Sensul expresiei „arc electric. Formarea și proprietățile arcului Arcul electric și cauzele apariției acestuia

Stingerea arcului este facilitată de gaze cu descărcare mare sau gaze utilizate ca izolație internă a dispozitivelor pentru tensiuni peste 1000V. presiune ridicata.

Stingerea arcului în vid. Un gaz puternic descărcat are o putere electrică de zece ori mai mare decât un gaz la presiunea atmosferică; se folosește la contactoare și întrerupătoare în vid.

Stingerea arcului în gaze de înaltă presiune. Aerul la o presiune de 2 MPa sau mai mult are o rezistență electrică ridicată, ceea ce face posibilă crearea unor dispozitive de stingere compacte în întrerupătoarele cu aer. Utilizarea hexafluorurei de sulf SF 6 (SF6) este eficientă pentru stingerea arcului electric.

Condiții de stingere a arcului AC.

Lăsați contactele să se separe la punctul a. Între ele se aprinde un arc. Până la sfârșitul semiciclului, din cauza scăderii curentului, rezistența arborelui arcului crește și, în consecință, tensiunea pe arc crește. Când curentul se apropie de zero, arcului este furnizată putere scăzută, temperatura arcului scade, ionizarea termică încetinește în consecință și procesele de deionizare se accelerează - arcul se stinge (punct 0 ). Curentul din circuit se întrerupe înainte de trecerea lui naturală prin zero. Tensiune corespunzătoare întreruperii curentului - vârf de amortizare U g.

Orez. 22. Stingerea arcului de curent alternativ cu sarcina activă

După stingerea arcului, are loc procesul de restabilire a rezistenței electrice a golului arcului (curba a 1 - b 1). Sub puterea electrică a întreruperii arcului se înțelege tensiunea la care are loc o defecțiune electrică a întreruperii arcului. Forța electrică inițială (punctul a 1) și viteza de creștere a acesteia depind de proprietățile dispozitivului de stingere a arcului. Pe moment t1 curba de tensiune pe decalajul arcului se intersectează cu curba de restabilire a rezistenței electrice a decalajului arcului - arcul este aprins. Tensiune de aprindere arc - vârf de aprindere U s. Curba tensiunii arcului are formă de șa.

La punctul 0 1 arcul se stinge din nou și au loc procese similare celor descrise mai devreme. Până în momentul de față 0 1 datorită divergenței contactelor, lungimea arcului crește, îndepărtarea căldurii din arc crește, respectiv, rezistența electrică inițială (punctul a 2) și viteza de creștere a acestuia (curba a 2 - în 2) creste in consecinta. În mod corespunzător, crește și timpul mort. 0 1 - t2 > 0 -t1 .

Pe moment t2 arcul este reaprins. La punctul 0 11 arcul se stinge. Rezistența electrică inițială crește din nou (punctul a 3) și rata creșterii acesteia (curba a 3 -b 3). Curba de tensiune nu se intersectează cu curba de creștere a rigidității dielectrice. Arcul nu se aprinde în această jumătate de ciclu.

Într-un arc deschis la tensiune înaltă(intercalarea cornului), factorul determinant este rezistența activă a unui arbore de arc puternic întins.Condițiile de stingere a arcului de curent alternativ se apropie de condițiile de stingere a arcului de curent continuu, iar procesele după trecerea curentului prin zero au un efect redus asupra stingerii. a arcului.

Cu o sarcină inductivă, timpul mort este foarte mic (aproximativ 0,1 µs), adică arcul arde aproape continuu. Deconectarea unei sarcini inductive este mai dificilă decât a unei sarcini rezistive. Nu există nicio întrerupere aici.

În general, procesul de arc pe curent alternativ este mai ușor decât pe curent continuu. O condiție rațională pentru stingerea unui arc de curent alternativ ar trebui considerată ca atare atunci când stingerea se efectuează la prima trecere prin zero a curentului după deschiderea contactelor.

Întrebări pentru autoexaminare:

· Zone de descărcare a arcului.

· Caracteristică curent-tensiune statică.

· Caracteristică curent-tensiune dinamică.

· Condiții pentru arderea și stingerea stabilă a arcului de curent continuu.

Ce fenomene sunt folosite pentru stingerea arcului?

· Condiții de stingere a arcului de curent alternativ.

1. Condiții pentru inițierea și arderea unui arc

Deschiderea circuitului electric în prezența curentului în el este însoțită de o descărcare electrică între contacte. Dacă în circuitul deconectat curentul și tensiunea dintre contacte sunt mai mari decât critice pentru aceste condiții, atunci un arc, al cărui timp de ardere depinde de parametrii circuitului și de condițiile de deionizare a intervalului de arc. Formarea unui arc la deschiderea contactelor de cupru este posibilă deja la un curent de 0,4-0,5 A și o tensiune de 15 V.

Orez. unu. Amplasarea într-un arc continuu staționar tensiunea U(a) și intensitateaE(b).

În arc, se disting spațiul aproape catodic, arborele arcului și spațiul aproape anodic (Fig. 1). Tot stresul este distribuit între aceste zone U la, U sd, U A. Căderea de tensiune a catodului în arcul de curent continuu este de 10–20 V, iar lungimea acestei secțiuni este de 10–4–10–5 cm, astfel, în apropierea catodului se observă o putere mare a câmpului electric (105–106 V/cm). . La intensități atât de mari, are loc ionizarea de impact. Esența sa constă în faptul că electronii smulși din catod de forțele unui câmp electric (emisia câmpului) sau datorită încălzirii catodului (emisia termoionică), sunt accelerați într-un câmp electric și, atunci când lovesc un atom neutru. , îi dau energia lor cinetică. Dacă această energie este suficientă pentru a rupe un electron din învelișul unui atom neutru, atunci va avea loc ionizarea. Electronii și ionii liberi rezultați formează plasma arborelui arcului.

Orez. 2. .

Conductivitatea plasmei se apropie de cea a metalelor [ la\u003d 2500 1 / (Ohm × cm)] / Un curent mare trece în arborele arcului și se creează o temperatură ridicată. Densitatea de curent poate ajunge la 10.000 A/cm2 sau mai mult, iar temperatura poate varia de la 6.000 K la presiune atmosferică până la 18.000 K sau mai mult la presiuni ridicate.

Temperaturile ridicate din arborele arcului conduc la ionizare termică intensă, care menține conductivitatea ridicată a plasmei.

Ionizarea termică este procesul de formare a ionilor ca urmare a ciocnirii moleculelor și atomilor cu energie cinetică mare la viteze mari de mișcare a acestora.

Cu cât este mai mare curentul în arc, cu atât rezistența sa este mai mică și, prin urmare, este necesară o tensiune mai mică pentru a arde arcul, adică este mai dificil să stingi un arc cu un curent mare.

