एक वोल्टीय चाप की विशेषताओं के बारे में बोलते हुए, यह ध्यान देने योग्य है कि इसमें चमक निर्वहन की तुलना में कम वोल्टेज होता है और चाप का समर्थन करने वाले इलेक्ट्रोड से इलेक्ट्रॉनों के थर्मोनिक विकिरण पर निर्भर करता है। अंग्रेजी बोलने वाले देशों में, इस शब्द को पुरातन और अप्रचलित माना जाता है।

चाप की अवधि या चाप बनने की संभावना को कम करने के लिए चाप दमन तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है।

1800 के दशक के अंत में, सार्वजनिक प्रकाश व्यवस्था के लिए वोल्टाइक चाप का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था। कुछ विद्युत चाप कम दबावकई अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, प्रकाश व्यवस्था के लिए फ्लोरोसेंट लैंपपारा, सोडियम और धातु हलाइड लैंप। फिल्म प्रोजेक्टर के लिए क्सीनन आर्क लैंप का इस्तेमाल किया गया था।

वोल्टीय चाप का खुलना

माना जाता है कि इस घटना का वर्णन सबसे पहले सर हम्फ्री डेवी ने 1801 में विलियम निकोलसन के जर्नल ऑफ नेचुरल फिलॉसफी, केमिस्ट्री एंड आर्ट्स में प्रकाशित एक लेख में किया था। हालाँकि, डेवी द्वारा वर्णित घटना एक विद्युत चाप नहीं थी, बल्कि केवल एक चिंगारी थी। बाद के शोधकर्ताओं ने लिखा: "यह स्पष्ट रूप से एक चाप का नहीं, बल्कि एक चिंगारी का विवरण है। पहले का सार यह है कि यह निरंतर होना चाहिए, और इसके ध्रुवों को इसके उत्पन्न होने के बाद स्पर्श नहीं करना चाहिए। सर हम्फ्री डेवी द्वारा बनाई गई चिंगारी स्पष्ट रूप से निरंतर नहीं थी, और हालांकि कार्बन परमाणुओं के संपर्क में आने के बाद यह कुछ समय के लिए चार्ज रहती थी, संभवतः चाप का कोई संबंध नहीं था, जो कि वोल्टिक के रूप में इसके वर्गीकरण के लिए आवश्यक है।

उसी वर्ष, डेवी ने सार्वजनिक रूप से रॉयल सोसाइटी के सामने दो स्पर्श करने वाली कार्बन छड़ों के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित करके और फिर उन्हें थोड़ी दूरी पर खींचकर प्रभाव का प्रदर्शन किया। प्रदर्शन ने एक "कमजोर" चाप दिखाया, जो बिंदुओं के बीच एक स्थिर चिंगारी से शायद ही अलग हो लकड़ी का कोयला. वैज्ञानिक समुदाय ने उसे और अधिक प्रदान किया है शक्तिशाली बैटरी 1000 प्लेटों से, और 1808 में उन्होंने बड़े पैमाने पर एक वोल्टीय चाप की घटना का प्रदर्शन किया। उन्हें इसके नाम का श्रेय भी दिया जाता है अंग्रेजी भाषा(इलेक्ट्रिक आर्क)। उन्होंने इसे एक चाप कहा क्योंकि इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी करीब होने पर यह ऊपर की ओर धनुष का रूप ले लेती है। यह गर्म गैस के प्रवाहकीय गुणों के कारण है।

वोल्टीय चाप कैसे प्रकट हुआ? पहला निरंतर चाप 1802 में स्वतंत्र रूप से दर्ज किया गया था और 1803 में रूसी वैज्ञानिक वासिली पेट्रोव द्वारा "विद्युत गुणों के साथ विशेष तरल" के रूप में वर्णित किया गया था, जो 4200-डिस्क तांबा-जस्ता बैटरी के साथ प्रयोग कर रहा था।

आगे के अध्ययन

उन्नीसवीं शताब्दी के अंत में, सार्वजनिक प्रकाश व्यवस्था के लिए वोल्टाइक चाप का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था। विद्युत चापों की झिलमिलाहट और फुफकारने की प्रवृत्ति एक बड़ी समस्या थी। 1895 में, हर्था मार्क्स एर्टन ने बिजली पर कई पेपर लिखे, जिसमें बताया गया कि वोल्टाइक आर्क आर्क बनाने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली कार्बन रॉड्स के संपर्क में आने वाली ऑक्सीजन का परिणाम था।

1899 में, वह इलेक्ट्रिकल इंजीनियर्स संस्थान (आईईई) के समक्ष अपना पेपर देने वाली पहली महिला थीं। उनकी रिपोर्ट का शीर्षक "द मैकेनिज्म ऑफ द इलेक्ट्रिक आर्क" था। इसके तुरंत बाद, एर्टन को इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रिकल इंजीनियर्स की पहली महिला सदस्य के रूप में चुना गया। अगली महिला को 1958 में ही संस्थान में भर्ती कराया गया था। एर्टन ने रॉयल सोसाइटी के समक्ष एक पेपर पढ़ने के लिए याचिका दायर की, लेकिन उसे अपने लिंग के कारण ऐसा करने की अनुमति नहीं थी, और द मैकेनिज्म ऑफ द इलेक्ट्रिक आर्क को जॉन पेरी ने 1901 में उनके स्थान पर पढ़ा था।

विवरण

इलेक्ट्रिक आर्कउच्चतम वर्तमान घनत्व वाली प्रजातियों का प्रतिनिधित्व करता है। चाप के माध्यम से अधिकतम धारा केवल द्वारा सीमित है बाहरी वातावरण, चाप ही नहीं।

दो इलेक्ट्रोड के बीच चाप को आयनीकरण और चमक निर्वहन द्वारा शुरू किया जा सकता है जब इलेक्ट्रोड के माध्यम से वर्तमान में वृद्धि होती है। इलेक्ट्रोड गैप का ब्रेकडाउन वोल्टेज दबाव, इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी और इलेक्ट्रोड के आसपास की गैस के प्रकार का एक संयुक्त कार्य है। जब एक चाप शुरू होता है, तो इसका टर्मिनल वोल्टेज ग्लो डिस्चार्ज की तुलना में बहुत कम होता है, और करंट अधिक होता है। वायुमंडलीय दबाव के पास गैसों में एक चाप दृश्य प्रकाश की विशेषता है, उच्च घनत्ववर्तमान और उच्च तापमान। यह एक चमक निर्वहन से अलग है जिसमें इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों दोनों का प्रभावी तापमान लगभग समान होता है, और एक चमक निर्वहन में, आयनों में बहुत कम होता है तापीय ऊर्जाइलेक्ट्रॉनों की तुलना में।

वेल्डिंग करते समय

एक विस्तारित चाप दो इलेक्ट्रोड द्वारा शुरू किया जा सकता है जो शुरू में संपर्क में हैं और प्रयोग के दौरान अलग हो गए हैं। यह क्रिया उच्च वोल्टेज ग्लो डिस्चार्ज के बिना एक चाप शुरू कर सकती है। इस तरह से वेल्डर तुरंत छूकर जोड़ को वेल्ड करना शुरू कर देता है वेल्डिंग इलेक्ट्रोडविषय को।

एक अन्य उदाहरण स्विच, रिले या पर विद्युत संपर्कों का पृथक्करण है सर्किट तोड़ने वाले. उच्च ऊर्जा सर्किट में, संपर्क क्षति को रोकने के लिए चाप दमन की आवश्यकता हो सकती है।

वोल्टीय चाप: विशेषताएं

विद्युतीय प्रतिरोधएक निरंतर चाप के साथ गर्मी पैदा करता है जो अधिक गैस अणुओं को आयनित करता है (जहां आयनीकरण की डिग्री तापमान द्वारा निर्धारित की जाती है), और इस क्रम के अनुसार, गैस धीरे-धीरे एक थर्मल प्लाज्मा में बदल जाती है जो थर्मल संतुलन में होती है क्योंकि तापमान अपेक्षाकृत समान रूप से वितरित होता है सभी परमाणु, अणु, आयन और इलेक्ट्रॉन। इलेक्ट्रॉनों द्वारा स्थानांतरित ऊर्जा उनकी उच्च गतिशीलता के कारण लोचदार टकराव के कारण भारी कणों के साथ जल्दी से फैल जाती है और बड़ी संख्या.

