Duke folur për karakteristikat e një harku voltaik, vlen të përmendet se ai ka një tension më të ulët se shkarkimi i shkëlqimit dhe mbështetet në rrezatimin termionik të elektroneve nga elektrodat që mbështesin harkun. Në vendet anglishtfolëse, termi konsiderohet arkaik dhe i vjetëruar.

Teknikat e shtypjes së harkut mund të përdoren për të reduktuar kohëzgjatjen e harkut ose mundësinë e formimit të harkut.

Në fund të viteve 1800, harku voltaik u përdor gjerësisht për ndriçimin publik. Disa harqe elektrike me presion të ulët përdoren në shumë aplikacione. Për shembull, për ndriçim përdoren llambat fluoreshente, llambat me merkur, natrium dhe halide metalike. Llambat me hark ksenon u përdorën për projektorë filmash.

Hapja e harkut voltaik

Fenomeni besohet të jetë përshkruar për herë të parë nga Sir Humphry Davy në një artikull të vitit 1801 të botuar në Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts të William Nicholson. Sidoqoftë, fenomeni i përshkruar nga Davy nuk ishte një hark elektrik, por vetëm një shkëndijë. Studiuesit e mëvonshëm shkruan: "Ky është padyshim një përshkrim jo i një harku, por i një shkëndije. Thelbi i së parës është se ajo duhet të jetë e vazhdueshme dhe polet e saj nuk duhet të preken pasi të ketë lindur. Shkëndija e krijuar nga Sir Humphry Davy nuk ishte qartësisht e vazhdueshme dhe megjithëse mbeti e ngarkuar për ca kohë pas kontaktit me atomet e karbonit, me shumë mundësi nuk kishte asnjë lidhje të harkut, i cili është i nevojshëm për klasifikimin e tij si voltaik.

Në të njëjtin vit, Davy demonstroi publikisht efektin përpara Shoqërisë Mbretërore duke kaluar një rrymë elektrike përmes dy shufrave prekëse të karbonit dhe më pas duke i tërhequr ato në një distancë të shkurtër. Demonstrimi tregoi një hark "të dobët", me vështirësi të dallueshme nga një shkëndijë e qëndrueshme, midis pikave të qymyrit. Komuniteti shkencor i dha atij një bateri më të fuqishme prej 1000 pllakash, dhe në 1808 ai demonstroi shfaqjen e një harku voltaik në një shkallë të gjerë. Atij i njihet edhe emri i saj në anglisht (harku elektrik). Ai e quajti atë një hark sepse merr formën e një harku lart kur distanca midis elektrodave bëhet e ngushtë. Kjo është për shkak të vetive përcjellëse të gazit të nxehtë.

Si u shfaq harku voltaik? Harku i parë i vazhdueshëm u regjistrua në mënyrë të pavarur në 1802 dhe u përshkrua në 1803 si "një lëng i veçantë me veti elektrike" nga shkencëtari rus Vasily Petrov, i cili po eksperimentonte me një bateri bakri-zink të përbërë nga 4200 disqe.

Studim i mëtejshëm

Në fund të shekullit të nëntëmbëdhjetë, harku voltaik u përdor gjerësisht për ndriçimin publik. Tendenca e harqeve elektrike për të dridhur dhe fërshëllimë ishte një problem i madh. Në 1895, Hertha Marks Ayrton shkroi një seri letrash mbi energjinë elektrike, duke shpjeguar se harku voltaik ishte rezultat i kontaktit të oksigjenit me shufrat e karbonit të përdorura për të krijuar harkun.

Në 1899, ajo ishte gruaja e parë që dha letrën e saj përpara Institutit të Inxhinierëve Elektrikë (IEE). Raporti i saj titullohej “Mekanizmi i Harkut Elektrik”. Menjëherë pas kësaj, Ayrton u zgjodh si anëtarja e parë femër e Institutit të Inxhinierëve Elektrikë. Gruaja tjetër u pranua në institut tashmë në 1958. Ayrton kërkoi të lexonte një letër përpara Shoqërisë Mbretërore, por nuk iu lejua ta bënte këtë për shkak të gjinisë së saj, dhe Mekanizmi i Harkut Elektrik u lexua nga John Perry në vend të saj në 1901.

Përshkrim

Harku elektrik është lloji me densitetin më të lartë të rrymës. Rryma maksimale e tërhequr përmes harkut kufizohet vetëm nga mjedisi, jo nga vetë harku.

Harku midis dy elektrodave mund të inicohet nga jonizimi dhe shkarkimi i shkëlqimit kur rritet rryma nëpër elektroda. Tensioni i ndarjes së hendekut të elektrodës është një funksion i kombinuar i presionit, distancës midis elektrodave dhe llojit të gazit që rrethon elektrodat. Kur fillon një hark, voltazhi i tij terminal është shumë më i vogël se ai i një shkarkimi shkëlqimi dhe rryma është më e lartë. Një hark në gazrat pranë presionit atmosferik karakterizohet nga drita e dukshme, dendësia e lartë e rrymës dhe temperatura e lartë. Ai ndryshon nga një shkarkesë shkëlqimi në atë që temperaturat efektive të elektroneve dhe joneve pozitive janë afërsisht të njëjta, dhe në një shkarkim shkëlqyes jonet kanë një energji termike shumë më të ulët se elektronet.

Gjatë saldimit

Një hark i zgjatur mund të inicohet nga dy elektroda që janë fillimisht në kontakt dhe të ndara gjatë eksperimentit. Ky veprim mund të inicojë një hark pa një shkarkesë shkëlqimi të tensionit të lartë. Kjo është mënyra në të cilën saldatori fillon të bashkojë bashkimin duke prekur menjëherë elektrodën e saldimit me objektin.

Një shembull tjetër është ndarja e kontakteve elektrike në çelsat, reletë ose ndërprerësit. Në qarqet me energji të lartë, mund të kërkohet shtypja e harkut për të parandaluar dëmtimin e kontaktit.

Harku voltaik: karakteristikat

Rezistenca elektrike përgjatë një harku të vazhdueshëm krijon nxehtësi që jonizon më shumë molekula gazi (ku shkalla e jonizimit përcaktohet nga temperatura), dhe sipas kësaj sekuence, gazi gradualisht kthehet në një plazmë termike, e cila është në ekuilibër termik, pasi temperatura është shpërndahet në mënyrë relativisht uniforme mbi të gjitha atomet, molekulat, jonet dhe elektronet. Energjia e transferuar nga elektronet shpërndahet shpejt me grimca më të rënda nga përplasjet elastike për shkak të lëvizshmërisë së tyre të lartë dhe numrit të madh.

