• 柱の圧縮度 - 自由弧と圧縮弧。
• 使用される電流によると - 直流のアークと交流のアーク。
• 直流の極性によると - 直流極性（電極では「 - 」、製品では「 + 」）と逆極性。
• 交流電流を使用する場合 - 単相および三相アーク。

自動調整アーク

主電源電圧、ワイヤ供給速度などの変化などの外部補償が発生すると、供給速度と溶融速度の間の確立された平衡に違反が発生します。 回路内のアーク長が増加すると、溶接電流と電極ワイヤの溶融速度が低下し、一定のままの送給速度が溶融速度よりも大きくなり、アーク長が回復します。 アーク長が減少すると、ワイヤの溶融速度が送り速度よりも大きくなり、これが通常のアーク長の回復につながります。

アーク自己調整プロセスの効率は、電源の電流-電圧特性の形状に大きく影響されます。 アーク長の高速振動は、回路の厳密な電流-電圧特性によって自動的に計算されます。

電気アーク戦

多くのデバイスでは、電気アークの現象は有害です。 これらは主に、電源および電気駆動に使用される接点開閉装置です。高電圧スイッチ、自動スイッチ、接触器、電化鉄道および都市電気輸送の接点ネットワークの部分絶縁体です。 上記のデバイスによって負荷が切断されると、遮断接点間にアークが発生します。

におけるアーク開始のメカニズム この場合次：

• 接触圧力を下げる - 接触点の数が減少し、接触ノードの抵抗が増加します。
• 接点の発散の始まり - 接点の溶融金属からの「ブリッジ」の形成（最後の接点の場所）;
• 溶融金属からの「ブリッジ」の破裂と蒸発。
• 金属蒸気内での電気アークの形成（接触ギャップのイオン化が大きくなり、アークを消すのが困難になります）;
• 接点の高速バーンアウトによる安定したアーク放電。

接点への損傷を最小限に抑えるには、アークを最小限の時間で消して、アークが 1 か所にならないようにあらゆる努力をする必要があります (アークが移動すると、アークで放出される熱が接点本体全体に均等に分散されます)。 ）。

上記の要件を満たすために、次のアーク抑制方法が使用されます。

• 冷却媒体 - 液体（オイルスイッチ）の流れによるアークの冷却。 ガス - (エアサーキットブレーカー、オートガスサーキットブレーカー、オイルサーキットブレーカー、SF6サーキットブレーカー)、および冷却媒体の流れは、アークシャフトに沿って (縦方向の減衰) と横方向の減衰の両方を通過できます。 縦横減衰が使用されることもあります。
• 真空消弧能力の使用 - スイッチ接点を囲むガスの圧力が特定の値まで低下すると、真空遮断器が効果的な消弧をもたらすことが知られています (アーク形成のためのキャリアがないため)。
• 耐アーク性の高い接点材料の使用。
• より高いイオン化ポテンシャルを持つ接触材料の使用;
• アークグリッドの使用（自動スイッチ、電磁スイッチ）。 グレーティングにアーク抑制を適用する原理は、アークのカソード付近の電圧降下の影響を適用することに基づいています (アークの電圧降下のほとんどは、カソードでの電圧降下です。アーク シュートは、実際には一連の直列接点です。そこに到達した弧）。
• アークシュートの使用 - 雲母質プラスチックなどの耐アーク性材料で作られた、狭く、時にはジグザグのチャネルを備えたチャンバーに入ると、アークが伸び、収縮し、チャンバーの壁との接触から集中的に冷却されます。
• 「磁気ブラスト」の使用 - アークは強くイオン化されているため、最初の近似では、電流のある柔軟な導体と見なすことができます。 特殊な電磁石 (アークと直列に接続) を作成することで、磁場がアークの動きを発生させ、接点全体に熱を均等に分散させ、アーク シュートまたは格子に送り込みます。 一部の回路遮断器の設計では、アークにトルクを与える放射状の磁場が作成されます。
• 接点と並列に接続されたサイリスタまたはトライアックを備えたパワー半導体キーを開く瞬間の接点のシャント。接点を開いた後、電圧がゼロを通過した瞬間に半導体キーがオフになります（ハイブリッド接触器、サイリコン）。