Cu curent alternativ, tensiunea de alimentare u cd se modifică sinusoidal, se modifică și curentul din circuit i(Fig. 2), iar curentul rămâne în urma tensiunii cu aproximativ 90 °. Tensiunea arcului u e, arderea între contactele comutatorului, intermitent. La curenți scăzuti, tensiunea crește la o valoare u h (tensiunea de aprindere), apoi pe măsură ce curentul din arc crește și ionizarea termică crește, tensiunea scade. La sfârșitul semiciclului, când curentul se apropie de zero, arcul se stinge la tensiunea de stingere u d. În următorul semiciclu, fenomenul se repetă dacă nu se iau măsuri de deionizare a golului.

Dacă arcul este stins într-un fel sau altul, atunci tensiunea dintre contactele comutatorului trebuie restabilită la tensiunea de rețea - u vz (fig. 2, punctul A). Cu toate acestea, deoarece în circuit există rezistențe inductive, active și capacitive, are loc un proces tranzitoriu, apar fluctuații de tensiune (Fig. 2), a căror amplitudine U c,max poate depăși semnificativ tensiune normală. Pentru deconectarea echipamentelor, este important cu ce viteză este restabilită tensiunea în secțiunea AB. Rezumând, se poate observa că descărcarea arcului începe datorită ionizării prin impact și emisiei de electroni din catod, iar după aprindere, arcul este menținut prin ionizare termică în arborele arcului.

În dispozitivele de comutare, este necesar nu numai deschiderea contactelor, ci și stingerea arcului care a apărut între ele.

În circuitele de curent alternativ, curentul din arc trece prin zero la fiecare semiciclu (Fig. 2), în aceste momente arcul se stinge spontan, dar în următorul semiciclu poate reapărea. După cum arată oscilogramele, curentul în arc devine aproape de zero ceva mai devreme decât trecerea naturală cu zero (Fig. 3, A). Acest lucru se explică prin faptul că atunci când curentul scade, energia furnizată arcului scade, prin urmare, temperatura arcului scade și ionizarea termică se oprește. Durata timpului mort t n este mic (de la zeci la câteva sute de microsecunde), dar joacă un rol important în stingerea arcului. Dacă deschideți contactele într-un timp mort și le separați cu o viteză suficientă până la o astfel de distanță încât să nu se producă o defecțiune electrică, circuitul va fi deconectat foarte repede.

În timpul pauzei fără curent, intensitatea ionizării scade brusc, deoarece nu are loc ionizare termică. În plus, în dispozitivele de comutare, se iau măsuri artificiale pentru a răci spațiul arcului și a reduce numărul de particule încărcate. Aceste procese de deionizare duc la o creștere treptată a rezistenței dielectrice a golului u pr (Fig. 3, b).

O creștere bruscă a rezistenței electrice a decalajului după trecerea curentului prin zero are loc în principal datorită creșterii puterii spațiului aproape catodic (în circuitele AC 150-250V). În același timp, crește tensiunea de recuperare uîn. Dacă în orice moment u pr > u decalajul nu va fi rupt, arcul nu se va aprinde din nou după trecerea curentului prin zero. Dacă la un moment dat u pr = u c, atunci arcul este reaprins în gol.

Orez. 3. :

A- stingerea arcului în timpul trecerii naturale a curentului prin zero; b– creșterea rezistenței electrice a întreruperii arcului atunci când curentul trece prin zero

Astfel, sarcina de stingere a arcului se reduce la crearea unor condiții astfel încât rezistența dielectrică a spațiului dintre contacte. u pr era mai multă tensiune între ei uîn.

Procesul de creștere a tensiunii între contactele dispozitivului de oprit poate fi de natură diferită în funcție de parametrii circuitului comutat. Dacă circuitul cu predominanța rezistenței active este oprit, atunci tensiunea este restabilită conform legii aperiodice; dacă circuitul este dominat de rezistența inductivă, atunci apar oscilații, ale căror frecvențe depind de raportul capacității și inductanței circuitului. Procesul oscilator duce la rate semnificative de recuperare a tensiunii și cu cât este mai mare duîn/ dt, cu atât este mai probabilă ruperea golului și reaprinderea arcului. Pentru a facilita condițiile de stingere a arcului, în circuitul curentului oprit se introduc rezistențe active, apoi natura recuperării tensiunii va fi aperiodică (Fig. 3, b).

3. Metode de stingere a arcului în dispozitive de comutare până la 1000LA

În dispozitivele de comutare de până la 1 kV, următoarele metode de stingere a arcului sunt utilizate pe scară largă:

Alungirea arcului la o divergență rapidă a contactelor.

Cu cât arcul este mai lung, cu atât este mai mare tensiunea necesară pentru existența lui. Dacă tensiunea sursei de alimentare este mai mică, atunci arcul se stinge.

Împărțirea unui arc lung într-o serie de arc scurt (Fig. 4, A).
După cum se arată în fig. 1, tensiunea arcului este suma catodului U la şi anod Uși căderile de tensiune și tensiunea arborelui arcului U sd:

U d= U k+ U a+ U sd= U e+ U sd.

Dacă un arc lung, care a apărut la deschiderea contactelor, este tras într-o grilă de stingere a arcului din plăci metalice, atunci acesta va fi împărțit în N arcuri scurte. Fiecare arc scurt va avea propriile căderi de tensiune ale catodului și anodului. U e. Arcul se stinge dacă:

U n U uh,

Unde U- tensiunea retelei; U e - suma căderilor de tensiune ale catodului și anodului (20-25 V într-un arc de curent continuu).

Arcul AC poate fi, de asemenea, împărțit în N arcuri scurte. În momentul în care curentul trece prin zero, spațiul aproape catodic dobândește instantaneu o putere electrică de 150-250 V.

Arcul se stinge dacă

Stingerea arcului în goluri înguste.

Dacă arcul arde într-o fantă îngustă formată dintr-un material rezistent la arc, atunci din cauza contactului cu suprafețele reci, are loc răcirea intensă și difuzia particulelor încărcate în mediu. Acest lucru are ca rezultat deionizarea rapidă și stingerea arcului.

Orez. patru.

A- împărțirea unui arc lung în altele scurte; b– tragerea arcului într-o fantă îngustă a jgheabului arcului; în– rotirea arcului într-un câmp magnetic; G- stingerea arcului în ulei: 1 - contact fix; 2 - trunchi arc; 3 – înveliș de hidrogen; 4 – zona gazelor; 5 – zona vaporilor de ulei; 6 - contact în mișcare

Mișcarea arcului într-un câmp magnetic.

Un arc electric poate fi considerat ca un conductor de curent. Dacă arcul se află într-un câmp magnetic, atunci este afectat de o forță determinată de regula mâinii stângi. Dacă creați un câmp magnetic îndreptat perpendicular pe axa arcului, atunci acesta va primi mișcare de translație și va fi tras în fanta jgheabului arcului (Fig. 4, b).