चाप में करंट कैथोड पर थर्मिओनिक और इलेक्ट्रॉनों के क्षेत्र उत्सर्जन द्वारा बनाए रखा जाता है। करंट को कैथोड पर एक बहुत छोटे गर्म स्थान पर केंद्रित किया जा सकता है - एक लाख एम्पीयर प्रति वर्ग सेंटीमीटर के क्रम में। ग्लो डिस्चार्ज के विपरीत, चाप की एक सूक्ष्म संरचना होती है, क्योंकि धनात्मक स्तंभ काफी चमकीला होता है और लगभग दोनों सिरों पर इलेक्ट्रोड तक फैला होता है। कैथोड ड्रॉप और कुछ वोल्ट का एनोड ड्रॉप प्रत्येक इलेक्ट्रोड के मिलीमीटर के एक अंश के भीतर होता है। धनात्मक स्तंभ में कम वोल्टेज प्रवणता होती है और बहुत में अनुपस्थित हो सकती है लघु चापओह।

कम आवृत्ति चाप

कम आवृत्ति (100 हर्ट्ज से कम) चाप प्रत्यावर्ती धाराएक चाप जैसा दिखता है एकदिश धारा. प्रत्येक चक्र पर, चाप एक टूटने से शुरू होता है, और इलेक्ट्रोड भूमिका बदलते हैं जब वर्तमान दिशा बदलती है। जैसे-जैसे करंट की आवृत्ति बढ़ती है, प्रत्येक आधे चक्र में विचलन पर आयनीकरण के लिए पर्याप्त समय नहीं होता है, और चाप को बनाए रखने के लिए टूटने की आवश्यकता नहीं होती है - वोल्टेज और वर्तमान विशेषता अधिक ओमिक हो जाती है।

अन्य भौतिक घटनाओं के बीच स्थान

विभिन्न रूपविद्युत चाप गैर-रैखिक वर्तमान पैटर्न के उभरते गुण हैं और विद्युत क्षेत्र. चाप दो प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड (अक्सर टंगस्टन या कार्बन) के बीच एक गैस से भरे स्थान में होता है, जिसके परिणामस्वरूप बहुत अधिक तापमान पिघलने या अधिकांश सामग्रियों को वाष्पीकृत करने में सक्षम होता है। एक विद्युत चाप एक सतत निर्वहन है, जबकि एक समान विद्युत स्पार्क डिस्चार्जतत्काल है। एक वोल्टीय चाप या तो डीसी सर्किट में या एसी सर्किट में हो सकता है। बाद के मामले में, यह वर्तमान घटना के प्रत्येक आधे चक्र पर बार-बार हिट कर सकता है। एक विद्युत चाप एक चमक निर्वहन से भिन्न होता है जिसमें वर्तमान घनत्व काफी अधिक होता है और चाप के भीतर वोल्टेज ड्रॉप कम होता है। कैथोड पर, वर्तमान घनत्व एक मेगाएम्पियर प्रति वर्ग सेंटीमीटर तक पहुंच सकता है।

विनाशकारी क्षमता

एक विद्युत चाप में करंट और वोल्टेज के बीच एक गैर-रैखिक संबंध होता है। एक बार चाप बनाया गया है (या तो एक चमक निर्वहन से प्रगति करके या क्षणिक रूप से इलेक्ट्रोड को छूकर और फिर उन्हें अलग करके), चाप टर्मिनलों के बीच कम वोल्टेज में वर्तमान परिणाम में वृद्धि। इस नकारात्मक प्रतिरोध प्रभाव के लिए आवश्यक है कि एक स्थिर चाप बनाए रखने के लिए किसी प्रकार के सकारात्मक प्रतिबाधा (जैसे विद्युत गिट्टी) को सर्किट में रखा जाए। यही कारण है कि तंत्र में अनियंत्रित विद्युत चाप इतने विनाशकारी हो जाते हैं, क्योंकि एक बार चाप होने पर यह डीसी वोल्टेज स्रोत से तब तक अधिक से अधिक धारा खींचेगा जब तक कि उपकरण नष्ट न हो जाए।

प्रायोगिक उपयोग

पर औद्योगिक पैमाने परवेल्डिंग के लिए विद्युत चाप का उपयोग किया जाता है, प्लाज्मा काटना, मशीनिंग वैद्युतिक निस्सरण, फिल्म प्रोजेक्टर और प्रकाश व्यवस्था में एक चाप दीपक के रूप में। इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस का उपयोग स्टील और अन्य पदार्थों के उत्पादन के लिए किया जाता है। इस तरह से कैल्शियम कार्बाइड प्राप्त किया जाता है, क्योंकि एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया (2500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर) प्राप्त करने के लिए, इसकी आवश्यकता होती है एक बड़ी संख्या कीऊर्जा।

कार्बन आर्क लाइट्स पहली इलेक्ट्रिक लाइट थीं। 19वीं शताब्दी में स्ट्रीट लैंप के लिए और द्वितीय विश्व युद्ध तक सर्चलाइट जैसे विशेष उपकरणों के लिए उनका उपयोग किया गया था। आज कई क्षेत्रों में निम्न दाब विद्युत चाप का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, फ्लोरोसेंट, पारा, सोडियम और धातु हलाइड लैंप का उपयोग प्रकाश व्यवस्था के लिए किया जाता है, जबकि क्सीनन आर्क लैंप का उपयोग मूवी प्रोजेक्टर के लिए किया जाता है।

एक छोटे पैमाने के चाप फ्लैश की तरह एक तीव्र विद्युत चाप का निर्माण विस्फोटक डेटोनेटर का आधार है। जब वैज्ञानिकों ने सीखा कि वोल्टाइक आर्क क्या है और इसका उपयोग कैसे किया जा सकता है, तो विभिन्न प्रकार के विश्व हथियारों को प्रभावी विस्फोटकों से भर दिया गया।

मुख्य शेष आवेदन उच्च वोल्टेज है स्विचगियरट्रांसमिशन नेटवर्क के लिए। आधुनिक उपकरणइसके तहत सल्फर हेक्साफ्लोराइड का भी उपयोग करें अधिक दबाव.

निष्कर्ष

चाप जलने की आवृत्ति के बावजूद, इसे बहुत उपयोगी माना जाता है। भौतिक घटना, अभी भी व्यापक रूप से उद्योग, उत्पादन और सजावटी वस्तुओं के निर्माण में उपयोग किया जाता है। उसका अपना सौंदर्य है और उसे अक्सर विज्ञान-फाई फिल्मों में दिखाया जाता है। वोल्टीय चाप की हार घातक नहीं है।

व्याख्यान 5

इलेक्ट्रिक आर्क

विद्युत चाप में घटना और भौतिक प्रक्रियाएं। महत्वपूर्ण धाराओं और वोल्टेज पर विद्युत सर्किट का उद्घाटन विचलन संपर्कों के बीच विद्युत निर्वहन के साथ होता है। संपर्कों के बीच हवा का अंतर आयनित होता है और प्रवाहकीय हो जाता है, इसमें एक चाप जलता है। वियोग प्रक्रिया में संपर्कों के बीच हवा के अंतर का विआयनीकरण होता है, अर्थात, विद्युत निर्वहन की समाप्ति और ढांकता हुआ गुणों की बहाली में। विशेष परिस्थितियों में: कम धाराएं और वोल्टेज, वर्तमान में वर्तमान में शून्य से गुजरने पर वैकल्पिक चालू सर्किट का एक रुकावट, बिना विद्युत निर्वहन के हो सकता है। इस शटडाउन को नॉन-स्पार्किंग ब्रेक कहा जाता है।

गैसों में विद्युत निर्वहन की धारा पर डिस्चार्ज गैप में वोल्टेज ड्रॉप की निर्भरता अंजीर में दिखाई गई है। एक।

विद्युत चाप उच्च तापमान के साथ होता है। इसलिए, चाप न केवल एक विद्युत घटना है, बल्कि एक थर्मल भी है। सामान्य परिस्थितियों में, हवा एक अच्छा इन्सुलेटर है। 1 सेमी वायु अंतराल के टूटने के लिए 30 kV के वोल्टेज की आवश्यकता होती है। हवा के अंतराल को कंडक्टर बनने के लिए, इसमें आवेशित कणों की एक निश्चित सांद्रता बनाना आवश्यक है: मुक्त इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक आयन। एक उदासीन कण से इलेक्ट्रॉनों के अलग होने और मुक्त इलेक्ट्रॉनों और धनावेशित आयनों के बनने की प्रक्रिया कहलाती है आयनीकरण. उच्च तापमान और विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में गैस आयनीकरण होता है। विद्युत उपकरण में चाप प्रक्रियाओं के लिए उच्चतम मूल्यइलेक्ट्रोड (थर्मोइलेक्ट्रॉनिक और फील्ड उत्सर्जन) के पास प्रक्रियाएं होती हैं और चाप अंतराल (थर्मल और प्रभाव आयनीकरण) में प्रक्रियाएं होती हैं।

किसी गर्म स्त्रोत से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन गर्म सतह से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन कहलाता है। जब संपर्क अलग हो जाते हैं, तो संपर्क का संपर्क प्रतिरोध और संपर्क क्षेत्र में वर्तमान घनत्व तेजी से बढ़ता है। प्लेटफ़ॉर्म गर्म होता है, पिघलता है और पिघली हुई धातु से एक संपर्क इस्थमस बनता है। संपर्क के आगे विचलन के रूप में isthmus टूट जाता है, और संपर्कों की धातु वाष्पित हो जाती है। नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर एक गर्म क्षेत्र (कैथोड स्पॉट) बनता है, जो चाप के आधार और इलेक्ट्रॉन विकिरण के स्रोत के रूप में कार्य करता है। संपर्क खोले जाने पर विद्युत चाप के उत्पन्न होने का कारण थर्मिओनिक उत्सर्जन होता है। थर्मोनिक उत्सर्जन वर्तमान घनत्व तापमान और इलेक्ट्रोड सामग्री पर निर्भर करता है।

ऑटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन एक मजबूत विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की घटना कहा जाता है। जब संपर्क खुले होते हैं, तो उन पर मुख्य वोल्टेज लगाया जाता है। जब संपर्क बंद हो जाते हैं, जैसे-जैसे गतिमान संपर्क स्थिर होता है, संपर्कों के बीच विद्युत क्षेत्र की ताकत बढ़ जाती है। संपर्कों के बीच एक महत्वपूर्ण दूरी पर, क्षेत्र की ताकत 1000 केवी / मिमी तक पहुंच जाती है। इस तरह की विद्युत क्षेत्र की ताकत ठंडे कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालने के लिए पर्याप्त है। क्षेत्र उत्सर्जन धारा छोटा है और केवल एक चाप निर्वहन की शुरुआत के रूप में कार्य करता है।

इस प्रकार, अपसारी संपर्कों पर एक चाप निर्वहन की घटना को थर्मोनिक और ऑटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की उपस्थिति से समझाया गया है। संपर्क बंद होने पर विद्युत चाप की घटना ऑटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के कारण होती है।

प्रभाव आयनीकरण एक तटस्थ कण के साथ इलेक्ट्रॉनों की टक्कर में मुक्त इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों के उद्भव को कहा जाता है। एक मुक्त इलेक्ट्रॉन एक तटस्थ कण को ​​तोड़ता है। परिणाम एक नया मुक्त इलेक्ट्रॉन और एक सकारात्मक आयन है। नया इलेक्ट्रॉन, बदले में, अगले कण को ​​आयनित करता है। एक इलेक्ट्रॉन के लिए एक गैस कण को ​​आयनित करने में सक्षम होने के लिए, उसे एक निश्चित गति से चलना चाहिए। एक इलेक्ट्रॉन की गति औसत मुक्त पथ पर संभावित अंतर पर निर्भर करती है। इसलिए, यह आमतौर पर इलेक्ट्रॉन की गति नहीं, बल्कि मुक्त पथ की लंबाई के साथ न्यूनतम संभावित अंतर को इंगित करता है, ताकि इलेक्ट्रॉन आवश्यक गति प्राप्त कर सके। इस संभावित अंतर को आयनीकरण क्षमता कहा जाता है। गैस मिश्रण की आयनीकरण क्षमता गैस मिश्रण में शामिल घटकों की सबसे कम आयनीकरण क्षमता से निर्धारित होती है और घटकों की एकाग्रता पर बहुत कम निर्भर करती है। गैसों के लिए आयनीकरण क्षमता 13 16V (नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, हाइड्रोजन) है, धातु वाष्प के लिए यह लगभग दो गुना कम है: तांबे के वाष्प के लिए 7.7V।

थर्मल आयनीकरण उच्च तापमान के प्रभाव में होता है। चाप शाफ्ट का तापमान 4000÷7000 K और कभी-कभी 15000 K तक पहुँच जाता है। इस तापमान पर, गतिमान गैस कणों की संख्या और गति में तेजी से वृद्धि होती है। टकराने पर, परमाणु और अणु नष्ट हो जाते हैं, आवेशित कण बनते हैं। थर्मल आयनीकरण की मुख्य विशेषता आयनीकरण की डिग्री है, जो कि चाप अंतराल में परमाणुओं की कुल संख्या के लिए आयनित परमाणुओं की संख्या का अनुपात है। पर्याप्त संख्या में मुक्त आवेशों द्वारा उत्पन्न चाप के निर्वहन का रखरखाव थर्मल आयनीकरण द्वारा प्रदान किया जाता है।

साथ ही चाप में आयनीकरण प्रक्रियाओं के साथ, रिवर्स प्रक्रियाएं होती हैं विआयनीकरण- आवेशित कणों का पुनर्मिलन और उदासीन अणुओं का निर्माण। जब एक चाप होता है, तो आयनीकरण प्रक्रियाएं प्रबल होती हैं, लगातार जलती हुई चाप में, आयनीकरण और विआयनीकरण की प्रक्रियाएं समान रूप से तीव्र होती हैं, विआयनीकरण प्रक्रियाओं की प्रबलता के साथ, चाप बाहर निकल जाता है।

विआयनीकरण मुख्य रूप से पुनर्संयोजन और प्रसार के कारण होता है। पुनर्संयोजन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा अलग-अलग आवेशित कण संपर्क में आकर उदासीन कण बनाते हैं। प्रसार आवेशित कणों की चाप अंतराल से आवेशित कणों को आसपास के स्थान में ले जाने की प्रक्रिया है, जिससे चाप की चालकता कम हो जाती है। प्रसार विद्युत और तापीय दोनों कारकों के कारण होता है। चाप शाफ्ट में चार्ज घनत्व परिधि से केंद्र तक बढ़ता है। इसे देखते हुए, यह बनाता है विद्युत क्षेत्र, जो आयनों को केंद्र से परिधि की ओर ले जाता है और चाप क्षेत्र को छोड़ देता है। चाप शाफ्ट और आसपास के स्थान के बीच तापमान का अंतर भी उसी दिशा में कार्य करता है। एक स्थिर और स्वतंत्र रूप से जलती हुई चाप में, प्रसार एक महत्वहीन भूमिका निभाता है। संपीड़ित हवा के साथ उड़ाए गए चाप में, साथ ही तेजी से बढ़ते खुले चाप में, प्रसार के कारण विआयनीकरण पुनर्संयोजन के मूल्य के करीब हो सकता है। एक संकीर्ण स्लॉट या बंद कक्ष में जलने वाले चाप में, पुनर्संयोजन के कारण विआयनीकरण होता है।

विद्युत चाप पर वोल्टेज ड्रॉप

स्थिर चाप के साथ वोल्टेज ड्रॉप असमान रूप से वितरित किया जाता है। वोल्टेज ड्रॉप पैटर्न यू डीऔर अनुदैर्ध्य वोल्टेज ढाल (प्रति यूनिट चाप लंबाई वोल्टेज ड्रॉप) इ डीचाप के साथ अंजीर में दिखाया गया है। 2.

प्रदर्शन प्रगति यू डीतथा इ डीनिकट-इलेक्ट्रोड क्षेत्रों में बाकी चाप में विशेषताओं के व्यवहार से तेजी से भिन्न होता है। इलेक्ट्रोड पर, निकट-कैथोड और निकट-एनोड क्षेत्रों में, 10 -3 मिमी के क्रम के अंतराल में, वोल्टेज में तेज गिरावट होती है, जिसे निकट-कैथोड कहा जाता है यू प्रतिऔर एनोड यू एक . पर कैथोडक्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों की कमी उनकी उच्च गतिशीलता के कारण बनती है। इस क्षेत्र में, एक आयतन धनात्मक आवेश बनता है, जो एक संभावित अंतर का कारण बनता है यू प्रति, लगभग 10÷20V। निकट-कैथोड क्षेत्र में क्षेत्र की ताकत 10 5 वी/सेमी तक पहुंच जाती है और क्षेत्र उत्सर्जन के कारण कैथोड से इलेक्ट्रॉनों की रिहाई सुनिश्चित करती है। इसके अलावा, कैथोड पर वोल्टेज कैथोड को गर्म करने और ऊष्मीय उत्सर्जन प्रदान करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की रिहाई सुनिश्चित करता है।

चावल। 2. वोल्टेज वितरण स्थिर डीसी चाप

पर एनोडक्षेत्र में, एक ऋणात्मक स्थान आवेश बनता है, जिससे संभावित अंतर उत्पन्न होता है यू एक. एनोड की ओर जाने वाले इलेक्ट्रॉनों को त्वरित किया जाता है और एनोड के पास मौजूद एनोड से द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल दिया जाता है।

एनोड और कैथोड वोल्टेज ड्रॉप के कुल मूल्य को निकट-इलेक्ट्रोड वोल्टेज ड्रॉप कहा जाता है:
और 20-30V है।

चाप के बाकी हिस्सों में, चाप स्टेम कहा जाता है, वोल्टेज ड्रॉप यू डीचाप की लंबाई के सीधे आनुपातिक:

,

कहाँ पे इ अनुसूचित जनजातिचाप शाफ्ट में अनुदैर्ध्य तनाव प्रवणता है, मैं अनुसूचित जनजातिचाप शाफ्ट की लंबाई है।

यहाँ ढाल तने के साथ स्थिर है। यह कई कारकों पर निर्भर करता है और व्यापक रूप से भिन्न हो सकता है, 100÷200 वी / सेमी तक पहुंच सकता है।

इस प्रकार, चाप अंतराल में वोल्टेज गिरता है:

डीसी विद्युत चाप स्थिरता

एक प्रत्यक्ष वर्तमान विद्युत चाप को बुझाने के लिए, ऐसी स्थितियाँ बनाना आवश्यक है जिसके तहत चाप अंतराल में विआयनीकरण प्रक्रिया सभी मौजूदा मूल्यों पर आयनीकरण प्रक्रियाओं से अधिक हो जाएगी।