Rryma në hark mbahet nga emetimi termionik dhe në terren i elektroneve në katodë. Rryma mund të përqendrohet në një pikë shumë të vogël të nxehtë në katodë - në rendin e një milion amper për centimetër katror. Në ndryshim nga shkarkimi i shkëlqimit, struktura e harkut vështirë se dallohet, pasi kolona pozitive është mjaft e ndritshme dhe shtrihet pothuajse në elektroda në të dy skajet. Rënia e katodës dhe rënia e anodës prej disa volt ndodhin brenda një fraksioni të një milimetri të secilës elektrodë. Kolona pozitive ka një gradient të tensionit më të ulët dhe mund të mungojë në harqe shumë të shkurtër.

hark me frekuencë të ulët

Një hark AC me frekuencë të ulët (më pak se 100 Hz) i ngjan një harku DC. Në çdo cikël, harku fillon nga një prishje dhe elektrodat ndryshojnë rolet kur rryma ndryshon drejtimin. Me rritjen e frekuencës aktuale, nuk ka kohë të mjaftueshme për jonizimin në divergjencë në çdo gjysmë cikli, dhe prishja nuk është më e nevojshme për të ruajtur harkun - karakteristikat e tensionit dhe rrymës bëhen më omike.

Vendi midis dukurive të tjera fizike

Forma të ndryshme të harqeve elektrike janë vetitë e shfaqura të modeleve jolineare të fushës aktuale dhe elektrike. Harku ndodh në një hapësirë ​​të mbushur me gaz midis dy elektrodave përcjellëse (shpesh tungsteni ose karboni), duke rezultuar në temperatura shumë të larta të afta për të shkrirë ose avulluar shumicën e materialeve. Një hark elektrik është një shkarkim i vazhdueshëm, ndërsa një shkarkim i ngjashëm i shkëndijës elektrike është i menjëhershëm. Një hark voltaik mund të ndodhë ose në qarqet DC ose në qarqet AC. Në rastin e fundit, mund të godasë në mënyrë të përsëritur në çdo gjysmë cikli të shfaqjes aktuale. Një hark elektrik ndryshon nga shkarkimi i shkëlqimit në atë që densiteti i rrymës është mjaft i lartë dhe rënia e tensionit brenda harkut është e ulët. Në katodë, dendësia e rrymës mund të arrijë një megaamper për centimetër katror.

Potencial shkatërrues

Një hark elektrik ka një marrëdhënie jolineare midis rrymës dhe tensionit. Pasi të jetë krijuar harku (qoftë duke përparuar nga një shkarkesë shkëlqimi ose duke prekur momentalisht elektrodat dhe më pas duke i ndarë ato), rritja e rrymës rezulton në një tension më të ulët midis terminaleve të harkut. Ky efekt negativ i rezistencës kërkon që një formë e rezistencës pozitive (si çakëlli elektrik) të vendoset në qark për të mbajtur një hark të qëndrueshëm. Kjo veçori është arsyeja pse harqet elektrikë të pakontrolluar në aparat bëhen kaq shkatërrues, pasi sapo të ndodhë harku ai do të tërheqë gjithnjë e më shumë rrymë nga burimi i tensionit DC derisa pajisja të shkatërrohet.

Përdorimi praktik

Në një shkallë industriale, harqet elektrike përdoren për saldim, prerje plazma, përpunim të shkarkimit elektrik, si një llambë harku në projektorë filmash dhe në ndriçim. Furrat me hark elektrik përdoren për prodhimin e çelikut dhe substancave të tjera. Karbidi i kalciumit merret në këtë mënyrë, pasi kërkohet një sasi e madhe energjie për të arritur një reaksion endotermik (në temperatura 2500 ° C).

Dritat e harkut të karbonit ishin dritat e para elektrike. Ato u përdorën për llambat e rrugëve në shekullin e 19-të dhe për pajisje të specializuara si dritat e dritës deri në Luftën e Dytë Botërore. Sot harqet elektrike me presion të ulët përdoren në shumë zona. Për shembull, llambat fluoreshente, merkuri, natriumi dhe halidi i metalit përdoren për ndriçim, ndërsa llambat me hark ksenon përdoren për projektuesit e filmit.

Formimi i një harku elektrik intensiv, si një ndezje harku në shkallë të vogël, është baza e detonatorëve shpërthyes. Kur shkencëtarët mësuan se çfarë është një hark voltaik dhe si mund të përdoret, shumëllojshmëria e armëve botërore u plotësua me eksplozivë efektivë.

Aplikacioni kryesor i mbetur është komutuesi i tensionit të lartë për rrjetet e transmetimit. Pajisjet moderne përdorin gjithashtu heksafluorid squfuri me presion të lartë.

konkluzioni

Pavarësisht frekuencës së djegieve të harkut voltaik, ai konsiderohet një fenomen fizik shumë i dobishëm, i cili ende përdoret gjerësisht në industri, prodhim dhe në krijimin e objekteve dekorative. Ajo ka estetikën e saj dhe shpesh shfaqet në filma fantastiko-shkencor. Humbja e harkut voltaik nuk është fatale.

LEKTORIA 5

HARK ELEKTRIKE

Ndodhja dhe proceset fizike në një hark elektrik. Hapja e qarkut elektrik në rryma dhe tensione të konsiderueshme shoqërohet nga një shkarkesë elektrike midis kontakteve divergjente. Hendeku i ajrit midis kontakteve jonizohet dhe bëhet përçues, një hark digjet në të. Procesi i shkyçjes konsiston në dejonizimin e hendekut të ajrit midis kontakteve, d.m.th., në përfundimin e shkarkimit elektrik dhe rivendosjen e vetive dielektrike. Në kushte të veçanta: rryma dhe tensione të ulëta, një ndërprerje e qarkut të rrymës alternative në momentin që rryma kalon në zero, mund të ndodhë pa një shkarkesë elektrike. Ky mbyllje quhet ndërprerje pa shkëndijë.

Varësia e rënies së tensionit në hendekun e shkarkimit nga rryma e shkarkimit elektrik në gazra është paraqitur në Fig. një.

Harku elektrik shoqërohet me temperaturë të lartë. Prandaj, harku nuk është vetëm një fenomen elektrik, por edhe termik. Në kushte normale, ajri është një izolues i mirë. Prishja e hapësirës ajrore prej 1 cm kërkon një tension prej 30 kV. Në mënyrë që hendeku i ajrit të bëhet një përcjellës, është e nevojshme të krijohet një përqendrim i caktuar i grimcave të ngarkuara në të: elektrone të lira dhe jone pozitive. Procesi i ndarjes së elektroneve nga një grimcë neutrale dhe i formimit të elektroneve të lira dhe joneve të ngarkuar pozitivisht quhet jonizimi. Jonizimi i gazit ndodh nën ndikimin e temperaturës së lartë dhe fushës elektrike. Për proceset e harkut në aparatet elektrike, proceset në elektroda (emetimi termoelektronik dhe në terren) dhe proceset në hendekun e harkut (jonizimi termik dhe me ndikim) kanë rëndësinë më të madhe.