こちらもご覧ください

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文学

• 電気アーク- 品物からの出品です。
• 火花放電- 大ソビエト百科事典の記事。
• Reiser Yu.P.ガス放電の物理。 - 第2版。 - M .:ナウカ、1992年 - 536ページ。 - ISBN 5-02014615-3。
• Rodshtein L. A. 電気機器、L 1981
• クレリチ、マッテオ; フー、イー; ラソンド、フィリップ。 ミリアン、カルレス。 クアイロン、アルノー。 Christodoulides、Demetrios N.; チェン、ジガン。 ラザリ、ルカ。 ヴィダル、フランソワ (2015-06-01). 「オブジェクトの周りの放電のレーザー支援ガイド」。 科学の進歩 1(5): e1400111。 ビブコード:2015SciA....1E0111C. doi:10.1126/sciadv.1400111. ISSN 2375-2548。

リンク

ノート

電気アークを特徴付ける抜粋

その間、ロシア皇帝はすでに1か月以上ビルナに住んでいて、レビューと作戦を行っていました。 誰もが予想していた戦争の準備は何もできておらず、皇帝がピーターズバーグからやって来た準備も整っていませんでした。 一般的な行動計画はありませんでした。 提案されたすべての計画のうち、どの計画を採用すべきかについての躊躇は、皇帝が主なアパートに1か月間滞在した後、さらに増加するだけでした. 3つの軍にはそれぞれ別の最高司令官がいましたが、すべての軍を統括する共通の司令官はなく、皇帝はこの称号を引き受けませんでした。
皇帝がヴィルナに長く住むほど、彼らは戦争の準備をしなくなり、戦争を待つことにうんざりしました。 主権者を取り巻く人々のすべての願望は、楽しい時間を過ごしながら、主権者に次の戦争を忘れさせることだけを目的としていたようです。
ポーランドの有力者、廷臣、そして君主自身との多くの舞踏会と休暇の後、6 月に、君主のポーランドの副将軍の 1 人が、君主に代わって君主に夕食と舞踏会を与えることを思いつきました。副将軍。 このアイデアは皆に歓迎されました。 皇帝は同意した。 副将軍は、サブスクリプションによってお金を集めました。 主権者を最も喜ばせることができる人は、ボールのホステスになるように招待されました. ヴィルナ州の地主であるベニグセン伯爵は、この休暇のためにカントリー ハウスを提供し、6 月 13 日にザクレットで夕食、舞踏会、ボート遊び、花火が予定されていました。 カントリーハウスベニグセン伯爵。
ナポレオンがコサックを押し戻し、ロシア国境を越えてネマン川と彼の前進部隊を横断する命令を出したまさにその日に、アレクサンダーは夜をベニグセンのダーチャで過ごしました-将軍の副官によって与えられたボールで。
陽気で輝かしい休日でした。 ビジネスの専門家は、これほど多くの美人が一箇所に集まることはめったにないと述べた。 ベズホワ伯爵夫人は、サンクトペテルブルクからビルナに主権を求めてやって来た他のロシア人女性の中で、この舞踏会に出席し、洗練されたポーランド人女性を彼女の重厚な、いわゆるロシアの美しさで覆い隠しました。 彼女は注目され、主権者はダンスで彼女を称えました。
彼が言ったように、彼が言ったように、彼が言ったように、彼が言ったように、ボリス・ドルベツコイ、エン・ガルコン（独身）はこのボールにいて、副将軍ではありませんでしたが、ボールの申し込みに大きく参加しました。 ボリスは今や裕福な男であり、もはや後援を求めるのではなく、最高の仲間と対等な立場に立っている.
朝の十二時、彼らはまだ踊っていた。 立派な紳士を持っていなかったヘレンは、ボリスにマズルカを提供しました。 彼らは 3 番目のペアに座っていました。 ボリスは、金色の濃いガーゼのドレスから突き出たヘレンの光沢のある裸の肩を冷静に見て、古い知人について話し、同時に、いつの間にか自分自身や他の人に、同じようにいたソブリンを見るのを止めませんでした。ホール。 主権者は踊りませんでした。 彼は戸口に立って、彼だけが発する方法を知っている親切な言葉で、どちらかを止めました。
マズルカの冒頭で、ボリスは、主権者に最も近い人物の1人であるバラシェフ副将軍が彼に近づき、ポーランドの女性と話している主権者の近くで法廷で立ち止まるのを見ました。 女性と話した後、皇帝は尋ねたように見え、バラシェフがこれをしたのは、これには重要な理由があったからだと明らかに気づき、女性に少しうなずき、バラシェフの方を向いた。 ソブリンの顔に驚きが表れたので、バラシェフはちょうど話し始めたところだった。 彼はバラシェフの腕を取り、廊下を彼と一緒に歩き、無意識のうちに、彼の前に立っている3つの広い道路の両側にあるサジェンを片付けました。 ボリスは、主権者がバラシェフと一緒に行っている間、アラクチェフの動揺した顔に気づきました。 Arakcheevは、主権者が彼の方を向くのを期待しているかのように、主権者を眉をひそめ、赤い鼻を嗅ぎながら、群衆から出ました。 （ボリスは、アラクチェフがバラシェフに嫉妬していることに気づき、明らかに重要なニュースが彼を通じて主権者に伝えられなかったという事実に不満を持っていました。）
しかし、バラシェフとの主権者は、アラクチェフに気付かずに、出口のドアを通って照らされた庭に通り過ぎました。 Arakcheevは、剣を持って怒って周りを見回しながら、彼らの後ろに20歩歩いた.