प्रतिरोध वाले सर्किट (चित्र 3) के लिए आर, अधिष्ठापन ली, वोल्टेज ड्रॉप के साथ चाप अंतर यू डी, डीसी वोल्टेज स्रोत यू, संक्रमण मोड में ( ) किरचॉफ समीकरण मान्य है: , (1) कहाँ पे - वर्तमान में परिवर्तन के साथ अधिष्ठापन में वोल्टेज ड्रॉप। लगातार जलती हुई चाप (स्थिर अवस्था .) के साथ ) अभिव्यक्ति (1) रूप लेती है: . (2) चाप को बुझाने के लिए यह आवश्यक है कि उसमें धारा हर समय घटती रहे। इसका मतलब है कि :

जब एक विद्युत परिपथ खोला जाता है, तो एक विद्युत निर्वहन के रूप में होता है इलेक्ट्रिक आर्क।एक विद्युत चाप की उपस्थिति के लिए, यह पर्याप्त है कि संपर्कों में वोल्टेज 0.1 ए या उससे अधिक के क्रम के सर्किट में वर्तमान में 10 वी से ऊपर है। महत्वपूर्ण वोल्टेज और धाराओं पर, चाप के अंदर का तापमान 3 - 15 हजार डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है, जिसके परिणामस्वरूप संपर्क और वर्तमान-वाहक भाग पिघल जाते हैं।

110 केवी और उससे अधिक के वोल्टेज पर, चाप की लंबाई कई मीटर तक पहुंच सकती है। इसलिए, 1 केवी से ऊपर के वोल्टेज पर विशेष रूप से हाई-पावर पावर सर्किट में एक इलेक्ट्रिक आर्क एक बड़ा खतरा है, हालांकि 1 केवी से कम वोल्टेज पर इंस्टॉलेशन में गंभीर परिणाम हो सकते हैं। नतीजतन, विद्युत चाप को जितना संभव हो उतना सीमित किया जाना चाहिए और 1 केवी से ऊपर और नीचे दोनों वोल्टेज के लिए सर्किट में जल्दी से बुझाना चाहिए।

एक विद्युत चाप के निर्माण की प्रक्रिया को निम्नानुसार सरल बनाया जा सकता है। जब संपर्क अलग हो जाते हैं, तो संपर्क दबाव पहले कम हो जाता है और, तदनुसार, संपर्क सतह बढ़ जाती है (वर्तमान घनत्व और तापमान - स्थानीय वाले शुरू होते हैं (पर) अलग खंडसंपर्क क्षेत्र) ओवरहीटिंग, जो आगे थर्मोनिक उत्सर्जन में योगदान करते हैं, जब उच्च तापमान के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों की गति बढ़ जाती है और वे इलेक्ट्रोड की सतह से बच जाते हैं।

संपर्कों के विचलन के समय, यानी एक सर्किट ब्रेक, संपर्क अंतराल पर वोल्टेज जल्दी से बहाल हो जाता है। चूंकि इस मामले में संपर्कों के बीच की दूरी कम है, एक उच्च तनाव उत्पन्न होता है, जिसके प्रभाव में इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोड की सतह से बच जाते हैं। वे एक विद्युत क्षेत्र में गति करते हैं और जब वे एक तटस्थ परमाणु से टकराते हैं, तो इसे अपनी गतिज ऊर्जा देते हैं। यदि यह ऊर्जा तटस्थ परमाणु के कोश से कम से कम एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए पर्याप्त है, तो आयनीकरण प्रक्रिया होती है।

परिणामी मुक्त इलेक्ट्रॉन और आयन चाप शाफ्ट का प्लाज्मा बनाते हैं, अर्थात आयनित चैनल जिसमें चाप जलता है और कणों की निरंतर गति सुनिश्चित होती है। इस मामले में, नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण, मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन, एक दिशा में (एनोड की ओर) चलते हैं, और परमाणु और गैस के अणु, एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों से रहित होते हैं - सकारात्मक चार्ज कण - विपरीत दिशा में (कैथोड की ओर)। प्लाज्मा चालकता धातुओं के करीब है।

चाप शाफ्ट में एक बड़ी धारा प्रवाहित होती है और एक उच्च तापमान उत्पन्न होता है। चाप शाफ्ट के इस तरह के तापमान से थर्मल आयनीकरण होता है - अणुओं और परमाणुओं के बड़े पैमाने पर टकराव के कारण आयनों के निर्माण की प्रक्रिया गतिज ऊर्जापर उच्च गतिउनके आंदोलन (माध्यम के अणु और परमाणु जहां चाप जलता है, इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक रूप से आवेशित आयनों में विघटित हो जाता है)। गहन थर्मल आयनीकरण का समर्थन करता है उच्च चालकताप्लाज्मा इसलिए, चाप की लंबाई के साथ वोल्टेज ड्रॉप छोटा है।

एक विद्युत चाप में, दो प्रक्रियाएँ लगातार चलती रहती हैं: आयनीकरण के अलावा, परमाणुओं और अणुओं का विआयनीकरण भी होता है। उत्तरार्द्ध मुख्य रूप से प्रसार द्वारा होता है, अर्थात, पर्यावरण में आवेशित कणों का स्थानांतरण, और इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक रूप से आवेशित आयनों का पुनर्संयोजन, जो उनके क्षय पर खर्च की गई ऊर्जा की वापसी के साथ तटस्थ कणों में पुनर्संयोजित होते हैं। इस मामले में, पर्यावरण को गर्मी हटा दी जाती है।

इस प्रकार, विचाराधीन प्रक्रिया के तीन चरणों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है: चाप प्रज्वलन, जब, प्रभाव आयनीकरण और कैथोड से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के कारण, चाप निर्वहनऔर आयनीकरण की तीव्रता विआयनीकरण से अधिक होती है, स्थिर चाप जलती है, चाप शाफ्ट में थर्मल आयनीकरण द्वारा बनाए रखा जाता है, जब आयनीकरण और विआयनीकरण की तीव्रता समान होती है, जब विआयनीकरण की तीव्रता आयनीकरण से अधिक होती है तो चाप विलुप्त हो जाता है।

विद्युत स्विचिंग उपकरणों में चाप को बुझाने के तरीके

विद्युत सर्किट के तत्वों को डिस्कनेक्ट करने के लिए और इस प्रकार स्विचिंग डिवाइस को नुकसान को बाहर करने के लिए, न केवल इसके संपर्कों को खोलना आवश्यक है, बल्कि उनके बीच दिखाई देने वाले चाप को बुझाने के लिए भी आवश्यक है। चाप विलुप्त होने की प्रक्रिया, साथ ही दहन, प्रत्यावर्ती और प्रत्यक्ष धारा के लिए भिन्न हैं। यह इस तथ्य से निर्धारित होता है कि पहले मामले में, चाप में धारा हर आधे चक्र में शून्य से गुजरती है। इन क्षणों में, चाप में ऊर्जा की रिहाई रुक जाती है और चाप हर बार स्वतः ही बुझ जाता है, और फिर फिर से जल उठता है।

व्यवहार में, चाप में करंट जीरो क्रॉसिंग की तुलना में थोड़ा पहले शून्य के करीब हो जाता है, क्योंकि जब करंट घटता है, तो चाप को आपूर्ति की जाने वाली ऊर्जा कम हो जाती है, चाप का तापमान तदनुसार कम हो जाता है, और थर्मल आयनीकरण बंद हो जाता है। इस मामले में, चाप अंतराल में, तीव्र एक प्रक्रिया हैविआयनीकरण मैं फ़िन इस पलसंपर्कों को खोलें और जल्दी से अलग करें, फिर बाद में विद्युत टूटना नहीं हो सकता है और सर्किट बिना चाप के डिस्कनेक्ट हो जाएगा। हालांकि, व्यवहार में ऐसा करना बेहद मुश्किल है, और इसलिए चाप के विलुप्त होने में तेजी लाने के लिए विशेष उपाय किए जाते हैं, जो चाप स्थान को ठंडा करना और आवेशित कणों की संख्या में कमी सुनिश्चित करता है।

विआयनीकरण के परिणामस्वरूप, अंतराल की ढांकता हुआ ताकत धीरे-धीरे बढ़ जाती है और साथ ही, इसके पार की वसूली वोल्टेज बढ़ जाती है। यह इन मूल्यों के अनुपात पर निर्भर करता है कि चाप अगले आधे अवधि के लिए प्रकाश करेगा या नहीं। यदि अंतराल की ढांकता हुआ ताकत तेजी से बढ़ती है और रिकवरी वोल्टेज से अधिक होती है, तो चाप अब प्रज्वलित नहीं होगा, अन्यथा चाप स्थिर हो जाएगा। पहली शर्त चाप बुझाने की समस्या को परिभाषित करती है।

स्विचिंग उपकरणों का उपयोग विभिन्न तरीकेचाप बुझाने।

चाप विस्तार

जब विद्युत सर्किट को बंद करने की प्रक्रिया में संपर्क अलग हो जाते हैं, तो उत्पन्न होने वाला चाप खिंच जाता है। इस मामले में, चाप को ठंडा करने की स्थिति में सुधार होता है, क्योंकि इसकी सतह बढ़ जाती है और दहन के लिए अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है।