Emetimi termionik quhet emetimi i elektroneve nga një sipërfaqe e nxehtë. Kur kontaktet ndryshojnë, rezistenca e kontaktit të kontaktit dhe dendësia e rrymës në zonën e kontaktit rriten ndjeshëm. Platforma nxehet, shkrihet dhe nga metali i shkrirë formohet një istmus kontakti. Isthmusi prishet ndërsa kontaktet ndryshojnë më tej, dhe metali i kontakteve avullohet. Në elektrodën negative formohet një zonë e nxehtë (njollë katodë), e cila shërben si bazë e harkut dhe burim i rrezatimit elektronik. Emetimi termionik është shkaku i shfaqjes së një harku elektrik kur hapen kontaktet. Dendësia e rrymës së emetimit termionik varet nga temperatura dhe materiali i elektrodës.

Emision autoelektronik quhet dukuria e emetimit të elektroneve nga katoda nën ndikimin e një fushe të fortë elektrike. Kur kontaktet janë të hapura, tensioni i rrjetit zbatohet në to. Kur kontaktet mbyllen, ndërsa kontakti lëvizës i afrohet atij fiks, forca e fushës elektrike midis kontakteve rritet. Në një distancë kritike midis kontakteve, forca e fushës arrin 1000 kV/mm. Një forcë e tillë e fushës elektrike është e mjaftueshme për të nxjerrë elektrone nga një katodë e ftohtë. Rryma e emetimit në terren është e vogël dhe shërben vetëm si fillimi i shkarkimit të harkut.

Kështu, shfaqja e një shkarkimi harku në kontaktet divergjente shpjegohet me praninë e emetimeve termionike dhe autoelektronike. Shfaqja e një harku elektrik kur kontaktet janë të mbyllura është për shkak të emetimit autoelektronik.

jonizimi i ndikimit quhet dalja e elektroneve të lira dhe joneve pozitive në përplasjen e elektroneve me një grimcë neutrale. Një elektron i lirë thyen një grimcë neutrale. Rezultati është një elektron i ri i lirë dhe një jon pozitiv. Elektroni i ri, nga ana tjetër, jonizon grimcën tjetër. Në mënyrë që një elektron të jetë në gjendje të jonizojë një grimcë gazi, ai duhet të lëvizë me një shpejtësi të caktuar. Shpejtësia e një elektroni varet nga ndryshimi i potencialit mbi shtegun mesatar të lirë. Prandaj, zakonisht nuk tregohet shpejtësia e elektronit, por diferenca minimale e potencialit përgjatë gjatësisë së shtegut të lirë, në mënyrë që elektroni të fitojë shpejtësinë e nevojshme. Ky ndryshim potencial quhet potenciali i jonizimit. Potenciali jonizues i një përzierjeje gazi përcaktohet nga potenciali më i ulët i jonizimit të përbërësve të përfshirë në përzierjen e gazit dhe varet pak nga përqendrimi i përbërësve. Potenciali i jonizimit për gazrat është 13 ÷ 16 V (azoti, oksigjeni, hidrogjeni), për avujt e metaleve është afërsisht dy herë më i ulët: 7.7 V për avujt e bakrit.

Jonizimi termik ndodh nën ndikimin e temperaturës së lartë. Temperatura e boshtit të harkut arrin 4000÷7000 K, dhe nganjëherë 15000 K. Në këtë temperaturë, numri dhe shpejtësia e grimcave të gazit në lëvizje rritet ndjeshëm. Pas përplasjes, atomet dhe molekulat shkatërrohen, duke formuar grimca të ngarkuara. Karakteristika kryesore e jonizimit termik është shkalla e jonizimit, e cila është raporti i numrit të atomeve të jonizuar me numrin e përgjithshëm të atomeve në hendekun e harkut. Mirëmbajtja e shkarkimit të harkut të lindur nga një numër i mjaftueshëm ngarkesash falas sigurohet nga jonizimi termik.

Njëkohësisht me proceset e jonizimit në hark, ndodhin procese të kundërta deionizimi– ribashkimet e grimcave të ngarkuara dhe formimi i molekulave neutrale. Kur ndodh një hark, mbizotërojnë proceset e jonizimit, në një hark që digjet vazhdimisht, proceset e jonizimit dhe deionizimit janë po aq intensive, me mbizotërimin e proceseve të deionizimit, harku del jashtë.

Deionizimi ndodh kryesisht për shkak të rikombinimit dhe difuzionit. rikombinim është procesi me të cilin grimcat e ngarkuara ndryshe, duke ardhur në kontakt, formojnë grimca neutrale. Difuzioni i grimcave të ngarkuara është procesi i kryerjes së grimcave të ngarkuara nga boshllëku i harkut në hapësirën përreth, gjë që redukton përçueshmërinë e harkut. Difuzioni është për shkak të faktorëve elektrikë dhe termikë. Dendësia e ngarkesës në boshtin e harkut rritet nga periferia në qendër. Në funksion të kësaj, krijohet një fushë elektrike, duke i detyruar jonet të lëvizin nga qendra në periferi dhe të largohen nga rajoni i harkut. Dallimi i temperaturës midis boshtit të harkut dhe hapësirës përreth vepron gjithashtu në të njëjtin drejtim. Në një hark të stabilizuar dhe të djegur lirshëm, difuzioni luan një rol të parëndësishëm. Në një hark të fryrë me ajër të ngjeshur, si dhe në një hark të hapur që lëviz me shpejtësi, deionizimi për shkak të difuzionit mund të jetë afër rikombinimit në vlerë. Në një hark që digjet në një çarje të ngushtë ose në një dhomë të mbyllur, deionizimi ndodh për shkak të rikombinimit.

RËNI E TENSIONIT NË HARKIN ELEKTRIK

Rënia e tensionit përgjatë harkut të palëvizshëm shpërndahet në mënyrë të pabarabartë. Modeli i rënies së tensionit U d dhe gradienti gjatësor i tensionit (rënia e tensionit për njësi të gjatësisë së harkut) E d përgjatë harkut është paraqitur në Fig. 2.