Într-un câmp magnetic radial, arcul va primi mișcare de rotație(Fig. 4, în). Câmpul magnetic poate fi creat de magneți permanenți, bobine speciale sau de circuitul purtător de curent în sine. Rotirea și mișcarea rapidă a arcului contribuie la răcirea și deionizarea acestuia.

Ultimele două metode de stingere a arcului (în fante înguste și într-un câmp magnetic) sunt utilizate și la dispozitivele de comutare cu tensiuni peste 1 kV.

4. Principalele metode de stingere a arcului în dispozitivele de mai sus 1kV.

În dispozitivele de comutare peste 1 kV, metodele 2 și 3 descrise la p.p. 1.3. iar următoarele metode de stingere a arcului sunt utilizate pe scară largă:

1. Stingerea arcului în ulei .

Dacă contactele dispozitivului de deconectare sunt plasate în ulei, atunci arcul care apare în timpul deschiderii duce la formarea intensivă de gaz și la evaporarea uleiului (Fig. 4, G). În jurul arcului se formează o bulă de gaz, constând în principal din hidrogen (70-80%); descompunerea rapidă a uleiului duce la creșterea presiunii în bule, ceea ce contribuie la o mai bună răcire și deionizare a acestuia. Hidrogenul are proprietăți mari de stingere a arcului. În contact direct cu arborele arcului, acesta contribuie la deionizarea acestuia. În interiorul bulei de gaz are loc o mișcare continuă a vaporilor de gaz și ulei. Stingerea arcului în ulei este utilizată pe scară largă în întrerupătoarele de circuit.

2. Gaz-aer explozie .

Răcirea arcului este îmbunătățită dacă se creează o mișcare direcționată a gazelor - explozie. Suflarea de-a lungul sau de-a lungul arcului (Fig. 5) contribuie la pătrunderea particulelor de gaz în arborele acestuia, la difuzia intensă și la răcirea arcului. Gazul este creat atunci când petrolul este descompus de un arc (comutatoare de ulei) sau de materiale solide generatoare de gaz (explozie cu gaz auto). Este mai eficient să suflați cu aer rece, neionizat, provenit din cilindri speciali de aer comprimat (comutatoare cu aer).

3. Rupere multiplă a circuitului de curent .

Oprirea curentului ridicat la tensiuni înalte este dificilă. Acest lucru se explică prin faptul că la valori mari intrarea energiei și recuperarea tensiunii, deionizarea spațiului arcului devine mai complicată. Prin urmare, în întreruptoarele de circuit de înaltă tensiune, în fiecare fază sunt utilizate întreruperi multiple de arc (Fig. 6). Astfel de întrerupătoare au mai multe dispozitive de stingere proiectate pentru o parte din curentul nominal. fire. Numărul de întreruperi pe fază depinde de tipul de întrerupător și de tensiunea acestuia. În întreruptoarele de circuit de 500-750 kV, pot exista 12 întreruperi sau mai multe. Pentru a facilita stingerea arcului, tensiunea de restabilire trebuie distribuită uniform între întreruperi. Pe fig. 6 prezintă schematic un întrerupător de circuit de ulei cu două întreruperi pe fază.

Când un scurtcircuit monofazat este oprit, tensiunea de recuperare va fi distribuită între întreruperi după cum urmează:

U 1/U 2 = (C 1+C 2)/C 1

Unde U 1 ,U 2 - tensiuni aplicate la prima și a doua discontinuitate; DIN 1 - capacitatea dintre contactele acestor goluri; C 2 - capacitatea sistemului de contact față de pământ.

Orez. 6. Distribuția tensiunii peste întreruperi în întrerupătorul automat: a - distribuția tensiunii peste întreruperi în întrerupătorul cu ulei; b - divizoare capacitive de tensiune; c - divizoare active de tensiune.

pentru că DIN 2 semnificativ mai mult C 1, apoi tensiunea U 1 > U 2 și, în consecință, dispozitivele de stingere vor funcționa în condiții diferite. Pentru a egaliza tensiunea, condensatoarele sau rezistențele active sunt conectate în paralel cu contactele principale ale comutatorului (GK) (Fig. 16, b, în). Valorile capacităților și rezistențelor de șunt active sunt selectate astfel încât tensiunea între întreruperi să fie distribuită uniform. La întreruptoarele cu rezistențe în șunt, după stingerea arcului dintre GC, curentul de însoțire, limitat ca valoare de rezistențe, este întrerupt de contactele auxiliare (AC).

Rezistoarele de șunt reduc rata de creștere a tensiunii de recuperare, facilitând stingerea arcului.

4. Stingerea arcului în vid .

Un gaz foarte rarefiat (10-6-10-8 N/cm2) are o rezistență electrică de zece ori mai mare decât un gaz la presiunea atmosferică. Dacă contactele se deschid în vid, atunci imediat după prima trecere a curentului în arc prin zero, puterea golului este restabilită și arcul nu se aprinde din nou.

5. Stingerea arcului în gaze de înaltă presiune .

Aerul la o presiune de 2 MPa sau mai mult are o rezistență electrică ridicată. Acest lucru face posibilă crearea unor dispozitive destul de compacte pentru stingerea arcului într-o atmosferă de aer comprimat. Și mai eficientă este utilizarea gazelor de înaltă rezistență, cum ar fi hexafluorura de sulf SF6 (SF6). SF6 are nu numai o rezistență electrică mai mare decât aerul și hidrogenul, dar și proprietăți mai bune de stingere a arcului chiar și la presiunea atmosferică.

Oprirea circuitului printr-un dispozitiv de contact se caracterizează prin apariția plasmei, care trece prin diferite etape ale unei descărcări de gaz în procesul de transformare a spațiului de intercontact dintr-un conductor. curent electricîntr-un izolator.

La curenți peste 0,5-1 A, are loc o etapă de descărcare a arcului (regiune 1 )(Fig. 1.); când curentul scade, are loc o etapă de descărcare luminoasă la catod (regiunea 2 ); următoarea etapă (zona 3 ) este deversarea Townsend și, în sfârșit, regiunea 4 - stadiul de izolare, în care purtătorii de electricitate - electroni și ioni - nu se formează din cauza ionizării, ci pot proveni doar din mediu.

Orez. 1. Caracteristica curent-tensiune a treptelor de descărcare electrică în gaze

Prima secțiune a curbei este o descărcare de arc (regiune 1) - caracterizat printr-o scădere mică de tensiune la electrozi și o densitate mare de curent. Pe măsură ce curentul crește, tensiunea pe întreținerea arcului scade mai întâi brusc, apoi se modifică ușor.