एक लंबी चाप को छोटे चापों की एक श्रृंखला में विभाजित करना

यदि संपर्क खोले जाने पर बनने वाले चाप को K लघु चापों में विभाजित किया जाता है, उदाहरण के लिए, इसे धातु ग्रिड में कस कर, तो यह बाहर निकल जाएगा। चाप को आमतौर पर विद्युत के प्रभाव में धातु ग्रिड में खींचा जाता है चुंबकीय क्षेत्रएडी धाराओं द्वारा जाली प्लेटों में प्रेरित। चाप को बुझाने की इस पद्धति का व्यापक रूप से 1 केवी से नीचे के वोल्टेज के लिए उपकरणों को स्विच करने में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से स्वचालित एयर सर्किट ब्रेकर में।

संकीर्ण स्लॉट में आर्क कूलिंग

चाप को कम मात्रा में बुझाने से सुविधा होती है। इसलिए, अनुदैर्ध्य स्लॉट के साथ चाप च्यूट का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है (इस तरह के स्लॉट की धुरी चाप शाफ्ट की धुरी के साथ दिशा में मेल खाती है)। इस तरह का अंतर आमतौर पर चाप-प्रतिरोधी सामग्री को इन्सुलेट करने से बने कक्षों में बनता है। ठंडी सतहों के साथ चाप के संपर्क के कारण, इसकी गहन शीतलन, वातावरण में आवेशित कणों का प्रसार और, तदनुसार, तेजी से विआयनीकरण होता है।

समतल-समानांतर दीवारों वाले स्लॉट्स के अलावा, पसलियों, प्रोट्रूशियंस और एक्सटेंशन (जेब) वाले स्लॉट्स का भी उपयोग किया जाता है। यह सब चाप शाफ्ट के विरूपण की ओर जाता है और कक्ष की ठंडी दीवारों के साथ इसके संपर्क के क्षेत्र में वृद्धि में योगदान देता है।

चाप को संकीर्ण खांचों में खींचना आमतौर पर चाप के साथ परस्पर क्रिया करने वाले चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में होता है, जिसे वर्तमान-वाहक कंडक्टर के रूप में माना जा सकता है।

चाप को स्थानांतरित करने के लिए बाहरी अक्सर उन संपर्कों के साथ श्रृंखला में जुड़े कॉइल द्वारा प्रदान किया जाता है जिनके बीच चाप होता है। संकीर्ण स्लॉट में चाप बुझाने का उपयोग सभी वोल्टेज के उपकरणों में किया जाता है।

उच्च दबाव चाप बुझाने

स्थिर तापमान पर, बढ़ते दबाव के साथ गैस के आयनीकरण की डिग्री कम हो जाती है, जबकि गैस की तापीय चालकता बढ़ जाती है। अन्य चीजें समान होने के कारण, इससे चाप की ठंडक बढ़ जाती है। चाप द्वारा स्वयं तंग में बनाए गए उच्च दबाव की सहायता से चाप को बुझाना बंद कोशिकाएंफ़्यूज़ और कई अन्य उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

तेल में चाप बुझना

यदि तेल में रखा जाता है, तो उनके खुलने पर उत्पन्न होने वाला चाप तेल के तीव्र वाष्पीकरण की ओर ले जाता है। नतीजतन, चाप के चारों ओर एक गैस बुलबुला (खोल) बनता है, जिसमें मुख्य रूप से हाइड्रोजन (70 ... 80%), साथ ही साथ तेल वाष्प होता है। उच्च गति पर उत्सर्जित गैसें सीधे चाप शाफ्ट के क्षेत्र में प्रवेश करती हैं, बुलबुले में ठंडी और गर्म गैस के मिश्रण का कारण बनती हैं, गहन शीतलन प्रदान करती हैं और तदनुसार, चाप अंतराल का विआयनीकरण करती हैं। इसके अलावा, गैसों की विआयनीकरण क्षमता बुलबुले के अंदर तेल के तेजी से अपघटन के दौरान बनाए गए दबाव को बढ़ाती है।

तेल में चाप को बुझाने की प्रक्रिया की तीव्रता जितनी अधिक होती है, चाप उतना ही तेल के संपर्क में आता है और तेल चाप के सापेक्ष उतनी ही तेजी से चलता है। इसे देखते हुए, आर्क गैप एक बंद इंसुलेटिंग डिवाइस द्वारा सीमित है - चाप ढलान. इन कक्षों में, चाप के साथ तेल का निकट संपर्क बनाया जाता है, और इन्सुलेट प्लेटों और निकास छिद्रों की मदद से, काम करने वाले चैनल बनते हैं, जिसके माध्यम से तेल और गैसें चलती हैं, जिससे चाप का गहन प्रवाह (उड़ाना) होता है।

आर्क च्यूट्सऑपरेशन के सिद्धांत के अनुसार, उन्हें तीन मुख्य समूहों में विभाजित किया जाता है: ऑटो-ब्लोइंग के साथ, जब चाप क्षेत्र में गैस की गति का उच्च दबाव और गति चाप में जारी ऊर्जा के कारण बनाई जाती है, विशेष पंपिंग का उपयोग करके मजबूर तेल उड़ाने के साथ हाइड्रोलिक तंत्र, तेल में चुंबकीय शमन के साथ, जब चाप चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत संकीर्ण स्लॉट में चला जाता है।

सबसे कुशल और सरल ऑटोब्लास्ट के साथ आर्क च्यूट. चैनलों के स्थान और निकास के उद्घाटन के आधार पर, कक्षों को प्रतिष्ठित किया जाता है जिसमें गैस-वाष्प मिश्रण का गहन प्रवाह और चाप (अनुदैर्ध्य विस्फोट) या चाप (अनुप्रस्थ विस्फोट) के साथ तेल प्रवाह प्रदान किया जाता है। 1 kV से ऊपर के वोल्टेज के लिए सर्किट ब्रेकर में चाप को बुझाने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

1 kV . से ऊपर के वोल्टेज के लिए उपकरणों में चाप को बुझाने के अन्य तरीके

चाप को बुझाने के उपरोक्त तरीकों के अलावा, वे भी उपयोग करते हैं: संपीड़ित हवा, जिसका प्रवाह चाप को साथ या पार करता है, इसकी गहन शीतलन प्रदान करता है (हवा के बजाय, अन्य गैसों का भी उपयोग किया जाता है, जो अक्सर ठोस गैस से प्राप्त होता है- उत्पन्न करने वाली सामग्री - फाइबर, विनाइल प्लास्टिक, आदि - जलती हुई चाप द्वारा उनके अपघटन के कारण), जिसमें हवा और हाइड्रोजन की तुलना में अधिक विद्युत शक्ति होती है, जिसके परिणामस्वरूप इस गैस में चाप जलता है, तब भी जब वायुमण्डलीय दबावबल्कि जल्दी से बुझ गई, अत्यधिक दुर्लभ गैस (वैक्यूम), जब संपर्क खोले जाते हैं जिसमें चाप शून्य के माध्यम से वर्तमान के पहले मार्ग के बाद फिर से प्रज्वलित नहीं होता है (बुझाता है)।

1. चाप के आरंभ और जलने के लिए शर्तें

इसमें करंट की उपस्थिति में विद्युत परिपथ का खुलना संपर्कों के बीच विद्युत निर्वहन के साथ होता है। यदि डिस्कनेक्ट किए गए सर्किट में इन स्थितियों के लिए संपर्कों के बीच करंट और वोल्टेज महत्वपूर्ण से अधिक है, तो a आर्क, जिसके जलने का समय सर्किट के मापदंडों और चाप अंतराल के विआयनीकरण की स्थितियों पर निर्भर करता है। तांबे के संपर्क खोलते समय एक चाप का निर्माण पहले से ही 0.4-0.5 ए के वर्तमान और 15 वी के वोल्टेज पर संभव है।

चावल। एक। एक स्थिर डीसी चाप वोल्टेज यू (ए) और तीव्रता में स्थानइ(बी)।

चाप में, निकट-कैथोड स्थान, चाप का शाफ्ट और निकट-एनोड स्थान प्रतिष्ठित हैं (चित्र 1)। सारा तनाव इन क्षेत्रों के बीच वितरित किया जाता है यूप्रति, यूएसडी, यूएक। डीसी चाप में कैथोड वोल्टेज ड्रॉप 10-20 वी है, और इस खंड की लंबाई 10-4-10-5 सेमी है, इस प्रकार, कैथोड के पास एक उच्च विद्युत क्षेत्र की ताकत (105-106 वी / सेमी) देखी जाती है। . इतनी उच्च तीव्रता पर, प्रभाव आयनीकरण होता है। इसका सार इस तथ्य में निहित है कि एक विद्युत क्षेत्र (क्षेत्र उत्सर्जन) की ताकतों द्वारा कैथोड से फटे हुए इलेक्ट्रॉन या कैथोड (थर्मिओनिक उत्सर्जन) के गर्म होने के कारण, एक विद्युत क्षेत्र में त्वरित होते हैं और, जब वे एक तटस्थ परमाणु से टकराते हैं , इसे उनकी गतिज ऊर्जा दें। यदि यह ऊर्जा एक तटस्थ परमाणु के कोश से एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए पर्याप्त है, तो आयनीकरण होगा। परिणामी मुक्त इलेक्ट्रॉन और आयन चाप शाफ्ट का प्लाज्मा बनाते हैं।

चावल। 2. .