Progresi i performancës U d dhe E d në rajonet afër elektrodës ndryshon ndjeshëm nga sjellja e karakteristikave në pjesën tjetër të harkut. Në elektroda, në rajonet afër katodës dhe afër anodës, në intervalin prej 10 -3 mm, ka një rënie të mprehtë të tensionit, e quajtur afër katodës. U për të dhe anoda U a . V katodë rajoni, formohet një deficit elektronesh për shkak të lëvizshmërisë së tyre të lartë. Në këtë rajon, formohet një ngarkesë pozitive vëllimore, e cila shkakton një ndryshim potencial U për të, rreth 10÷20V. Fuqia e fushës në rajonin afër katodës arrin 10 5 V/cm dhe siguron lirimin e elektroneve nga katoda për shkak të emetimit të fushës. Për më tepër, voltazhi në katodë siguron lirimin e energjisë së nevojshme për të ngrohur katodën dhe për të siguruar emetimin termionik.

Oriz. 2. Shpërndarja e tensionit në të gjithë harku i palëvizshëm DC

V anodë rajoni, formohet një ngarkesë hapësinore negative, duke shkaktuar një ndryshim potencial U a. Elektronet që shkojnë drejt anodës përshpejtohen dhe nxjerrin jashtë elektronet dytësore nga anoda që ekzistojnë pranë anodës.

Vlera totale e rënies së tensionit të anodës dhe katodës quhet rënia e tensionit afër elektrodës:
dhe është 20-30 V.

Në pjesën tjetër të harkut, të quajtur trungu i harkut, rënia e tensionit U d drejtpërdrejt proporcionale me gjatësinë e harkut:

,

ku E STështë gradienti i stresit gjatësor në boshtin e harkut, l STështë gjatësia e boshtit të harkut.

Gradienti këtu është konstant përgjatë kërcellit. Varet nga shumë faktorë dhe mund të ndryshojë shumë, duke arritur në 100÷200 V/cm.

Kështu, rënia e tensionit në hendekun e harkut:

STABILITETI I HARKIT ELEKTRIK DC

Për të shuar një hark elektrik të rrymës së drejtpërdrejtë, është e nevojshme të krijohen kushte në të cilat proceset e deionizimit në hendekun e harkut do të tejkalojnë proceset e jonizimit në të gjitha vlerat aktuale.

Për një qark (Fig. 3) që përmban rezistencë R, induktiviteti L, boshllëk harku me rënie tensioni U d, Burimi i tensionit DC U, në modalitetin e tranzicionit ( ) ekuacioni Kirchhoff është i vlefshëm: , (1) ku - rënia e tensionit në të gjithë induktivitetin me një ndryshim në rrymë. Me një hark që digjet vazhdimisht (gjendje e palëvizshme ) shprehja (1) merr formën: . (2) Për të shuar harkun, është e nevojshme që rryma në të të ulet gjatë gjithë kohës. Do të thotë se :

Kur hapet një qark elektrik, ndodh një shkarkesë elektrike në formë hark elektrik. Për shfaqjen e një harku elektrik, mjafton që tensioni në kontakte të jetë mbi 10 V në një rrymë në qark të rendit 0.1A ose më shumë. Në tensione dhe rryma të konsiderueshme, temperatura brenda harkut mund të arrijë 3 - 15 mijë ° C, si rezultat i së cilës kontaktet dhe pjesët që mbartin rrymë shkrihen.

Në tensione prej 110 kV dhe më lart, gjatësia e harkut mund të arrijë disa metra. Prandaj, një hark elektrik, veçanërisht në qarqet me fuqi të lartë, në tensionet mbi 1 kV është një rrezik i madh, megjithëse pasoja të rënda mund të jenë në instalimet me tensione nën 1 kV. Si rezultat, harku elektrik duhet të kufizohet sa më shumë që të jetë e mundur dhe të shuhet shpejt në qarqet për tensionet si mbi dhe nën 1 kV.

Procesi i formimit të një harku elektrik mund të thjeshtohet si më poshtë. Kur kontaktet ndryshojnë, presioni i kontaktit fillimisht zvogëlohet dhe, në përputhje me rrethanat, sipërfaqja e kontaktit rritet (dendësia e rrymës dhe temperatura - lokale (në pjesë të caktuara të zonës së kontaktit) fillon mbinxehja, e cila kontribuon më tej në emetimin termionik, kur është nën ndikimin e nivelit të lartë. temperatura shpejtësia e elektroneve rritet dhe ato ikin nga sipërfaqja e elektrodës.

Në momentin e divergjencës së kontakteve, domethënë një ndërprerje qarku, voltazhi rikthehet shpejt në hendekun e kontaktit. Meqenëse distanca midis kontakteve është e vogël në këtë rast, lind një tension i lartë, nën ndikimin e të cilit elektronet dalin nga sipërfaqja e elektrodës. Ata përshpejtohen në një fushë elektrike dhe, kur godasin një atom neutral, i japin atij energjinë e tyre kinetike. Nëse kjo energji është e mjaftueshme për të shkëputur të paktën një elektron nga guaska e një atomi neutral, atëherë ndodh procesi i jonizimit.

Elektronet dhe jonet e lira që rezultojnë përbëjnë plazmën e boshtit të harkut, domethënë kanalin e jonizuar në të cilin harku digjet dhe sigurohet lëvizja e vazhdueshme e grimcave. Në këtë rast, grimcat e ngarkuara negativisht, kryesisht elektronet, lëvizin në një drejtim (drejt anodës), dhe atomet dhe molekulat e gazit, pa një ose më shumë elektrone - grimca të ngarkuara pozitivisht - në drejtim të kundërt (drejt katodës). Përçueshmëria e plazmës është e përafërt me atë të metaleve.

Një rrymë e madhe rrjedh në boshtin e harkut dhe krijohet një temperaturë e lartë. Një temperaturë e tillë e boshtit të harkut çon në jonizimin termik - procesi i formimit të joneve për shkak të përplasjes së molekulave dhe atomeve që kanë energji të lartë kinetike me shpejtësi të lartë të lëvizjes së tyre (molekulat dhe atomet e mediumit ku harku digjet kalohen në elektronet dhe jonet e ngarkuar pozitivisht). Jonizimi intensiv termik ruan përçueshmëri të lartë të plazmës. Prandaj, rënia e tensionit përgjatë gjatësisë së harkut është e vogël.

Në një hark elektrik vazhdojnë dy procese të vazhdueshme: përveç jonizimit, ka edhe dejonizim të atomeve dhe molekulave. Kjo e fundit ndodh kryesisht nga difuzioni, domethënë transferimi i grimcave të ngarkuara në mjedis dhe rikombinimi i elektroneve dhe joneve të ngarkuar pozitivisht, të cilat rikombinohen në grimca neutrale me kthimin e energjisë së shpenzuar në zbërthimin e tyre. Në këtë rast, nxehtësia largohet në mjedis.

