Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Основы теории электрических аппаратов

Процессы на электродах дуги - Основы теории электрических аппаратов

Оглавление
Основы теории электрических аппаратов
Процессы нагревания электрических аппаратов
Нагревание проводников переменным током
Отвод тепла от нагретых тел
Конвекция
Теплоотвод при вынужденном движении жидкости
Теплопередача через жидкостные прослойки
Моделирование нагревания аппаратов, нагревание нетоковедущих частей аппаратов
Нагревание катушек электрических аппаратов
Понятие о термической устойчивости аппаратов
Нагревание контактов
Сваривание контактов
Износостойкость контактов
Неразмыкаемые контактные соединения
Нагревание неразмыкаемых контактных соединении при коротких замыканиях
Водяное охлаждение контактов
Сведения о физических характеристиках электрической дуги
Процессы на электродах дуги
Процессы ионизации в стволе дуги
Энергетический баланс дуги
Дуга переменного тока
Способы гашения дуги постоянного тока в аппаратах низкого напряжения
Гашение дуги в аппаратах постоянного тока высокого напряжения
Гашение дуги в выключателях переменного тока
Отключение малых индуктивных и емкостных токов в выключателях переменного тока
Отключение высокочастотных цепей в выключателях переменного тока
Применение дуги в автоматах гашения поля
Гашение дуги в выключателях переменного токая
Изоляция аппаратов высокого напряжения
Конструктивные промежутки изоляции аппаратов высокого напряжения
Бумажно-масляная изоляция
Основные типы изоляторов
Сухоразрядное напряжение изоляторов
Применение экранов в изоляции
Мокроразрядное напряжение изоляторов
Работа изоляции в районах с загрязненной атмосферой
Литература

Для существования дуги весьма важны процессы, происходящие у катода дуги в газе, непосредственно примыкающем к катоду. На катоде происходит эмиссия электронов, дающих начало дуге. Эмиссия может быть термоэлектронной или автоэлектронной; первая имеет решающее значение при очень высоких температурах катодного пятна.
Таблица V.I

Из электронной теории металлов известно, что в металле всегда имеется большое число свободных электронов, движущихся в разных направлениях между узлами кристаллической решетки. Когда какой-либо электрон приближается к поверхности металла, то он может вылететь в окружающее пространство, если его скорость достаточно велика. При этом электрон должен преодолеть силы притяжения со стороны положительных ионов, находящихся в металле, и затратить энергию, которая называется работой выхода. Значение работы выхода для некоторых металлов дано в табл. V.I.

Работа выхода уменьшается, если на поверхности металла имеется адсорбированная пленка газа, загрязнение и т. п. Зная работу выхода, можно вычислить число электронов, излучаемых в единицу времени с единицы поверхности металла. Эти вычисления привели к выражению для плотности тока (а/сма) термоэлектронной эмиссии в таком виде:
(V.8)
где А — универсальная постоянная, одинаковая для всех металлов, равная 120,4; b — постоянная, зависящая от работы выхода, равная 1,16-10' φ (здесь φ—работа выхода).
Для различных металлов, таких как медь, железо, вольфрам, параметр b имеет значения, лежащие в пределах (5,0-:-3,5) · Ι04. Плотность тока на катодном пятне по данным опытов имеет значения, приведенные в табл. V.2.
Таблица V.2


Материал  

г, а/см1

Графит ....

2800

Медь 

3000

Вольфрам . . .

3700

Железо ....

7200

Эта плотность тока в случае материалов с высокой температурой испарения (графит, вольфрам) может быть объяснена с точки зрения уравнения (V.8). У таких материалов, как медь, железо и других металлов с относительно невысокой температурой испарения, термоэлектронная эмиссия не может объяснить полученную из опыта плотность тока на катоде. Для объяснения ее предлагается другой механизм излучения электронов из катода — автоэлектронная эмиссия. Как известно, около катода имеется область катодного падения, где напряженность электрического поля весьма велика. Для автоэлектронной эмиссии можно получить зависимость, аналогичную (V.8):

(V.9)
где Е — напряженность поля у катода.
Расчеты показывают, что автоэлектронная эмиссия в действительности начинается при напряженности поля на 1—2 порядка более низких, чем следует из уравнения (V.9). Но надо принять во внимание, что автоэлектронная эмиссия в случае дуги возникает при достаточно высокой температуре катодного пятна, когда влияния электрического поля и температуры накладываются друг на друга. Для этого случая была предложена полуэмпирическая формула следующего вида:

(V.10)
где а — коэффициент, определяемый экспериментально.
При Т = 0 формула (V.10) обращается в (V.9), а при Е = 0 — в (V.8). То обстоятельство, что уравнение (V.10) полуэмпирическое, и для пользования им необходимо знать коэффициент а, не являющийся универсальным, и напряженность поля в области катодного падения, делает применение этого уравнения ненадежным. Поэтому делаются попытки найти другое объяснение высокой плотности тока на катодах с низкой температурой испарения (Сu, Fe, А1 и пр.).

Одной  из таких попыток является объяснение высокой плотности тока на катоде сужением дуги при подходе к катоду. Это сужение заметно на многих фотографиях дуги.
Стройная математическая теория сужения дуги была разработана Вейцелем, Ромпе, Шеном и далее развита их последователями. По этой теории низкое катодное падение дуги определяется не эмиссией электронов из катода, а сужением дуги к катоду. Благодаря сужению плазма ствола дуги приближается к катоду, а это приводит к тому, что перенос токаев этой области в подавляющей части осуществляется положительными ионами. Теория дает возможность правильно определить величины катодного падения и плотности тока на катоде.
Теория сужения еще не получила общего признания и против нее выдвигаются некоторые возражения. Можно, например, указать, что в некоторых условиях сужение дуги у катода не наблюдается. С таким положением мы сталкиваемся при очень больших токах, когда катодное пятно охватывает всю поверхность катода.
Процессы у анода играют значительно меньшую роль в дуге. У анода можно также заметить некоторое сужение, однако оно меньше, чем у катода. В противоположность катоду анод обычно не излучает термоионов. Ток у поверхности анода является чисто электронным. Анодное падение напряжения создается отрицательным объемным зарядом, сосредоточенным около него. Можно считать, что напряженность поля в анодном падении относительно невелика. Однако само анодное падение может быть и значительным, что объясняется большей протяженностью области анодного падения.
Поверхность анода при горении дуги бомбардируется электронами, которые разогревают эту поверхность за счет их работы выхода, а также за счет кинетической энергии, приобретенной ими при пробеге области анодного падения. При больших токах затрачивается значительная энергия на испарение анода, играющая большую роль в балансе энергии на аноде.



 
« Основные направления развития низковольтного аппаратостроения   Охлаждающие устройства масляных трансформаторов »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.