手動または機械化されたアーク溶接は、実際には放電である電気アークのおかげで実行されます。 溶接電気アークは、大量の熱と光を放出することを特徴としています。 アークの温度は摂氏 6,000 度に達する可能性があることに注意してください。

アークによって放出される光と熱が人間の健康に有害である可能性があるという事実に注意を払う価値があります。 したがって、アーク溶接によるすべての溶接作業は、オーバーオールと溶接工の目を保護するマスクまたはゴーグルでのみ行われます。

溶接電気アークは常に同じではなく、溶接が行われる環境、金属製品、およびその他の要因に応じて、いくつかのタイプがあります。

溶接電気アークの種類。

媒体とアークの依存性について話すと、次のタイプの放電を区別できます。

• 電気アークを開きます。 金属製品の溶接が行われます 屋外、保護のための特別なガスを使用せずに。 アークは、周囲の空気と、金属製品の溶接、電極またはワイヤの溶融、それらのコーティング中に現れる蒸気によって形成された媒体で燃焼します。
• 閉じた電気アーク。 このタイプのアークは、サブマージ アーク溶接中に形成されます。 ガス混合物は、溶接中のアークを保護します。アークは、溶接される金属製品、消耗電極、および実際にはフラックスからの蒸気が混合された結果として形成されます。
• シールドガスでのアーク。 この場合、いわゆるシールドガスの環境での溶接について話しています：不活性ガスまたは活性ガス（純粋なガスとそれらの混合物の両方が使用されます）。 溶接の結果、保護ガス、金属蒸気、および電極からなるガス状媒体が形成されます。

溶接アーク用電源。

溶接アークは、電流が印加されると形成されます。 アークは、交流電源と直流電源の両方から給電できることに注意してください。 異なる電源 他の種類円弧。

直流を使用する場合、2 種類のアークを得ることができます。溶接機は、直流極性と逆極性の両方のアークを使用します。 これら 2 つのタイプの違いは、電源接続です。 したがって、直接極性では、マイナスは電極に直接適用され、プラスは溶接される金属製品に適用されます。 逆極性では、接続が逆になります。プラスが電極に供給され、マイナスが溶接される金属製品に適用されます。

また、溶接金属製品が電気回路に含まれていない場合があることにも注意してください。 そのような場合、彼らは間接アークが使用される、つまり電流が電極にのみ供給されると言います。 電極と金属製品の両方が電源に接続されている場合、この場合、それらは直接アークについて話します。 最も頻繁に使用されるのはこの電気アークであることは注目に値します. 溶接工はめったに間接作用のアークを使用しません.