Kështu, mund të dallohen tre faza të procesit në shqyrtim: ndezja e harkut, kur, për shkak të jonizimit të ndikimit dhe emetimit të elektroneve nga katoda, fillon një shkarkim harku dhe intensiteti i jonizimit është më i lartë se deionizimi, djegia e qëndrueshme e harkut, e mbështetur nga jonizimi termik. në boshtin e harkut, kur intensiteti i jonizimit dhe dejonizimit është i njëjtë, shuarja e harkut kur intensiteti i deionizimit është më i lartë se jonizimi.

Metodat për shuarjen e harkut në pajisjet komutuese elektrike

Për të shkëputur elementët e qarkut elektrik dhe për të përjashtuar kështu dëmtimin e pajisjes komutuese, është e nevojshme jo vetëm të hapen kontaktet e saj, por edhe të shuhet harku që shfaqet midis tyre. Proceset e shuarjes së harkut, si dhe djegia, janë të ndryshme për rrymë alternative dhe të drejtpërdrejtë. Kjo përcaktohet nga fakti se në rastin e parë, rryma në hark kalon në zero çdo gjysmë cikli. Në këto momente, lëshimi i energjisë në hark ndalon dhe harku shuhet në mënyrë spontane çdo herë, dhe më pas ndizet përsëri.

Në praktikë, rryma në hark bëhet afër zeros pak më herët se kalimi zero, pasi kur rryma zvogëlohet, energjia e furnizuar në hark zvogëlohet, temperatura e harkut zvogëlohet në përputhje me rrethanat dhe jonizimi termik ndalon. Në këtë rast, procesi i deionizimit vazhdon intensivisht në hendekun e harkut. Nëse kontaktet hapen dhe ndahen shpejt në moment, atëherë prishja e mëvonshme elektrike mund të mos ndodhë dhe qarku do të fiket pa një hark. Sidoqoftë, është jashtëzakonisht e vështirë për ta bërë këtë në praktikë, dhe për këtë arsye merren masa të veçanta për të përshpejtuar shuarjen e harkut, të cilat sigurojnë ftohjen e hapësirës së harkut dhe uljen e numrit të grimcave të ngarkuara.

Si rezultat i deionizimit, forca dielektrike e hendekut rritet gradualisht dhe, në të njëjtën kohë, rritet tensioni i rikuperimit në të. Varet nga raporti i këtyre vlerave nëse harku do të ndizet për gjysmën e ardhshme të periudhës apo jo. Nëse forca dielektrike e hendekut rritet më shpejt dhe është më e madhe se voltazhi i rikuperimit, harku nuk do të ndizet më, përndryshe harku do të jetë i qëndrueshëm. Kushti i parë përcakton problemin e shuarjes së harkut.

Në pajisjet komutuese, përdoren metoda të ndryshme të shuarjes së harkut.

Shtrirja e harkut

Kur kontaktet ndryshojnë në procesin e fikjes së qarkut elektrik, harku që ka lindur shtrihet. Në këtë rast, kushtet për ftohjen e harkut përmirësohen, pasi sipërfaqja e tij rritet dhe kërkohet më shumë tension për djegie.

Ndarja e një harku të gjatë në një seri harqesh të shkurtër

Nëse harku i formuar kur hapen kontaktet ndahet në harqe K të shkurtër, për shembull, duke e shtrënguar në një rrjet metalik, atëherë ai do të dalë jashtë. Harku zakonisht tërhiqet në një grilë metalike nën ndikimin e një fushe elektromagnetike të shkaktuar në pllakat e grilave nga rrymat vorbull. Kjo metodë e shuarjes së harkut përdoret gjerësisht në pajisjet komutuese për tensione nën 1 kV, veçanërisht në ndërprerësit automatikë të ajrit.

Ftohje me hark në vrima të ngushta

Lehtësohet shuarja e harkut në vëllim të vogël. Prandaj, kanalet e harkut me çarje gjatësore përdoren gjerësisht (boshti i një çarje të tillë përkon në drejtim me boshtin e boshtit të harkut). Një hendek i tillë zakonisht formohet në dhomat e bëra nga materiale izoluese rezistente ndaj harkut. Për shkak të kontaktit të harkut me sipërfaqet e ftohta, ndodh ftohja e tij intensive, difuzioni i grimcave të ngarkuara në mjedis dhe, në përputhje me rrethanat, deionizimi i shpejtë.

Krahas vrimave me mure paralele të rrafshët, përdoren edhe vrima me brinjë, zgjatime dhe zgjatime (xhepa). E gjithë kjo çon në deformim të boshtit të harkut dhe kontribuon në një rritje të zonës së kontaktit të tij me muret e ftohta të dhomës.

Vizatimi i harkut në vrima të ngushta zakonisht ndodh nën ndikimin e një fushe magnetike që ndërvepron me harkun, i cili mund të konsiderohet si një përcjellës rrymë.

E jashtme për të lëvizur harkun më së shpeshti sigurohet nga një spirale e lidhur në seri me kontaktet midis të cilave ndodh harku. Shuarja e harkut në çarje të ngushta përdoret në pajisjet për të gjitha tensionet.

Shuarja e harkut me presion të lartë

Në një temperaturë konstante, shkalla e jonizimit të gazit zvogëlohet me rritjen e presionit, ndërsa përçueshmëria termike e gazit rritet. Duke qenë të barabarta, kjo çon në rritjen e ftohjes së harkut. Shuarja e harkut me anë të presionit të lartë të krijuar nga vetë harku në dhoma të mbyllura fort përdoret gjerësisht në siguresat dhe një sërë pajisjesh të tjera.

Shuarja e harkut në vaj

Nëse vendosen në vaj, harku që ndodh kur ato hapen çon në avullim intensiv të vajit. Si rezultat, rreth harkut formohet një flluskë gazi (guaskë), e përbërë kryesisht nga hidrogjen (70 ... 80%), si dhe avujt e naftës. Gazrat e emetuara me shpejtësi të lartë depërtojnë drejtpërdrejt në zonën e boshtit të harkut, shkaktojnë përzierjen e gazit të ftohtë dhe të nxehtë në flluskë, sigurojnë ftohje intensive dhe, në përputhje me rrethanat, deionizimin e hendekut të harkut. Përveç kësaj, aftësia dejonizuese e gazeve rrit presionin e krijuar gjatë dekompozimit të shpejtë të vajit brenda flluskës.

Intensiteti i procesit të shuarjes së harkut në vaj është aq më i lartë, aq më afër kontaktit të harkut me vajin dhe aq më shpejt vaji lëviz në lidhje me harkun. Duke pasur parasysh këtë, hendeku i harkut kufizohet nga një pajisje izoluese e mbyllur - kanal hark. Në këto dhoma krijohet një kontakt më i ngushtë i vajit me harkun dhe me ndihmën e pllakave izoluese dhe vrimave të shkarkimit formohen kanale pune nëpër të cilat lëvizin vaji dhe gazrat, duke siguruar fryrje (fryrje) intensive të harkut.