A doua secțiune (regiunea 2 ), care este o regiune de descărcare strălucitoare, este caracterizată printr-o cădere mare de tensiune la catod (250–300 V) și curenți scăzuti. Odată cu creșterea curentului, scăderea tensiunii în intervalul de descărcare va crește.

Descărcare Townsend (zona 3 ) se caracterizează prin valori extrem de scăzute ale curentului la tensiuni înalte.

Arc electric este însoțită de o temperatură ridicată și este asociată cu această temperatură. Prin urmare, arcul nu este doar un fenomen electric, ci și unul termic.

În condiții normale, aerul este un bun izolator. Deci, pentru defalcarea unui spațiu de aer de 1 cm, este necesară aplicarea unei tensiuni de cel puțin 30 kV. Pentru ca spațiul de aer să devină un conductor, este necesar să se creeze o anumită concentrație de particule încărcate în el: negativ - în mare parte electroni liberi și pozitivi - ioni. Procesul de separare a unuia sau mai multor electroni dintr-o particulă neutră cu formarea de electroni și ioni liberi se numește ionizare.

Ionizarea gazelor poate apărea sub influența luminii, razelor X, temperaturii ridicate, sub influența unui câmp electric și a unui număr de alți factori. Pentru procesele cu arc în aparate electrice cea mai mare valoare au: din procesele care au loc la electrozi - emisie termoionică și de câmp, iar din procesele care au loc în intervalul de arc - ionizare termică și ionizare prin împingere.

La comutarea dispozitivelor electrice destinate să închidă și să deschidă un circuit cu curent, atunci când sunt deconectate, se produce o descărcare în gaz fie sub forma unei descărcări strălucitoare, fie sub formă de arc. O descărcare luminoasă are loc atunci când curentul care trebuie oprit este sub 0,1 A, iar tensiunea la contacte atinge 250–300 V. O astfel de descărcare are loc fie la contactele releelor ​​de putere redusă, fie ca fază de tranziție către o descărcare. sub forma unui arc electric.

Principalele proprietăți ale descărcării arcului.

1) Descărcarea arcului are loc numai la curenți mari; curentul minim de arc pentru metale este de aproximativ 0,5 A;

2) Temperatura părții centrale a arcului este foarte ridicată și poate ajunge la 6000 - 18000 K în aparate;

3) Densitatea de curent la catod este extrem de mare și ajunge la 10 2 - 10 3 A / mm 2;

4) Căderea de tensiune la catod este de numai 10 - 20 V și practic nu depinde de curent.

Într-o descărcare cu arc, se pot distinge trei regiuni caracteristice: aproape catod, regiunea coloanei arcului (arce de arc) și aproape anod (Fig. 2.).

În fiecare dintre aceste zone, procesele de ionizare și deionizare decurg diferit în funcție de condițiile care există acolo. Deoarece curentul rezultat care trece prin aceste trei regiuni este același, în fiecare dintre ele au loc procese care asigură apariția suma necesară taxe.

Orez. 2. Distribuția tensiunii și a intensității câmpului electric într-un arc staționar de curent continuu

Emisia termoionică. Emisia termoionică este fenomenul de emisie de electroni de pe o suprafață încălzită.

Când contactele diverge, rezistența de contact a contactului și densitatea curentului în ultima zonă de contact cresc brusc. Această zonă este încălzită la temperatura de topire și formarea unui istm de contact de metal topit, care se rupe odată cu divergența suplimentară a contactelor. Aici metalul de contact se evaporă. Pe electrodul negativ se formează un așa-numit punct catod (caldă fierbinte), care servește drept bază a arcului și sursă de radiație electronică în primul moment al divergenței contactului. Densitatea curentului de emisie termoionică depinde de temperatură și de materialul electrodului. Este mic și poate fi suficient pentru apariția unui arc electric, dar este insuficient pentru arderea acestuia.

Emisia autoelectronica. Acesta este fenomenul de emisie de electroni din catod sub influența unui câmp electric puternic.

Locul în care circuitul electric este întrerupt poate fi reprezentat ca un condensator variabil. Capacitatea în momentul inițial este egală cu infinit, apoi scade pe măsură ce contactele diverg. Prin rezistența circuitului, acest condensator este încărcat, iar tensiunea pe el crește treptat de la zero la tensiunea rețelei. În același timp, distanța dintre contacte crește. Intensitatea câmpului dintre contacte în timpul creșterii tensiunii trece prin valori care depășesc 100 MV/cm. Astfel de valori ale intensității câmpului electric sunt suficiente pentru a ejecta electronii din catodul rece.

Curentul de emisie de câmp este, de asemenea, foarte mic și poate servi doar ca început al dezvoltării unei descărcări cu arc.

Astfel, apariția unei descărcări de arc pe contacte divergente se explică prin prezența emisiilor termoionice și autoelectronice. Predominanța unuia sau altuia depinde de valoarea curentului oprit, de materialul și curățenia suprafeței de contact, de viteza de divergență a acestora și de o serie de alți factori.

Ionizare push. Dacă un electron liber are o viteză suficientă, atunci când se ciocnește cu o particulă neutră (atom și, uneori, o moleculă), poate elimina un electron din ea. Rezultatul este un nou electron liber și un ion pozitiv. Electronul nou dobândit poate, la rândul său, ioniza următoarea particulă. Această ionizare se numește ionizare push.

Pentru ca un electron să poată ioniza o particulă de gaz, acesta trebuie să se miște cu o anumită viteză definită. Viteza unui electron depinde de diferența de potențial pe calea liberă medie. Prin urmare, de obicei nu este indicată viteza electronului, ci valoarea minimă a diferenței de potențial care trebuie să fie pe lungimea căii libere, astfel încât electronul să dobândească viteza necesară până la sfârșitul căii. Această diferență de potențial se numește potenţial de ionizare.

Potențialul de ionizare pentru gaze este de 13 - 16 V (azot, oxigen, hidrogen) și până la 24,5 V (heliu), pentru vaporii de metal este de aproximativ două ori mai mic (7,7 V pentru vaporii de cupru).

Ionizare termică. Acesta este procesul de ionizare sub influența temperaturii ridicate. Mentinerea arcului dupa aparitia lui, i.e. asigurarea descărcării arcului apărut cu un număr suficient de încărcări gratuite se explică prin principalul și practic singurul tip de ionizare - ionizarea termică.

Temperatura coloanei arcului este în medie 6000 - 10000 K, dar poate atinge valori mai mari - până la 18000 K. La această temperatură, atât numărul de particule de gaz cu mișcare rapidă, cât și viteza de mișcare a acestora cresc foarte mult. Atunci când atomii sau moleculele în mișcare rapidă se ciocnesc, cei mai mulți dintre ei sunt distruși, formând particule încărcate, de exemplu. gazul este ionizat. Caracteristica principală a ionizării termice este gradul de ionizare, care este raportul dintre numărul de atomi ionizați din spațiul de arc și numărul total de atomi din acest spațiu. Simultan cu procesele de ionizare în arc, au loc procese inverse, adică reunificarea particulelor încărcate și formarea particulelor neutre. Aceste procese sunt numite deionizare.