प्लाज्मा चालकता धातुओं के करीब पहुंचती है [ पर\u003d 2500 1 / (ओम × सेमी)] / चाप शाफ्ट में एक बड़ा करंट गुजरता है और एक उच्च तापमान बनता है। वर्तमान घनत्व 10,000 A/cm2 या अधिक तक पहुंच सकता है, और तापमान वायुमंडलीय दबाव पर 6,000 K से लेकर 18,000 K या अधिक तक हो सकता है ऊंचा दबाव.

उच्च तापमानचाप शाफ्ट में तीव्र तापीय आयनीकरण होता है, जो प्लाज्मा की उच्च चालकता को बनाए रखता है।

ऊष्मीय आयनीकरण उच्च गतिज ऊर्जा वाले अणुओं और परमाणुओं के उनके गति की उच्च गति पर टकराने के कारण आयनों के निर्माण की प्रक्रिया है।

चाप में करंट जितना अधिक होता है, उसका प्रतिरोध उतना ही कम होता है, और इसलिए चाप को जलाने के लिए कम वोल्टेज की आवश्यकता होती है, यानी एक बड़े करंट के साथ चाप को बुझाना अधिक कठिन होता है।

प्रत्यावर्ती धारा के साथ, बिजली आपूर्ति वोल्टेज तुमसीडी साइनसॉइड रूप से बदलती है, सर्किट में करंट भी बदलता है मैं(अंजीर। 2), और करंट वोल्टेज से लगभग 90 ° पीछे रह जाता है। चाप वोल्टेज तुमई, स्विच के संपर्कों के बीच जल रहा है, रुक-रुक कर। कम धाराओं पर, वोल्टेज एक मान तक बढ़ जाता है तुम h (इग्निशन वोल्टेज), फिर जैसे-जैसे चाप में करंट बढ़ता है और थर्मल आयनीकरण बढ़ता है, वोल्टेज गिरता है। अर्ध-चक्र के अंत में, जब करंट शून्य के करीब पहुंचता है, शमन वोल्टेज पर चाप मर जाता है तुमघ. यदि अंतराल को विआयनीकृत करने के उपाय नहीं किए जाते हैं, तो अगले आधे चक्र में घटना को दोहराया जाता है।

यदि चाप को एक या दूसरे तरीके से बुझा दिया जाता है, तो स्विच के संपर्कों के बीच वोल्टेज को मुख्य वोल्टेज में बहाल किया जाना चाहिए - तुम vz (चित्र 2, बिंदु ए)। हालांकि, चूंकि सर्किट में आगमनात्मक, सक्रिय और कैपेसिटिव प्रतिरोध होते हैं, एक क्षणिक प्रक्रिया होती है, वोल्टेज में उतार-चढ़ाव दिखाई देता है (चित्र 2), जिसका आयाम यूसी, अधिकतम काफी अधिक हो सकता है सामान्य वोल्टेज. उपकरण को डिस्कनेक्ट करने के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि खंड एबी में वोल्टेज किस गति से बहाल किया जाता है। संक्षेप में, यह ध्यान दिया जा सकता है कि कैथोड से प्रभाव आयनीकरण और इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के कारण चाप निर्वहन शुरू होता है, और प्रज्वलन के बाद, चाप शाफ्ट में थर्मल आयनीकरण द्वारा चाप को बनाए रखा जाता है।

स्विचिंग उपकरणों में, न केवल संपर्कों को खोलना आवश्यक है, बल्कि उनके बीच उत्पन्न होने वाले चाप को भी बुझाना है।

एसी सर्किट में, चाप में करंट हर आधे-चक्र में शून्य से गुजरता है (चित्र 2), इन क्षणों में चाप अनायास निकल जाता है, लेकिन अगले आधे चक्र में यह फिर से प्रकट हो सकता है। जैसा कि ऑसिलोग्राम दिखाते हैं, चाप में धारा प्राकृतिक शून्य क्रॉसिंग (चित्र 3,) की तुलना में कुछ समय पहले शून्य के करीब हो जाती है। एक) यह इस तथ्य से समझाया गया है कि जब करंट घटता है, तो चाप को आपूर्ति की जाने वाली ऊर्जा कम हो जाती है, इसलिए चाप का तापमान कम हो जाता है और थर्मल आयनीकरण बंद हो जाता है। मृत समय अवधि टी n छोटा है (दसियों से कई सैकड़ों माइक्रोसेकंड तक), लेकिन खेलता है महत्वपूर्ण भूमिकाचाप बुझाने में। यदि आप एक मृत समय के दौरान संपर्कों को खोलते हैं और उन्हें पर्याप्त गति से इतनी दूरी तक अलग करते हैं कि विद्युत टूटना नहीं होता है, तो सर्किट बहुत जल्दी डिस्कनेक्ट हो जाएगा।

करंटलेस पॉज के दौरान, आयनीकरण की तीव्रता तेजी से गिरती है, क्योंकि कोई थर्मल आयनीकरण नहीं होता है। स्विचिंग उपकरणों में, इसके अलावा, चाप स्थान को ठंडा करने और आवेशित कणों की संख्या को कम करने के लिए कृत्रिम उपाय किए जाते हैं। इन विआयनीकरण प्रक्रियाओं से अंतराल की ढांकता हुआ ताकत में क्रमिक वृद्धि होती है तुमजनसंपर्क (चित्र 3, बी).

करंट के शून्य से गुजरने के बाद गैप की विद्युत शक्ति में तेज वृद्धि मुख्य रूप से निकट-कैथोड स्पेस (एसी सर्किट में 150-250V) की ताकत में वृद्धि के कारण होती है। उसी समय, रिकवरी वोल्टेज बढ़ जाता है तुममें। अगर किसी भी पल तुमजनसंपर्क > तुमगैप नहीं टूटेगा, करंट के शून्य से गुजरने के बाद चाप फिर से प्रज्वलित नहीं होगा। अगर किसी मोड़ पर तुमजनसंपर्क = तुमसी, फिर चाप को अंतराल में फिर से प्रज्वलित किया जाता है।

चावल। 3. :

एक- शून्य के माध्यम से धारा के प्राकृतिक संक्रमण के दौरान चाप का विलुप्त होना; बी- करंट के शून्य से गुजरने पर आर्क गैप की विद्युत शक्ति में वृद्धि

इस प्रकार, चाप को बुझाने का कार्य ऐसी स्थिति बनाने के लिए कम हो जाता है कि संपर्कों के बीच की खाई की ढांकता हुआ ताकत तुमजनसंपर्क उनके बीच अधिक तनाव था तुममें।

स्विच ऑफ डिवाइस के संपर्कों के बीच वोल्टेज वृद्धि की प्रक्रिया स्विच किए गए सर्किट के मापदंडों के आधार पर एक अलग प्रकृति की हो सकती है। यदि सक्रिय प्रतिरोध की प्रबलता वाले सर्किट को बंद कर दिया जाता है, तो वोल्टेज को एपेरियोडिक कानून के अनुसार बहाल किया जाता है; यदि सर्किट में आगमनात्मक प्रतिरोध का प्रभुत्व है, तो दोलन होते हैं, जिनकी आवृत्ति सर्किट के समाई और अधिष्ठापन के अनुपात पर निर्भर करती है। थरथरानवाला प्रक्रिया महत्वपूर्ण वोल्टेज वसूली दर की ओर ले जाती है, और उच्च दर ड्यूमें/ डीटी, चाप के अंतराल और पुन: प्रज्वलन के टूटने की अधिक संभावना है। चाप को बुझाने की स्थितियों को सुविधाजनक बनाने के लिए, सक्रिय प्रतिरोधों को स्विच ऑफ करंट के सर्किट में पेश किया जाता है, फिर वोल्टेज रिकवरी की प्रकृति एपेरियोडिक होगी (चित्र 3, बी).