Udha me hark sipas parimit të funksionimit, ato ndahen në tre grupe kryesore: me fryrje automatike, kur krijohet presion i lartë dhe shpejtësia e lëvizjes së gazit në zonën e harkut për shkak të energjisë së lëshuar në hark, me fryrje të detyruar të vajit duke përdorur pompim special. mekanizmat hidraulikë, me shuarje magnetike në vaj, kur harku është nën veprimin e fushës magnetike lëviz në vrima të ngushta.

Më e efektshmja dhe më e thjeshta gryka me hark me autoblast. Në varësi të vendndodhjes së kanaleve dhe vrimave të shkarkimit, dallohen dhomat në të cilat sigurohet fryrja intensive e përzierjes së avullit të gazit dhe vajit që rrjedh përgjatë harkut (shpërthimi gjatësor) ose përgjatë harkut (shpërthimi tërthor). Metodat e konsideruara të shuarjes së harkut përdoren gjerësisht në ndërprerësit për tensione mbi 1 kV.

Mënyra të tjera për të shuar harkun në pajisjet për tensione mbi 1 kV

Përveç metodave të mësipërme të shuarjes së harkut, ata përdorin gjithashtu: ajrin e kompresuar, rrjedha e të cilit fryn harkun përgjatë ose përtej, duke siguruar ftohjen e tij intensive (në vend të ajrit përdoren edhe gazra të tjerë, të marrë shpesh nga gazi i ngurtë- materiale gjeneruese - fibër, vinyl plastikë, etj. - për shkak të dekompozimit të tyre nga vetë harku djegës), i cili ka një forcë elektrike më të lartë se ajri dhe hidrogjeni, si rezultat i të cilit harku që digjet në këtë gaz shuhet shpejt edhe në presioni atmosferik, një gaz shumë i rrallë (vakum), kur hapen kontaktet në të cilat harku nuk ndizet përsëri (fiket) pas kalimit të parë të rrymës në zero.

1. Kushtet për fillimin dhe djegien e një harku

Hapja e qarkut elektrik në prani të rrymës në të shoqërohet me një shkarkesë elektrike midis kontakteve. Nëse në qarkun e shkëputur rryma dhe voltazhi ndërmjet kontakteve janë më të mëdha se kritike për këto kushte, atëherë një hark, koha e djegies së të cilit varet nga parametrat e qarkut dhe kushtet e deionizimit të hendekut të harkut. Formimi i një harku gjatë hapjes së kontakteve të bakrit është i mundur tashmë me një rrymë prej 0,4-0,5 A dhe një tension prej 15 V.

Oriz. një. Vendndodhja në një tension të palëvizshëm të harkut DC U(a) dhe intensitetiE(b).

Në hark dallohen hapësira afër katodës, boshti i harkut dhe hapësira afër anodës (Fig. 1). I gjithë stresi shpërndahet midis këtyre zonave U te, U SD, U a. Rënia e tensionit të katodës në harkun DC është 10-20 V, dhe gjatësia e këtij seksioni është 10-4-10-5 cm, kështu që një forcë e lartë e fushës elektrike (105-106 V/cm) vërehet pranë katodës. . Në intensitete kaq të larta, ndodh jonizimi i ndikimit. Thelbi i tij qëndron në faktin se elektronet e shkëputura nga katoda nga forcat e një fushe elektrike (emetimi i fushës) ose për shkak të ngrohjes së katodës (emetimi termionik), përshpejtohen në një fushë elektrike dhe, kur godasin një atom neutral. , i japin asaj energjinë e tyre kinetike. Nëse kjo energji është e mjaftueshme për të shkëputur një elektron nga guaska e një atomi neutral, atëherë do të ndodhë jonizimi. Elektronet dhe jonet e lira që rezultojnë përbëjnë plazmën e boshtit të harkut.

Oriz. 2. .

Përçueshmëria e plazmës i afrohet asaj të metaleve [ në\u003d 2500 1 / (Ohm × cm)] / Një rrymë e madhe kalon në boshtin e harkut dhe krijohet një temperaturë e lartë. Dendësia e rrymës mund të arrijë 10,000 A/cm2 ose më shumë, dhe temperatura mund të variojë nga 6,000 K në presion atmosferik deri në 18,000 K ose më shumë në presione të ngritura.

Temperaturat e larta në boshtin e harkut çojnë në jonizimin termik intensiv, i cili ruan përçueshmërinë e lartë të plazmës.

Jonizimi termik është procesi i formimit të joneve për shkak të përplasjes së molekulave dhe atomeve me energji të lartë kinetike me shpejtësi të madhe të lëvizjes së tyre.

Sa më e madhe të jetë rryma në hark, aq më e ulët është rezistenca e saj, dhe për këtë arsye kërkohet më pak tension për të djegur harkun, d.m.th., është më e vështirë të shuhet një hark me një rrymë të madhe.

Me rrymë alternative, tensioni i furnizimit me energji elektrike u cd ndryshon në mënyrë sinusoidale, ndryshon edhe rryma në qark i(Fig. 2), dhe rryma mbetet prapa tensionit me rreth 90 °. Tensioni i harkut u e, djegia midis kontakteve të çelësit, me ndërprerje. Në rryma të ulëta, voltazhi rritet në një vlerë u h (tensioni i ndezjes), atëherë kur rritet rryma në hark dhe rritet jonizimi termik, tensioni bie. Në fund të gjysmëciklit, kur rryma i afrohet zeros, harku shuhet në tensionin e shuarjes u d) Në gjysmëciklin e ardhshëm dukuria përsëritet nëse nuk merren masa për dejonizimin e hendekut.

Nëse harku shuhet në një mënyrë ose në një tjetër, atëherë voltazhi midis kontakteve të çelësit duhet të rikthehet në tensionin e rrjetit - u vz (Fig. 2, pika A). Megjithatë, duke qenë se ka rezistenca induktive, aktive dhe kapacitative në qark, ndodh një proces kalimtar, shfaqen luhatje të tensionit (Fig. 2), amplituda e të cilit U c,max mund të tejkalojë ndjeshëm tensionin normal. Për shkëputjen e pajisjeve, është e rëndësishme me çfarë shpejtësie rikthehet tensioni në seksionin AB. Duke përmbledhur, mund të vërehet se shkarkimi i harkut fillon për shkak të jonizimit të ndikimit dhe emetimit të elektroneve nga katoda, dhe pas ndezjes, harku mbahet nga jonizimi termik në boshtin e harkut.