Deionizarea are loc în principal din cauza recombinareși difuziune.

Recombinare. Procesul prin care particulele încărcate diferit, care intră în contact reciproc, formează particule neutre, se numește recombinare.

Într-un arc electric particule negative sunt în mare parte electroni. Legătura directă a electronilor cu un ion pozitiv este puțin probabilă din cauza diferenței mari de viteze. De obicei, recombinarea are loc cu ajutorul unei particule neutre, pe care electronul o încarcă. Când această particulă încărcată negativ se ciocnește cu un ion pozitiv, se formează una sau două particule neutre.

Difuzie. Difuzia particulelor încărcate este procesul de efectuare a particulelor încărcate din golul arcului în spațiul înconjurător, ceea ce reduce conductivitatea arcului.

Difuzia se datorează atât factorilor electrici, cât și termici. Densitatea de sarcină în coloana arcului crește de la periferie la centru. Având în vedere acest lucru, se creează câmp electric, ceea ce face ca ionii să se deplaseze din centru spre periferie și să părăsească regiunea arcului. Diferența de temperatură dintre coloana arcului și spațiul înconjurător acționează, de asemenea, în aceeași direcție. Într-un arc stabilizat și care arde liber, difuzia joacă un rol neglijabil.

Căderea de tensiune pe un arc staționar este distribuită neuniform de-a lungul arcului. Model de cădere de tensiune U D și intensitatea câmpului electric (gradient de tensiune longitudinală) E D = dU/dx de-a lungul arcului este prezentată în figură (Fig. 2). Sub gradient de stres E D se referă la căderea de tensiune pe unitatea de lungime a arcului. După cum se poate vedea din figură, cursul caracteristicilor U D și E D în regiunile apropiate de electrod diferă brusc de comportamentul caracteristicilor din restul arcului. La electrozi, în regiunile aproape catodic și aproape anod, într-un interval de lungime de ordinul a 10 - 4 cm, are loc o scădere bruscă a tensiunii, numită catodic U la și anodul U A. Valoarea acestei căderi de tensiune depinde de materialul electrozilor și de gazul din jur. Valoarea totală a căderilor de tensiune anodului și catodului este de 15–30 V, gradientul de tensiune ajunge la 105–106 V/cm.

În restul arcului, numit coloana arcului, căderea de tensiune U D este aproape direct proporțional cu lungimea arcului. Gradientul aici este aproximativ constant de-a lungul tulpinii. Depinde de mulți factori și poate varia foarte mult, ajungând la 100–200 V/cm.

Căderea de tensiune aproape de electrod U E nu depinde de lungimea arcului, căderea de tensiune în coloana arcului este proporțională cu lungimea arcului. Astfel, scăderea de tensiune pe întreținerea arcului

U D = U E + E D l D,

Unde: E D este intensitatea câmpului electric în coloana arcului;

l D este lungimea arcului; U E = U la + U A.

În concluzie, trebuie remarcat încă o dată că ionizarea termică predomină în stadiul descărcării arcului - scindarea atomilor în electroni și ioni pozitivi datorită energiei câmpului termic. Cu strălucire - ionizarea de impact are loc la catod din cauza coliziunii cu electronii accelerați de un câmp electric, iar cu o descărcare Townsend, ionizarea de impact prevalează asupra întregului interval al descărcării de gaz.

Caracteristica curent-tensiune statică a electricității

arcuri de curent continuu.

Cea mai importantă caracteristică a arcului este dependența tensiunii peste el de mărimea curentului. Această caracteristică se numește curent-tensiune. Cu curent crescând i temperatura arcului crește, ionizarea termică crește, numărul de particule ionizate din descărcare crește și scade rezistență electrică arcuri r d.

Tensiunea arcului este ir e. Pe măsură ce curentul crește, rezistența arcului scade atât de rapid încât tensiunea pe arc scade chiar dacă curentul din circuit crește. Fiecare valoare curentă în starea de echilibru corespunde propriului echilibru dinamic al numărului de particule încărcate.

La trecerea de la o valoare curentă la alta, starea termică a arcului nu se schimbă instantaneu. Decalajul arcului are inertie termica. Dacă curentul se modifică lent în timp, atunci inerția termică a descărcării nu afectează. Fiecare valoare de curent corespunde unei singure valori a rezistenței arcului sau tensiunii pe ea.

Se numește dependența tensiunii arcului de curent cu schimbarea lui lentă caracteristica curentului static arcuri.

Caracteristica statică a arcului depinde de distanța dintre electrozi (lungimea arcului), de materialul electrozilor și de parametrii mediului în care arde arcul.

Caracteristicile statice curent-tensiune ale arcului au forma curbelor prezentate în fig. 3.

Orez. 3. Caracteristicile statice curent-tensiune ale arcului

Cu cât arcul este mai lung, cu atât este mai mare caracteristica curent-tensiune statică. Odată cu creșterea presiunii mediului în care arde arcul, crește și intensitatea E D și caracteristica curent-tensiune crește similar cu fig. 3.

Răcirea cu arc afectează semnificativ această caracteristică. Cu cât răcirea arcului este mai intensă, cu atât mai multă putere este eliminată din acesta. Acest lucru ar trebui să crească puterea generată de arc. Pentru un curent dat, acest lucru este posibil prin creșterea tensiunii arcului. Astfel, odată cu creșterea răcirii, caracteristica curent-tensiune este situată mai sus. Acesta este utilizat pe scară largă în dispozitivele de stingere a arcului electric ale aparatelor.

Caracteristica curent-tensiune dinamică a electricității

arcuri de curent continuu.

Dacă curentul din circuit se schimbă lent, atunci curentul i 1 corespunde rezistenței arcului r D1, un curent mai mare i 2 corespunde unei rezistențe mai mici r D2, care este prezentat în fig. 4. (vezi caracteristica statică a arcului - curbă DAR).

Orez. 4. Caracteristica curent-tensiune dinamică a arcului.

În instalațiile reale, curentul se poate schimba destul de repede. Datorită inerției termice a coloanei arcului, modificarea rezistenței arcului este în urmă față de modificarea curentului.

Se numește dependența tensiunii arcului de curent cu schimbarea sa rapidă caracteristica dinamică curent-tensiune.

Cu o creștere bruscă a curentului, caracteristica dinamică devine mai mare decât cea statică (curba LA), deoarece cu o creștere rapidă a curentului, rezistența arcului scade mai lent decât crește curentul. Când scade, este mai mică, deoarece în acest mod rezistența arcului este mai mică decât la o schimbare lentă a curentului (curba DIN).