溶接アークの電流密度値。

金属製品を電気アークで溶接する場合、電流密度インジケーターも重要な役割を果たします。 従来の手動アーク溶接のモードでは、電流密度は標準、つまり10-20 A / mm 2です。 溶接工は、特定のガス環境で溶接する場合にも同じ値を設定します。 高電流密度、つまり80〜120 A / mm 2以上は、ガスまたはフラックスの保護下で行われる半自動またはその他のタイプの溶接で使用されます。

電流密度はアーク電圧に影響します。 この依存性は通常、アークの静的特性と呼ばれます (グラフで表されます)。 電流密度が小さい場合、この特性は低下することに注意してください。つまり、電流が逆に増加すると、電圧降下が発生します。 この現象は、電流値が増加すると、電流密度が減少する一方で、電気の伝導率とアーク柱の断面積が増加するという事実によるものです。

手溶接の通常の電流密度を使用すると、電圧は電流の大きさに依存しなくなります。 この場合、カラムの面積は電流に比例して増加します。 また、電気伝導率は実質的に変化せず、カラム内の電流密度も一定のままであることにも注意してください。

溶接アークはどのように形成されますか?

溶接アークは、金属製品と電極の間にあるガス柱が十分にイオン化されている場合にのみ発生します (つまり、 適量電子とイオン)。 通常レベルのイオン化を達成するために、電気がガス分子に伝達されます。 このプロセスの結果として、電子が放出され始めます。 実際、アーク媒体はガス電流導体であり、丸い円筒形をしています。

実際の電気アークは 3 つのコンポーネントで構成されていることに注意してください。

• 陽極部分;
• 電気アーク柱;
• カソード部分。

溶接プロセス中の電気アークの安定性の指標は、開回路電圧、電流の種類、大きさ、極性など、多くの要因の影響を受けます。 溶接プロセス中、これらすべてのインジケータを注意深く監視し、溶接モードを正しく設定する必要があります。 違う方法各種金属製品に。

電気回路が開くと、放電が次の形で発生します。 電気アーク。電気アークが発生するには、回路内の電流が0.1A以上のオーダーで、接点の電圧が10 Vを超えていれば十分です。 かなりの電圧と電流では、アーク内の温度は3〜15千℃に達する可能性があり、その結果、接点と通電部品が溶けます。

110 kV 以上の電圧では、アーク長は数メートルに達することがあります。 したがって、特に大電力電力回路では、1 kV を超える電圧での電気アークは非常に危険ですが、1 kV 未満の電圧での設置では深刻な結果が生じる可能性があります。 その結果、電気アークは可能な限り制限され、1 kV の上下両方の電圧の回路で迅速に消されなければなりません。

電気アークの形成プロセスは、次のように簡略化できます。 接触が発散すると、接触圧力が最初に減少し、それに応じて接触面が増加します（電流密度と温度 - 局所的な（接触領域の特定の部分で）過熱が始まり、高い影響下にある場合、熱電子放出にさらに寄与します）温度が上がると電子の速度が速くなり、電極表面から逃げます。

接点の発散、つまり回路遮断の瞬間に、電圧は接点ギャップで急速に回復します。 この場合、接点間の距離が小さいため、電子が電極の表面から逃げる影響を受けて、高い張力が発生します。 それらは電場で加速し、中性原子に衝突すると運動エネルギーを与えます。 このエネルギーが中性原子の殻から少なくとも 1 つの電子を切り離すのに十分な場合、イオン化プロセスが発生します。