Në pajisjet e ndërrimit, është e nevojshme jo vetëm të hapen kontaktet, por edhe të shuhet harku që ka lindur midis tyre.

Në qarqet AC, rryma në hark kalon nga zero çdo gjysmë cikël (Fig. 2), në këto momente harku del spontanisht, por në gjysmëciklin tjetër mund të rishfaqet. Siç tregojnë oshilogramet, rryma në hark bëhet afër zeros disi më herët se kalimi natyror i zeros (Fig. 3, a). Kjo shpjegohet me faktin se kur rryma zvogëlohet, energjia e furnizuar në hark zvogëlohet, prandaj, temperatura e harkut zvogëlohet dhe jonizimi termik ndalon. Kohëzgjatja e kohës së vdekur t n është i vogël (nga dhjetëra në disa qindra mikrosekonda), por luan një rol të rëndësishëm në shuarjen e harkut. Nëse i hapni kontaktet gjatë një kohe të vdekur dhe i ndani me një shpejtësi të mjaftueshme në një distancë të tillë që të mos ndodhë një prishje elektrike, qarku do të shkëputet shumë shpejt.

Gjatë pauzës pa rrymë, intensiteti i jonizimit bie ndjeshëm, pasi nuk ndodh jonizimi termik. Në pajisjet komutuese, përveç kësaj, merren masa artificiale për të ftohur hapësirën e harkut dhe për të zvogëluar numrin e grimcave të ngarkuara. Këto procese deionizimi çojnë në një rritje graduale të forcës dielektrike të hendekut u pr (Fig. 3, b).

Një rritje e mprehtë e forcës elektrike të hendekut pasi rryma kalon në zero ndodh kryesisht për shkak të një rritje të forcës së hapësirës afër katodës (në qarqet AC 150-250V). Në të njëjtën kohë, tensioni i rikuperimit rritet u v. Nëse në çdo moment u pr > u hendeku nuk do të prishet, harku nuk do të ndizet përsëri pasi rryma të kalojë në zero. Nëse në një moment u pr = u c, atëherë harku rindezet në hendek.

Oriz. 3. :

a- shuarja e harkut gjatë kalimit natyror të rrymës nëpër zero; b– rritja e forcës elektrike të hendekut të harkut kur rryma kalon nga zero

Kështu, detyra e shuarjes së harkut reduktohet në krijimin e kushteve të tilla që forca dielektrike e hendekut midis kontakteve u pr ka pasur më shumë tension mes tyre u v.

Procesi i rritjes së tensionit midis kontakteve të pajisjes që do të fiket mund të jetë i një natyre të ndryshme në varësi të parametrave të qarkut të ndërprerë. Nëse qarku me mbizotërim të rezistencës aktive është i fikur, atëherë voltazhi rikthehet sipas ligjit aperiodik; nëse qarku dominohet nga rezistenca induktive, atëherë ndodhin lëkundje, frekuencat e të cilave varen nga raporti i kapacitetit dhe induktivitetit të qarkut. Procesi oscilues çon në shkallë të konsiderueshme të rikuperimit të tensionit, dhe aq më i lartë është shkalla du v/ dt, aq më e mundshme është prishja e hendekut dhe rindezja e harkut. Për të lehtësuar kushtet për shuarjen e harkut, rezistenca aktive futen në qarkun e rrymës së fikur, atëherë natyra e rikuperimit të tensionit do të jetë aperiodike (Fig. 3, b).

3. Metodat e shuarjes së harkut në pajisjet komutuese deri në 1000V

Në pajisjet komutuese deri në 1 kV, përdoren gjerësisht metodat e mëposhtme të shuarjes së harkut:

Zgjatja e harkut me një divergjencë të shpejtë të kontakteve.

Sa më i gjatë të jetë harku, aq më i madh është voltazhi i kërkuar për ekzistencën e tij. Nëse voltazhi i burimit të energjisë është më i vogël, atëherë harku del jashtë.

Ndarja e një harku të gjatë në një seri të shkurtër (Fig. 4, a).
Siç tregohet në fig. 1, voltazhi i harkut është shuma e katodës U në dhe anodë U dhe rënia e tensionit dhe tensioni i boshtit të harkut U sd:

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

Nëse një hark i gjatë, i cili ndodhi kur u hapën kontaktet, tërhiqet në një rrjetë për shuarjen e harkut të pllakave metalike, atëherë ai do të ndahet në N harqe të shkurtra. Çdo hark i shkurtër do të ketë rëniet e veta të tensionit të katodës dhe anodës. U e. Harku fiket nëse:

U n U uh,

ku U- tensioni i rrjetit; U e - shuma e rënies së tensionit të katodës dhe anodës (20-25 V në një hark DC).

Harku AC gjithashtu mund të ndahet në N harqe të shkurtra. Në momentin që rryma kalon nga zero, hapësira afër katodës fiton menjëherë një forcë elektrike prej 150-250 V.

Harku del jashtë nëse

Shuarja e harkut në boshllëqe të ngushta.

Nëse harku digjet në një çarje të ngushtë të formuar nga një material rezistent ndaj harkut, atëherë për shkak të kontaktit me sipërfaqet e ftohta, ndodh ftohja intensive dhe shpërndarja e grimcave të ngarkuara në mjedis. Kjo rezulton në deionizim të shpejtë dhe shuarje të harkut.

Oriz. 4.

a- ndarja e një harku të gjatë në të shkurtër; b– tërheqja e harkut në një vrimë të ngushtë të gropës së harkut; v– rrotullimi i harkut në një fushë magnetike; G- shuarja e harkut në vaj: 1 - kontakt fiks; 2 - trungu i harkut; 3 – guaskë hidrogjeni; 4 – zona e gazit; 5 – zona e avujve të naftës; 6 - kontakt në lëvizje

Lëvizja e harkut në një fushë magnetike.

Një hark elektrik mund të konsiderohet si një përcjellës i rrymës. Nëse harku është në një fushë magnetike, atëherë ai ndikohet nga një forcë e përcaktuar nga rregulli i dorës së majtë. Nëse krijoni një fushë magnetike të drejtuar pingul me boshtin e harkut, atëherë ajo do të marrë lëvizje përkthimore dhe do të tërhiqet në çarjen e gropës së harkut (Fig. 4, b).

Në një fushë magnetike radiale, harku do të marrë lëvizje rrotulluese (Fig. 4, v). Fusha magnetike mund të krijohet nga magnete të përhershme, mbështjellje speciale ose nga vetë qarku i rrymës. Rrotullimi dhe lëvizja e shpejtë e harkut kontribuon në ftohjen dhe deionizimin e tij.