Răspunsul dinamic este determinat în mare măsură de rata de schimbare a curentului în arc. Dacă în circuit este introdusă o rezistență foarte mare pentru un timp infinit mic în comparație cu constanta de timp termică a arcului, atunci în timpul în care curentul scade la zero, rezistența arcului va rămâne constantă. În acest caz, caracteristica dinamică va fi reprezentată ca o linie dreaptă care trece din punct 2 la origine (linie dreaptă D),t. e. Arcul se comportă ca un conductor metalic, deoarece tensiunea pe arc este proporțională cu curentul.

Condiții de stingere a arcului de curent continuu.

Pentru a stinge un arc electric de curent continuu, este necesar să se creeze astfel de condiții încât în ​​intervalul de arc la toate valorile curente, procesele de deionizare să decurgă mai intens decât procesele de ionizare.

Orez. 5. Echilibrul de tensiune într-un circuit cu arc electric.

Luați în considerare un circuit electric care conține rezistență R, inductanță Lși decalajul arcului cu căderea de tensiune U D căruia i se aplică tensiunea U(Fig. 5, A). Cu un arc de lungime constantă, pentru orice moment de timp, ecuația de echilibrare a tensiunii din acest circuit va fi valabilă:

unde este căderea de tensiune pe inductanță pe măsură ce curentul se modifică.

Modul staționar va fi unul în care curentul din circuit nu se schimbă, adică. iar ecuația de echilibru a tensiunilor va lua forma:

Pentru a stinge un arc electric, este necesar ca curentul din el să scadă tot timpul, adică. , A

Soluția grafică a ecuației de echilibrare a tensiunilor este prezentată în fig. 5, b. Aici este o linie dreaptă 1 este tensiunea sursei U; linie oblică 2 - căderea de tensiune pe rezistență R(caracteristica reostatică a circuitului) scăzută din tensiune U, adică U-iR; curba 3 – caracteristica curent-tensiune a decalajului arcului U D.

Caracteristicile unui arc electric de curent alternativ.

Dacă pentru a stinge arcul de curent continuu, este necesar să se creeze condiții în care curentul ar scădea la zero, atunci cu curent alternativ, curentul din arc, indiferent de gradul de ionizare al intervalului de arc, trece prin zero la fiecare jumătate - ciclu, adică la fiecare jumătate de ciclu, arcul este stins și reaprins. Sarcina de stingere a arcului este mult facilitată. Aici este necesar să se creeze condiții în care curentul să nu-și revină după trecerea prin zero.

Caracteristica curent-tensiune a unui arc de curent alternativ pentru o perioadă este prezentată în fig. 6. Întrucât, chiar și la o frecvență industrială de 50 Hz, curentul în arc se modifică destul de repede, caracteristica prezentată este dinamică. Cu un curent sinusoidal, tensiunea arcului crește mai întâi în secțiune 1, iar apoi, din cauza cresterii curentului, cade in zona 2 (secțiuni 1 și 2 se referă la prima jumătate a semiciclului). După trecerea curentului prin maxim, caracteristica dinamică I–V crește de-a lungul curbei 3 datorită scăderii curentului, iar apoi scade în zonă 4 datorită apropierii tensiunii de zero (secțiuni 3 și 4 aparțin celei de-a doua jumătăți a aceleiași semiperioade).

Orez. 6. Caracteristica curent-tensiune a unui arc de curent alternativ

Cu curent alternativ, temperatura arcului este o variabilă. Cu toate acestea, inerția termică a gazului se dovedește a fi destul de semnificativă, iar în momentul în care curentul trece prin zero, temperatura arcului, deși scade, rămâne destul de ridicată. Cu toate acestea, scăderea temperaturii care are loc la trecerea curentului prin zero contribuie la deionizarea golului și facilitează stingerea arcului electric de curent alternativ.

Arc electric într-un câmp magnetic.

Arcul electric este un conductor de curent gazos. Asupra acestui conductor acționează un câmp magnetic, precum și asupra unuia metalic, creând o forță proporțională cu inducția câmpului și curentul din arc. Câmpul magnetic, care acționează asupra arcului, își mărește lungimea și mișcă elementele arcului în spațiu. Mișcarea transversală a elementelor arcului creează o răcire intensă, ceea ce duce la creșterea gradientului de tensiune pe coloana arcului. Când arcul se mișcă într-un mediu gazos la viteză mare, arcul se împarte în fibre paralele separate. Cu cât arcul este mai lung, cu atât delaminarea arcului este mai puternică.

Arcul este un conductor extrem de mobil. Se știe că astfel de forțe acționează asupra părții purtătoare de curent, care tind să crească energia electromagnetică a circuitului. Deoarece energia este proporțională cu inductanța, arcul, sub influența propriului câmp, tinde să formeze spire, bucle, deoarece aceasta crește inductanța circuitului. Această capacitate a arcului este cu atât mai puternică, cu atât lungimea sa este mai mare.

Arcul care se deplasează în aer învinge rezistența aerodinamică a aerului, care depinde de diametrul arcului, de distanța dintre electrozi, de densitatea gazului și de viteza de mișcare. Experiența arată că în toate cazurile într-un câmp magnetic uniform arcul se mișcă cu viteza constanta. Prin urmare, forța electrodinamică este echilibrată de forța de rezistență aerodinamică.

Pentru a crea o răcire eficientă, arcul este tras într-un spațiu îngust (diametrul arcului mai mare decât lățimea fantei) între pereții din material rezistent la arc cu conductivitate termică ridicată folosind un câmp magnetic. Datorită creșterii transferului de căldură către pereții fantei, gradientul de tensiune în coloana arcului în prezența unei fante înguste este mult mai mare decât cel al unui arc care se mișcă liber între electrozi. Acest lucru face posibilă reducerea lungimii și a timpului de stingere necesar pentru stingere.

Metode de influențare a arcului electric în dispozitivele de comutare.

Scopul influenței asupra coloanei arcului care apare în aparat este de a crește rezistența electrică activă a acestuia până la infinit, atunci când elementul de comutare trece în stare izolatoare. Aproape întotdeauna, acest lucru se realizează prin răcirea intensivă a coloanei cu arc, reducând temperatura și conținutul de căldură, în urma căreia gradul de ionizare și numărul de purtători de energie electrică și particule ionizate scade, iar rezistența electrică a plasmei crește.