3. उपकरणों को 1000 . तक स्विच करने में चाप बुझाने के तरीकेपर

1 kV तक के उपकरणों को स्विच करने में, निम्नलिखित चाप बुझाने के तरीकों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है:

संपर्कों के तेजी से विचलन पर चाप का बढ़ाव।

चाप जितना लंबा होगा, उसके अस्तित्व के लिए आवश्यक वोल्टेज उतना ही अधिक होगा। यदि शक्ति स्रोत का वोल्टेज कम है, तो चाप बाहर चला जाता है।

एक लंबी चाप का छोटे लोगों की एक श्रृंखला में विभाजन (चित्र। 4, एक).
जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 1, चाप वोल्टेज कैथोड का योग है यूकरने के लिए और एनोड यूऔर वोल्टेज बूँदें और चाप शाफ्ट वोल्टेज यूएसडी:

यूडी = यूकश्मीर+ यूए+ यूएसडी = यूई+ यूएसडी

यदि एक लंबा चाप, जो संपर्क खोलते समय उत्पन्न हुआ, धातु की प्लेटों के एक चाप-बुझाने वाले ग्रिड में खींचा जाता है, तो इसे विभाजित किया जाएगा एनलघु चाप। प्रत्येक शॉर्ट आर्क का अपना कैथोड और एनोड वोल्टेज ड्रॉप्स होगा। यूइ। चाप निकल जाता है यदि:

यूएन यूउह,

कहाँ पे यू- नेटवर्क वोल्टेज; यूई - कैथोड और एनोड वोल्टेज ड्रॉप का योग (डीसी चाप में 20-25 वी)।

एसी चाप को भी विभाजित किया जा सकता है एनलघु चाप। जिस समय करंट शून्य से गुजरता है, निकट-कैथोड स्थान तुरंत 150-250 V की विद्युत शक्ति प्राप्त कर लेता है।

चाप निकल जाता है अगर

संकीर्ण अंतराल में चाप बुझना।

यदि चाप एक चाप प्रतिरोधी सामग्री द्वारा गठित एक संकीर्ण स्लॉट में जलता है, तो ठंडी सतहों के संपर्क के कारण, गहन शीतलन और वातावरण में आवेशित कणों का प्रसार होता है। इसके परिणामस्वरूप तेजी से विआयनीकरण और चाप शमन होता है।

चावल। चार।

एक- एक लंबी चाप को छोटे लोगों में विभाजित करना; बी- चाप को चाप ढलान के एक संकीर्ण स्लॉट में खींचना; में- चुंबकीय क्षेत्र में चाप का घूमना; जी- तेल में चाप बुझाना: 1 - स्थिर संपर्क; 2 - चाप का ट्रंक; 3 - हाइड्रोजन खोल; 4 - गैस क्षेत्र; 5 - तेल वाष्प का क्षेत्र; 6 - चलती संपर्क

चुंबकीय क्षेत्र में चाप गति।

एक विद्युत चाप को वर्तमान-वाहक कंडक्टर के रूप में माना जा सकता है। यदि चाप चुंबकीय क्षेत्र में है, तो यह बाएं हाथ के नियम द्वारा निर्धारित बल से प्रभावित होता है। यदि आप चाप की धुरी के लंबवत निर्देशित एक चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं, तो यह अनुवाद गति प्राप्त करेगा और चाप ढलान के स्लॉट में खींचा जाएगा (चित्र 4, बी).

एक रेडियल चुंबकीय क्षेत्र में, चाप घूर्णी गति प्राप्त करेगा (चित्र 4, में) एक चुंबकीय क्षेत्र बनाया जा सकता है स्थायी चुम्बक, विशेष कॉइल या करंट-ले जाने वाले पुर्जों का सर्किट। चाप का तेजी से घूमना और गति करना इसके शीतलन और विआयनीकरण में योगदान देता है।

चाप को बुझाने के अंतिम दो तरीकों (संकीर्ण स्लॉट में और चुंबकीय क्षेत्र में) का उपयोग 1 केवी से ऊपर के वोल्टेज वाले उपकरणों को स्विच करने में भी किया जाता है।

4. 1 . से ऊपर के उपकरणों में चाप को बुझाने की मुख्य विधियाँके। वी।

1 केवी से अधिक के उपकरणों को स्विच करने में, पीपी में वर्णित तरीके 2 और 3। 1.3. और निम्नलिखित चाप बुझाने के तरीकों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है:

1. तेल में चाप बुझना .

यदि डिस्कनेक्टिंग डिवाइस के संपर्कों को तेल में रखा जाता है, तो उद्घाटन के दौरान होने वाली चाप से गहन गैस उत्पादन और तेल का वाष्पीकरण होता है (चित्र 4, जी) चाप के चारों ओर एक गैस का बुलबुला बनता है, जिसमें मुख्य रूप से हाइड्रोजन (70-80%) होता है; तेल के तेजी से अपघटन से बुलबुले में दबाव में वृद्धि होती है, जो इसके लिए योगदान देता है बेहतर शीतलनऔर विआयनीकरण। हाइड्रोजन में उच्च चाप बुझाने के गुण होते हैं। चाप शाफ्ट के सीधे संपर्क में, यह इसके विआयनीकरण में योगदान देता है। गैस के बुलबुले के अंदर गैस और तेल वाष्प की निरंतर गति होती है। तेल में चाप शमन का व्यापक रूप से सर्किट ब्रेकर में उपयोग किया जाता है।

2. गैस हवा विस्फोट .

गैसों की एक निर्देशित गति - विस्फोट होने पर चाप की शीतलन में सुधार होता है। चाप के साथ या उसके पार बहने से (चित्र 5) गैस के कणों के इसके शाफ्ट में प्रवेश, तीव्र प्रसार और चाप के ठंडा होने में योगदान देता है। गैस तब बनती है जब तेल एक चाप (तेल स्विच) या ठोस गैस उत्पन्न करने वाली सामग्री (ऑटोगैस विस्फोट) द्वारा विघटित हो जाता है। विशेष संपीड़ित हवा के सिलेंडरों (वायु स्विच) से आने वाली ठंडी, गैर-आयनित हवा के साथ उड़ाना अधिक कुशल है।

3. करंट सर्किट का मल्टीपल ब्रेकिंग .

उच्च वोल्टेज पर उच्च धारा को बंद करना मुश्किल है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि बड़े मूल्यऊर्जा इनपुट और पुनर्प्राप्त वोल्टेज, चाप अंतराल का विआयनीकरण अधिक जटिल हो जाता है। इसलिए, उच्च वोल्टेज सर्किट ब्रेकर में, प्रत्येक चरण में कई चाप ब्रेक का उपयोग किया जाता है (चित्र 6)। ऐसे सर्किट ब्रेकरों में रेटेड करंट के एक हिस्से के लिए डिज़ाइन किए गए कई बुझाने वाले उपकरण होते हैं। सूत प्रति फेज ब्रेक की संख्या सर्किट ब्रेकर के प्रकार और उसके वोल्टेज पर निर्भर करती है। 500-750 kV सर्किट ब्रेकर में, 12 या अधिक ब्रेक हो सकते हैं। चाप शमन की सुविधा के लिए, बहाल वोल्टेज को ब्रेक के बीच समान रूप से वितरित किया जाना चाहिए। अंजीर पर। 6 प्रति चरण दो ब्रेक के साथ एक तेल सर्किट ब्रेकर को योजनाबद्ध रूप से दिखाता है।

जब एकल-चरण शॉर्ट सर्किट बंद हो जाता है, तो पुनर्प्राप्ति वोल्टेज को ब्रेक के बीच निम्नानुसार वितरित किया जाएगा:

यू 1/यू 2 = (सी 1+सी 2)/सी 1

कहाँ पे यू 1 ,यू 2 - पहली और दूसरी असंगतियों पर लागू होने वाले तनाव; से 1 - इन अंतरालों के संपर्कों के बीच समाई; सी 2 - क्षमता संपर्क प्रणालीजमीन के सापेक्ष।

चावल। 6. सर्किट ब्रेकर में ब्रेक पर वोल्टेज वितरण: ए - तेल सर्किट ब्रेकर में ब्रेक पर वोल्टेज वितरण; बी - कैपेसिटिव वोल्टेज डिवाइडर; सी - सक्रिय वोल्टेज डिवाइडर।

इसलिये से 2 उल्लेखनीय रूप से अधिक सी 1, फिर वोल्टेज यू 1 > यू 2 और, परिणामस्वरूप, बुझाने वाले उपकरण विभिन्न परिस्थितियों में काम करेंगे। वोल्टेज को बराबर करने के लिए, कैपेसिटर या सक्रिय प्रतिरोध स्विच के मुख्य संपर्कों (जीके) (छवि 16) के साथ समानांतर में जुड़े हुए हैं। बी, में) कैपेसिटेंस और सक्रिय शंट प्रतिरोधों के मूल्यों का चयन किया जाता है ताकि ब्रेक के पार वोल्टेज समान रूप से वितरित हो। शंट प्रतिरोध वाले सर्किट ब्रेकरों में, जीसी के बीच चाप को बुझाने के बाद, साथ में वर्तमान, प्रतिरोधों द्वारा मूल्य में सीमित, सहायक संपर्कों (एसी) द्वारा टूट जाता है।

शंट रेसिस्टर्स रिकवरिंग वोल्टेज के बढ़ने की दर को कम कर देते हैं, जिससे आर्क को बुझाना आसान हो जाता है।

4. निर्वात में चाप शमन .

अत्यधिक दुर्लभ गैस (10-6-10-8 N/cm2) में वायुमंडलीय दबाव पर गैस की तुलना में दस गुना अधिक विद्युत शक्ति होती है। यदि संपर्क निर्वात में खुलते हैं, तो चाप में शून्य से धारा के पहले मार्ग के तुरंत बाद, अंतराल की ताकत बहाल हो जाती है और चाप फिर से प्रज्वलित नहीं होता है।

5. उच्च दाब गैसों में चाप शमन .