結果として生じる自由電子とイオンは、アークシャフトのプラズマを構成します。つまり、アークが燃焼し、粒子の連続的な移動が保証されるイオン化されたチャネルです。 この場合、負に帯電した粒子、主に電子は一方向 (陽極に向かって) に移動し、1 つまたは複数の電子を欠いた原子とガス分子 (正に帯電した粒子) は反対方向 (陰極に向かって) に移動します。 プラズマの伝導性は、金属の伝導性に近いです。

アークシャフトに大電流が流れ、高温になります。 アークシャフトのこのような温度は、熱イオン化につながります。これは、高速の運動エネルギーを持つ分子と原子の衝突によるイオンの形成プロセスです（アークが燃える媒体の分子と原子は、電子および正に帯電したイオン)。 強力な熱イオン化により、高いプラズマ伝導率が維持されます。 したがって、アーク長に沿った電圧降下は小さいです。

電気アークでは、2 つのプロセスが継続的に進行します。イオン化に加えて、原子と分子の脱イオン化もあります。 後者は主に拡散、つまり荷電粒子の環境への移動、および電子と正に帯電したイオンの再結合によって発生し、それらは崩壊に費やされたエネルギーの戻りで中性粒子に再結合されます。 この場合、熱は環境に取り除かれます。

したがって、検討中のプロセスの 3 つの段階を区別することができます: アーク点火、衝突イオン化と陰極からの電子放出により、アーク放電が開始し、イオン化強度が脱イオン化よりも高い場合、安定したアーク燃焼、熱イオン化によってサポートされます。アークシャフトでは、イオン化と脱イオン化の強度が同じ場合、脱イオン化の強度がイオン化よりも高い場合にアーク消滅。

電気スイッチング装置のアークを消す方法

電気回路の要素を切断してスイッチングデバイスの損傷を排除するには、接点を開くだけでなく、接点間に発生するアークを消す必要があります。 アーク消弧と燃焼のプロセスは、交流と直流で異なります。 これは、最初のケースでは、アーク内の電流が半サイクルごとにゼロを通過するという事実によって決定されます。 これらの瞬間に、アーク内のエネルギーの放出が停止し、アークは毎回自然に消え、その後再び点灯します。

実際には、電流が減少するとアークに供給されるエネルギーが減少し、それに応じてアークの温度が低下し、熱イオン化が停止するため、アーク内の電流はゼロ交差より少し早くゼロに近くなります。 この場合、脱イオンプロセスはアークギャップで集中的に進行します。 現時点で接点を開いてすぐに離すと、その後の電気的破壊が発生せず、アークなしで回路がオフになります。 しかし、実際にこれを行うことは非常に困難であるため、アーク空間の冷却と荷電粒子の数の減少を確実にするアークの消滅を加速するために特別な措置が講じられています。

脱イオンの結果として、ギャップの絶縁耐力が徐々に増加し、同時にギャップの回復電圧が増加します。 期間の次の半分でアークが点灯するかどうかは、これらの値の比率に依存します。 ギャップの絶縁耐力が急速に増加し、回復電圧よりも大きい場合、アークは点火しなくなります。それ以外の場合、アークは安定します。 最初の条件は、アーク消弧の問題を定義します。

デバイスの切り替え さまざまな方法アーク消弧。

アーク延長

電気回路をオフにする過程で接点が発散すると、発生したアークが引き伸ばされます。 この場合、アークの表面が増加し、燃焼により多くの電圧が必要になるため、アークを冷却するための条件が改善されます。

長い円弧を一連の短い円弧に分割する

接点が開いたときに形成されるアークは、たとえば金属グリッドに締め付けることによって、K 個の短いアークに分割されると、消えます。 アークは通常、次の影響を受けて金属グリッドに引き込まれます。 電磁場渦電流によって格子板に誘導されます。 アークを消すこの方法は、1 kV 未満の電圧のスイッチング装置、特に自動気中遮断器で広く使用されています。