Pentru a stinge cu succes un arc electric în dispozitivele de comutare de joasă tensiune, trebuie îndeplinite următoarele condiții:

1) măriți lungimea arcului prin întinderea acestuia sau mărind numărul de întreruperi pe stâlp de comutator;

2) mutați arcul pe plăcile metalice ale jgheabului de arc, care sunt ambele radiatoare care absorb energia termică a coloanei arcului și o despart într-o serie de arce conectate în serie;

3) mutați coloana arcului camp magneticîntr-o cameră cu fante din material izolator rezistent la arc cu conductivitate termică ridicată, unde arcul este răcit intens în contact cu pereții;

4) formează un arc într-un tub închis de material generator de gaz - fibră; gazele eliberate sub influența temperaturii creează o presiune ridicată, ceea ce contribuie la stingerea arcului;

5) să reducă concentrația de vapori de metal în arc, în care scop la etapa de proiectare a dispozitivelor să se utilizeze materiale adecvate;

6) stinge arcul în vid; la presiunea gazului foarte scăzută, nu există suficienți atomi de gaz pentru a-i ioniza și a susține conducerea curentului în arc; rezistența electrică a canalului coloanei arcului devine foarte mare și arcul se stinge;

7) deschideți contactele sincron înainte ca curentul alternativ să treacă prin zero, ceea ce reduce semnificativ eliberarea de energie termică în arcul rezultat, adică. contribuie la stingerea arcului;

8) utilizați rezistențe pur active, manevrând arcul și facilitând condițiile de stingere a acestuia;

9) utilizați elemente semiconductoare care deduc spațiul de intercontact, comutând curentul de arc către ele înșiși, ceea ce elimină practic formarea unui arc pe contacte.

Un arc electric poate fi extrem de distructiv pentru echipamente și, mai important, periculos pentru oameni. Un număr alarmant de accidente cauzate de aceasta au loc în fiecare an, ducând adesea la arsuri grave sau la deces. Din fericire, în industria electrică s-au înregistrat progrese semnificative în ceea ce privește crearea mijloacelor și metodelor de protecție împotriva arcului electric.

Cauzele și locurile de apariție

Arcul electric este unul dintre cele mai mortale și mai puțin înțelese pericole electrice și este predominant în majoritatea industriilor. Este larg acceptat că cu cât tensiunea este mai mare sistem electric, cu atât este mai mare riscul pentru persoanele care lucrează pe sau în apropierea cablurilor și echipamentelor sub tensiune.

Energia termică dintr-un arc, totuși, poate fi de fapt mai mare și să apară mai frecvent la tensiuni mai mici, cu aceleași efecte devastatoare.

Apariția unui arc electric, de regulă, are loc atunci când există un contact accidental între un conductor purtător de curent, cum ar fi un fir de contact al unei linii de troleibuz sau tramvai, cu un alt conductor sau o suprafață împământată.

Când se întâmplă acest lucru, curentul de scurtcircuit rezultat topește firele, ionizează aerul și creează un canal de foc de plasmă conductoare cu o formă caracteristică a arcului (de unde și numele), iar temperatura arcului electric din miezul său poate ajunge la peste 20.000. °C.

Ce este un arc electric?

De fapt, aceasta este ceea ce se numește în mod obișnuit binecunoscuta descărcare de arc în fizică și inginerie electrică - un tip de descărcare electrică independentă într-un gaz. Care sunt proprietățile fizice ale unui arc electric? Arde într-o gamă largă de presiune a gazului, la tensiune constantă sau alternativă (până la 1000 Hz) între electrozi în intervalul de la câțiva volți (arc de sudare) la zeci de kilovolți. Densitatea maximă a curentului arcului se observă la catod (10 2 -10 8 A/cm 2), unde se contractă într-un punct catod foarte luminos și mic. Se mișcă aleatoriu și continuu pe întreaga zonă a electrodului. Temperatura sa este astfel încât materialul catodic fierbe în el. Prin urmare, apar condiții ideale pentru emisia termoionică de electroni în spațiul apropiat catodic. Deasupra acestuia se formează un strat mic, care este încărcat pozitiv și asigură accelerarea electronilor emiși până la viteze cu care aceștia șocează ionizează atomii și moleculele mediului din spațiul interelectrod.

Același loc, dar ceva mai mare și mai puțin mobil, se formează și pe anod. Temperatura din el este aproape de punctul catodului.

Dacă curentul arcului este de ordinul a mai multor zeci de amperi, atunci jeturile de plasmă sau torțele curg din ambii electrozi cu viteză mare în mod normal către suprafețele lor (vezi fotografia de mai jos).

La curenți mari (100-300 A), apar jeturi de plasmă suplimentare, iar arcul devine similar cu un fascicul de filamente de plasmă (vezi fotografia de mai jos).

Cum se manifestă arcul în echipamentele electrice

După cum s-a menționat mai sus, catalizatorul pentru apariția sa este o eliberare puternică de căldură în punctul catodului. Temperatura arcului electric, așa cum am menționat deja, poate ajunge la 20.000 ° C, de aproximativ patru ori mai mare decât pe suprafața soarelui. Această căldură poate topi rapid sau chiar vaporiza conductoarele de cupru, care au un punct de topire de aproximativ 1084°C, mult mai scăzut decât într-un arc. Prin urmare, în ea se formează adesea vapori de cupru și stropi de metal topit. Când cuprul trece de la solid la vapori, se extinde la câteva zeci de mii de ori volumul său inițial. Acest lucru este echivalent cu faptul că o bucată de cupru dintr-un centimetru cub se va schimba la o dimensiune de 0,1 metri cubi într-o fracțiune de secundă. În acest caz, vor exista o presiune de intensitate mare și unde sonore care se propagă în jur la viteză mare (care poate fi de peste 1100 km pe oră).

Impactul unui arc electric

Rănirea gravă și chiar moartea, dacă apare, pot fi primite nu numai de persoanele care lucrează la echipamente electrice, ci și de persoanele care se află în apropiere. Leziunile arcului pot include arsuri externe ale pielii, arsuri interne de la inhalarea de gaze fierbinți și metal vaporizat, leziuni ale auzului, leziuni ale vederii, cum ar fi orbirea de la lumina ultravioletă flash și multe alte leziuni devastatoare.

Cu un arc deosebit de puternic, pot apărea și fenomene precum explozia acestuia, creând o presiune de peste 100 de kilopascali (kPa) cu ejectarea particulelor de resturi precum schijele la viteze de până la 300 de metri pe secundă.

Persoanele care au fost expuse la curenții de arc electric pot avea nevoie de tratament serios și de reabilitare, iar costul rănilor lor poate fi extrem - fizic, emoțional și financiar. În timp ce legea cere întreprinderilor să efectueze evaluări de risc pentru toate tipurile de activitatea muncii cu toate acestea, riscul de arc electric este adesea trecut cu vederea, deoarece majoritatea oamenilor nu știu cum să evalueze și să gestioneze eficient acest pericol. Protecția împotriva efectelor unui arc electric implică utilizarea unei game întregi de mijloace, inclusiv utilizarea de echipamente speciale de protecție electrică, îmbrăcăminte de protecție și echipamentul în sine, în special dispozitive electrice de comutare de înaltă tensiune joasă, proiectate folosind mijloace de stingere a arcului atunci când lucrul cu echipamente electrice sub tensiune.