2 एमपीए या उससे अधिक के दबाव में हवा में उच्च विद्युत शक्ति होती है। इससे वातावरण में चाप को बुझाने के लिए पर्याप्त रूप से कॉम्पैक्ट डिवाइस बनाना संभव हो जाता है। संपीड़ित हवा. सल्फर हेक्साफ्लोराइड SF6 (SF6) जैसी उच्च शक्ति वाली गैसों का उपयोग और भी अधिक प्रभावी है। SF6 में न केवल हवा और हाइड्रोजन की तुलना में अधिक विद्युत शक्ति होती है, बल्कि वायुमंडलीय दबाव में भी बेहतर चाप बुझाने वाले गुण होते हैं।

स्विच करते समय बिजली के उपकरणया वर्तमान-वाहक भागों के बीच सर्किट में ओवरवॉल्टेज, एक विद्युत चाप दिखाई दे सकता है। इसका उपयोग उपयोगी तकनीकी उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है और साथ ही यह उपकरण के लिए हानिकारक भी हो सकता है। वर्तमान में, इंजीनियरों ने in . का मुकाबला करने और उपयोग करने के लिए कई तरीके विकसित किए हैं उपयोगी उद्देश्यइलेक्ट्रिक आर्क। इस लेख में, हम देखेंगे कि यह कैसे होता है, इसके परिणाम और इसका दायरा।

चाप का निर्माण, इसकी संरचना और गुण

कल्पना कीजिए कि हम एक प्रयोगशाला में एक प्रयोग कर रहे हैं। हमारे पास दो कंडक्टर हैं, उदाहरण के लिए, धातु की कील। हम उन्हें थोड़ी दूरी पर एक टिप के साथ रखते हैं और एक समायोज्य वोल्टेज स्रोत के लीड को नाखूनों से जोड़ते हैं। यदि आप शक्ति स्रोत के वोल्टेज को धीरे-धीरे बढ़ाते हैं, तो एक निश्चित मूल्य पर हम चिंगारी देखेंगे, जिसके बाद बिजली के समान एक स्थिर चमक बनती है।

इस प्रकार, इसके गठन की प्रक्रिया देखी जा सकती है। इलेक्ट्रोड के बीच बनने वाली चमक प्लाज्मा है। वास्तव में, यह एक विद्युत चाप या प्रवाह है विद्युत प्रवाहइलेक्ट्रोड के बीच गैसीय माध्यम के माध्यम से। नीचे दिए गए चित्र में आप इसकी संरचना और करंट-वोल्टेज विशेषता देखते हैं:

और यहाँ अनुमानित तापमान हैं:

विद्युत चाप क्यों होता है?

सब कुछ बहुत सरल है, हमने लेख के बारे में और साथ ही लेख में विचार किया है कि यदि कोई प्रवाहकीय निकाय (उदाहरण के लिए एक स्टील की कील) को विद्युत क्षेत्र में पेश किया जाता है, तो इसकी सतह पर शुल्क जमा होना शुरू हो जाएगा। इसके अलावा, सतह के झुकने वाले त्रिज्या जितने छोटे होते हैं, उतना ही वे जमा होते हैं। बात कर रहे सरल भाषा- नाखून की नोक पर चार्ज जमा हो जाते हैं।

हमारे इलेक्ट्रोड के बीच, हवा एक गैस है। एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, यह आयनित होता है। इस सब के परिणामस्वरूप, विद्युत चाप के निर्माण के लिए स्थितियां उत्पन्न होती हैं।

जिस वोल्टेज पर चाप होता है वह विशिष्ट माध्यम और उसकी स्थिति पर निर्भर करता है: दबाव, तापमान और अन्य कारक।

दिलचस्प:एक संस्करण के अनुसार, इस घटना को इसके आकार के कारण कहा जाता है। तथ्य यह है कि डिस्चार्ज को जलाने की प्रक्रिया में, इसके आसपास की हवा या अन्य गैस गर्म होती है और ऊपर उठती है, जिसके परिणामस्वरूप एक सीधा आकार विकृत हो जाता है और हमें एक चाप या मेहराब दिखाई देता है।

चाप को प्रज्वलित करने के लिए, या तो इलेक्ट्रोड के बीच के माध्यम के टूटने वाले वोल्टेज को दूर करना या तोड़ना आवश्यक है विद्युत सर्किट. यदि परिपथ में अधिक इंडक्शन हो तो कम्यूटेशन के नियमों के अनुसार उसमें धारा को तुरन्त बाधित नहीं किया जा सकता, वह प्रवाहित होती रहेगी। इस संबंध में, डिस्कनेक्ट किए गए संपर्कों के बीच वोल्टेज बढ़ जाएगा, और चाप तब तक जलता रहेगा जब तक कि वोल्टेज गायब न हो जाए और प्रारंभ करनेवाला के चुंबकीय क्षेत्र में संचित ऊर्जा नष्ट न हो जाए।

प्रज्वलन और दहन की शर्तों पर विचार करें:

इलेक्ट्रोड के बीच हवा या अन्य गैस होनी चाहिए। माध्यम के ब्रेकडाउन वोल्टेज को दूर करने के लिए, हजारों वोल्ट के उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है - यह इलेक्ट्रोड और अन्य कारकों के बीच की दूरी पर निर्भर करता है। चाप को बनाए रखने के लिए 50-60 वोल्ट और 10 या अधिक एम्पीयर की धारा पर्याप्त होती है। विशिष्ट मान निर्भर करते हैं वातावरण, इलेक्ट्रोड का आकार और उनके बीच की दूरी।

नुकसान पहुंचाएं और इसके खिलाफ लड़ें

हमने विद्युत चाप की घटना के कारणों की जांच की, अब आइए जानें कि इससे क्या नुकसान होता है और इसे कैसे बुझाना है। इलेक्ट्रिक आर्क स्विचिंग उपकरण को नुकसान पहुंचाता है। क्या आपने देखा है कि यदि आप नेटवर्क में एक शक्तिशाली विद्युत उपकरण चालू करते हैं और कुछ समय बाद प्लग को सॉकेट से बाहर निकालते हैं, तो एक छोटा फ्लैश होता है। यह चाप विद्युत परिपथ में एक विराम के परिणामस्वरूप प्लग और सॉकेट के संपर्कों के बीच बनता है।

महत्वपूर्ण!एक विद्युत चाप के जलने के दौरान, बहुत अधिक ऊष्मा निकलती है, इसके जलने का तापमान 3000 डिग्री सेल्सियस से अधिक के मान तक पहुँच जाता है। उच्च-वोल्टेज सर्किट में, चाप की लंबाई एक मीटर या उससे अधिक तक पहुंच जाती है। मानव स्वास्थ्य और उपकरणों की स्थिति दोनों को नुकसान होने का खतरा है।

लाइट स्विच, अन्य स्विचिंग उपकरण में भी यही बात होती है, जिनमें शामिल हैं:

• स्वचालित स्विच;
• चुंबकीय शुरुआत;
• संपर्ककर्ता और बहुत कुछ।

0.4 kV नेटवर्क में उपयोग किए जाने वाले उपकरणों में, सामान्य 220 V सहित, वे उपयोग करते हैं विशेष साधनसंरक्षण - चाप ढलान। संपर्कों को होने वाले नुकसान को कम करने के लिए उनकी आवश्यकता होती है।

पर सामान्य दृष्टि सेचाप ढलान एक विशेष विन्यास और आकार के प्रवाहकीय विभाजन का एक सेट है, जिसे ढांकता हुआ सामग्री की दीवारों के साथ बांधा गया है।

जब संपर्क खुलते हैं, तो परिणामी प्लाज्मा चाप बुझाने वाले कक्ष की ओर झुक जाता है, जहां इसे अलग किया जाता है छोटे क्षेत्र. नतीजतन, यह ठंडा और बुझ जाता है।

हाई-वोल्टेज नेटवर्क में तेल, वैक्यूम, गैस सर्किट ब्रेकर का उपयोग किया जाता है। एक तेल सर्किट ब्रेकर में, तेल स्नान में संपर्कों को स्विच करके भिगोना होता है। जब एक विद्युत चाप तेल में जलता है, तो वह हाइड्रोजन और गैसों में विघटित हो जाता है। संपर्कों के चारों ओर एक गैस का बुलबुला बनता है, जो उच्च गति से कक्ष से बाहर निकलता है और चाप ठंडा हो जाता है, क्योंकि हाइड्रोजन में अच्छी तापीय चालकता होती है।

वैक्यूम सर्किट ब्रेकर गैसों को आयनित नहीं करते हैं और उत्पन्न होने की कोई स्थिति नहीं है। उच्च दबाव गैस से भरे स्विच भी हैं। जब एक विद्युत चाप बनता है, तो उनमें तापमान नहीं बढ़ता है, दबाव बढ़ जाता है और इससे गैसों का आयनीकरण कम हो जाता है या विआयनीकरण हो जाता है। आशाजनक दिशामाना जाता है।

जीरो एसी पर स्विच करना भी संभव है।

उपयोगी अनुप्रयोग

माना घटना भी कई पाया गया है उपयोगी अनुप्रयोग, उदाहरण के लिए:

अब आप जानते हैं कि विद्युत चाप क्या है, इस घटना और संभावित अनुप्रयोगों का क्या कारण है। हम आशा करते हैं कि प्रदान की गई जानकारी आपके लिए स्पष्ट और उपयोगी थी!

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