狭いスロットでのアーク冷却

少量でのアークの消弧が容易になります。 したがって、縦方向のスロットを備えたアークシュートが広く使用されています（このようなスロットの軸は、アークシャフトの軸の方向と一致しています）。 このようなギャップは、通常、絶縁耐アーク材料で作られたチャンバー内に形成されます。 アークが冷たい表面と接触するため、その集中的な冷却、荷電粒子の環境への拡散、およびそれに応じた急速な脱イオンが発生します。

面平行な壁を持つスロットに加えて、リブ、突起、および拡張 (ポケット) を持つスロットも使用されます。 これらすべてがアークシャフトの変形につながり、チャンバーの冷たい壁との接触面積の増加に寄与します。

狭いスロットへのアークの引き込みは、通常、電流が流れる導体と見なすことができるアークと相互作用する磁場の影響下で発生します。

アークを移動させる外部は、ほとんどの場合、アークが発生する接点と直列に接続されたコイルによって提供されます。 狭いスロットでのアーク消弧は、すべての電圧のデバイスで使用されます。

高圧アーク消弧

一定の温度では、ガスのイオン化度は圧力の増加とともに減少しますが、ガスの熱伝導率は増加します。 他の条件が同じであれば、これはアークの冷却の増加につながります。 密閉されたチャンバー内でアーク自体によって生成される高圧による消弧は、ヒューズやその他の多くのデバイスで広く使用されています。

油中消弧

油の中に置くと、開いたときに発生するアークにより、油が激しく蒸発します。 その結果、主に水素 (70 ... 80%) と油蒸気からなる気泡 (シェル) がアークの周りに形成されます。 放出されたガスは高速でアーク シャフトのゾーンに直接浸透し、バブル内で冷たいガスと熱いガスの混合を引き起こし、集中的な冷却を行い、したがってアーク ギャップを脱イオン化します。 さらに、ガスの脱イオン能力は、気泡内の油の急速な分解中に生じる圧力を増加させます。

油中のアークを消すプロセスの強度は高く、アークが油に近づくほど、油がアークに対してより速く移動します。 これを考えると、アークギャップは閉じた絶縁装置によって制限されます - アークシュート. これらのチャンバーでは、オイルとアークとのより緊密な接触が作成され、絶縁板と排気孔の助けを借りて、オイルとガスが移動する作業チャネルが形成され、アークの集中的なブローイング（ブローイング）が提供されます。

アークシュート動作原理によれば、それらは3つの主要なグループに分けられます。 高圧アークが磁気の作用で狭いスロットに移動すると、特殊なポンピング油圧メカニズムを使用した強制オイルブラストにより、アークゾーン内のガスの移動速度が生成されます。分野。

最も効率的でシンプルな オートブラスト付きアークシュート. チャネルと排気口の位置に応じて、ガスと蒸気の混合物とオイルの流れがアークに沿って（縦方向のブラスト）またはアークを横切って（横方向のブラスト）流れる集中的な吹き出しが行われるチャンバーが区別されます。 考慮されているアークを消す方法は、1 kVを超える電圧の回路遮断器で広く使用されています。

1 kV を超える電圧のデバイスでアークを消すその他の方法

アークを消す上記の方法に加えて、彼らはまた使用します：圧縮空気、その流れがアークに沿ってまたは横切ってアークを吹き飛ばし、その集中的な冷却を提供します（空気の代わりに、しばしば固体ガスから得られる他のガスも使用されます-発生材料 - 繊維、ビニルプラスチックなど - 燃焼アーク自体による分解のため）、空気や水素よりも高い電気強度を持ち、その結果、このガスで燃焼しているアークは大気圧、高度に希薄化されたガス (真空)、接点が開いたとき、電流が最初にゼロを通過した後、アークが再び点灯しない (消える)。