Arc în aparate electrice

În această clasă de dispozitive electrice (întrerupătoare, contactoare, demaroare magnetice), lupta împotriva acestui fenomen este de o importanță deosebită. Atunci când contactele unui comutator care nu este echipat cu dispozitive speciale pentru a preveni un arc deschis, acesta se aprinde în mod necesar între ele.

În momentul în care contactele încep să se separe, aria acestuia din urmă scade rapid, ceea ce duce la o creștere a densității curentului și, în consecință, la o creștere a temperaturii. Căldura generată în spațiul dintre contacte (ulei mediu uzual sau aer) este suficientă pentru a ioniza aerul sau pentru a se evapora și a ioniza uleiul. Aerul ionizat sau aburul acţionează ca un conductor pentru curentul arcului dintre contacte. Diferența de potențial dintre ele este foarte mică, dar este suficientă pentru a menține arcul. Prin urmare, curentul din circuit rămâne continuu atâta timp cât arcul nu este eliminat. Nu numai că întârzie procesul de întrerupere a curentului, dar generează și o cantitate imensă de căldură, care poate deteriora întrerupătorul în sine. Astfel, principala problemă la un întrerupător (în primul rând unul de înaltă tensiune) este să stingă cât mai curând arcul electric pentru ca căldura generată în acesta să nu atingă o valoare periculoasă.

Factori de întreținere a arcului între contactele întreruptorului

Acestea includ:

2. Particule ionizate între ele.

Ținând cont de acest lucru, menționăm în plus:

• Când există un spațiu mic între contacte, chiar și o mică diferență de potențial este suficientă pentru a menține arcul. O modalitate de a-l stinge este separarea contactelor la o astfel de distanță încât diferența de potențial să devină insuficientă pentru a menține arcul. Cu toate acestea, această metodă nu este practică în aplicațiile de înaltă tensiune în care poate fi necesară separarea multor contoare.
• Particulele ionizate dintre contacte tind să susțină arcul. Dacă calea sa este deionizată, atunci procesul de stingere va fi facilitat. Acest lucru poate fi realizat prin răcirea arcului sau prin îndepărtarea particulelor ionizate din spațiul dintre contacte.
• Există două moduri prin care protecția arcului este asigurată în întrerupătoarele de circuit:

Metoda de înaltă rezistență;

Metoda cu curent zero.

Stingerea arcului prin creșterea rezistenței acestuia

În această metodă, rezistența în calea arcului crește în timp, astfel încât curentul scade la o valoare care nu este suficientă pentru a-l susține. În consecință, acesta este întrerupt și arcul electric se stinge. Principalul dezavantaj al acestei metode este că timpul de stingere este destul de lung, iar o cantitate uriașă de energie are timp să se disipeze în arc.

Rezistența arcului poate fi crescută prin:

• Alungirea arcului - rezistența arcului este direct proporțională cu lungimea acestuia. Lungimea arcului poate fi mărită prin schimbarea distanței dintre contacte.
• Răcirea arcului, mai exact mediul dintre contacte. Răcirea eficientă a aerului trebuie direcționată de-a lungul arcului.
• Prin plasarea contactelor într-un mediu gazos greu de ionizat (comutatoare de gaz) sau într-o cameră cu vid (comutatoare cu vid).
• Scădea secțiune transversală arc prin trecerea lui printr-o gaură îngustă sau prin reducerea zonei de contact.
• Prin împărțirea arcului - rezistența acestuia poate fi mărită prin împărțirea lui într-un număr de arce mici conectate în serie. Fiecare dintre ele experimentează efectul de alungire și răcire. Arcul poate fi divizat prin introducerea unor plăci conductoare între contacte.

Stingerea arcului prin metoda curentului zero

Această metodă este utilizată numai în circuitele AC. În ea, rezistența arcului este menținută la un nivel scăzut până când curentul scade la zero, unde se stinge în mod natural. Reaprinderea sa este împiedicată în ciuda creșterii tensiunii la contacte. Toate întreruptoarele moderne de curent ridicat folosesc această metodă de stingere a arcului.

Într-un sistem de curent alternativ, acesta din urmă scade la zero după fiecare jumătate de ciclu. În fiecare astfel de resetare, arcul se stinge pentru o perioadă scurtă de timp. În acest caz, mediul dintre contacte conține ioni și electroni, astfel încât rezistența sa dielectrică este mică și poate fi ușor distrusă de o tensiune în creștere pe contacte.

Dacă se întâmplă acest lucru, arcul electric va arde pentru următoarea jumătate de ciclu a curentului. Dacă, imediat după zero, rezistența dielectrică a mediului dintre contacte crește mai repede decât tensiunea pe ele, atunci arcul nu se va aprinde și curentul va fi întrerupt. O creștere rapidă a rezistenței dielectrice a curentului mediu aproape de zero poate fi realizată prin:

• recombinarea particulelor ionizate în spațiul dintre contacte în molecule neutre;
• îndepărtarea particulelor ionizate și înlocuirea lor cu particule neutre.

Astfel, problema reală în întreruperea curentului alternativ al arcului este deionizarea rapidă a mediului dintre contacte de îndată ce curentul devine zero.

Modalități de deionizare a mediului între contacte

1. Alungirea golului: rigiditatea dielectrică a mediului este proporțională cu lungimea spațiului dintre contacte. Astfel, o rigiditate dielectrică mai mare a mediului poate fi realizată și prin deschiderea rapidă a contactelor.

2. Presiune ridicată. Dacă crește în imediata apropiere a arcului, densitatea particulelor care alcătuiesc canalul de descărcare a arcului crește și ea. Creșterea densității particulelor duce la nivel inalt deionizarea lor și, în consecință, crește rezistența dielectrică a mediului dintre contacte.

3. Răcire. Recombinarea naturală a particulelor ionizate este mai rapidă dacă acestea se răcesc. Astfel, rigiditatea dielectrică a mediului dintre contacte poate fi mărită prin răcirea arcului.

4. Efect de explozie. Dacă particulele ionizate dintre contacte sunt îndepărtate și înlocuite cu altele neionizate, atunci rezistența dielectrică a mediului poate fi crescută. Acest lucru poate fi realizat cu o explozie de gaz direcționată în zona de descărcare sau prin injectarea de ulei în spațiul de intercontact.

Aceste întreruptoare de circuit folosesc gaz cu hexafluorura de sulf (SF6) ca mediu de stingere a arcului. Are o tendință puternică de a absorbi electroni liberi. Contactele comutatorului se deschid în debitul de înaltă presiune SF6) între ele (vezi figura de mai jos).

Gazul captează electroni liberi în arc și formează un exces de ioni negativi cu mobilitate redusă. Numărul de electroni din arc se reduce rapid și se stinge.