Dy metodat e fundit të shuarjes së harkut (në çarje të ngushta dhe në një fushë magnetike) përdoren gjithashtu në pajisjet komutuese me tension mbi 1 kV.

4. Metodat kryesore të shuarjes së harkut në pajisjet mbi 1kV.

Në pajisjet komutuese mbi 1 kV, metodat 2 dhe 3 të përshkruara në p.p. 1.3. dhe metodat e mëposhtme të shuarjes së harkut përdoren gjerësisht:

1. Shuarja e harkut në vaj .

Nëse kontaktet e pajisjes shkëputëse vendosen në vaj, atëherë harku që shfaqet gjatë hapjes çon në formimin intensiv të gazit dhe avullimin e vajit (Fig. 4, G). Rreth harkut formohet një flluskë gazi, e përbërë kryesisht nga hidrogjen (70-80%); dekompozimi i shpejtë i vajit çon në një rritje të presionit në flluskë, gjë që kontribuon në ftohjen dhe deionizimin më të mirë të tij. Hidrogjeni ka veti të larta të shuarjes së harkut. Në kontakt të drejtpërdrejtë me boshtin e harkut, ai kontribuon në deionizimin e tij. Brenda flluskës së gazit ka një lëvizje të vazhdueshme të avullit të gazit dhe vajit. Shuarja e harkut në vaj përdoret gjerësisht në ndërprerësit.

2. Gaz-ajër shpërthim .

Ftohja e harkut përmirësohet nëse krijohet një lëvizje e drejtuar e gazrave - shpërthim. Fryrja përgjatë ose përgjatë harkut (Fig. 5) kontribuon në depërtimin e grimcave të gazit në boshtin e tij, difuzionin intensiv dhe ftohjen e harkut. Gazi krijohet kur vaji dekompozohet nga një hark (çelsat e vajit) ose materiale të ngurta gjeneruese të gazit (shpërthimi i autogazit). Është më efikase të fryhet me ajër të ftohtë dhe jo-jonizues që vjen nga cilindra të veçantë të ajrit të kompresuar (çelsat e ajrit).

3. Thyerja e shumëfishtë e qarkut aktual .

Fikja e rrymës së lartë në tensione të larta është e vështirë. Kjo shpjegohet me faktin se në vlera të larta të energjisë hyrëse dhe tensionit të rikuperimit, deionizimi i hendekut të harkut bëhet më i ndërlikuar. Prandaj, në ndërprerësit e tensionit të lartë, përdoren ndërprerje të shumëfishta të harkut në secilën fazë (Fig. 6). Ndërprerës të tillë qarku kanë disa pajisje fikëse të dizajnuara për një pjesë të rrymës së vlerësuar. fije. Numri i ndërprerjeve për fazë varet nga lloji i ndërprerësit dhe voltazhi i tij. Në ndërprerësit 500-750 kV, mund të ketë 12 ndërprerje ose më shumë. Për të lehtësuar shuarjen e harkut, voltazhi i rivendosjes duhet të shpërndahet në mënyrë të barabartë midis ndërprerjeve. Në fig. 6 tregon në mënyrë skematike një ndërprerës vaji me dy ndërprerje për fazë.

Kur një qark i shkurtër njëfazor është i fikur, voltazhi i rikuperimit do të shpërndahet midis ndërprerjeve si më poshtë:

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

ku U 1 ,U 2 - sforcimet e aplikuara në ndërprerjen e parë dhe të dytë; ME 1 - kapaciteti midis kontakteve të këtyre boshllëqeve; C 2 - kapaciteti i sistemit të kontaktit në lidhje me tokën.

Oriz. 6. Shpërndarja e tensionit gjatë ndërprerjeve në ndërprerësin: a - shpërndarja e tensionit mbi ndërprerjet në ndërprerësin e vajit; b - ndarësit e tensionit kondensativ; c - ndarësit e tensionit aktiv.

Sepse ME 2 dukshëm më shumë C 1, pastaj tensioni U 1 > U 2 dhe, për rrjedhojë, pajisjet e fikjes do të funksionojnë në kushte të ndryshme. Për të barazuar tensionin, kondensatorët ose rezistenca aktive lidhen paralelisht me kontaktet kryesore të ndërprerësit (GK) (Fig. 16, b, v). Vlerat e kapaciteteve dhe rezistencave aktive të shuntit zgjidhen në mënyrë që voltazhi në të gjithë ndërprerjet të shpërndahet në mënyrë të barabartë. Në ndërprerësit me rezistenca shunt, pas shuarjes së harkut midis GC, rryma shoqëruese, e kufizuar në vlerë nga rezistencat, prishet nga kontaktet ndihmëse (AC).

Rezistencat e shunt zvogëlojnë shkallën e rritjes së tensionit të rikuperimit, duke e bërë më të lehtë shuarjen e harkut.

4. Shuarja e harkut në vakum .

Një gaz shumë i rrallë (10-6-10-8 N/cm2) ka një forcë elektrike dhjetë herë më të madhe se një gaz në presionin atmosferik. Nëse kontaktet hapen në vakum, atëherë menjëherë pas kalimit të parë të rrymës në hark përmes zeros, forca e hendekut rikthehet dhe harku nuk ndizet përsëri.

5. Shuarja e harkut në gazrat me presion të lartë .

Ajri me një presion prej 2 MPa ose më shumë ka një forcë të lartë elektrike. Kjo bën të mundur krijimin e pajisjeve mjaft kompakte për shuarjen e harkut në një atmosferë me ajër të kompresuar. Edhe më efektiv është përdorimi i gazeve me forcë të lartë, si heksafluoridi i squfurit SF6 (SF6). SF6 ka jo vetëm forcë më të madhe elektrike se ajri dhe hidrogjeni, por edhe veti më të mira të shuarjes së harkut edhe në presionin atmosferik.

Kur ndërroni pajisjet elektrike ose valët në qark midis pjesëve që mbartin rrymë, mund të shfaqet një hark elektrik. Mund të përdoret për qëllime të dobishme teknologjike dhe në të njëjtën kohë të jetë i dëmshëm për pajisjet. Aktualisht, inxhinierët kanë zhvilluar një sërë metodash për të luftuar dhe përdorur harkun elektrik për qëllime të dobishme. Në këtë artikull, ne do të shohim se si ndodh, pasojat dhe shtrirja e tij.

Formimi i harkut, struktura dhe vetitë e tij

Imagjinoni që po bëjmë një eksperiment në një laborator. Ne kemi dy përçues, për shembull, gozhdë metalike. Ne i vendosim ato me një majë me njëra-tjetrën në një distancë të shkurtër dhe lidhim telat e një burimi të tensionit të rregullueshëm me thonjtë. Nëse rritni gradualisht tensionin e burimit të energjisë, atëherë në një vlerë të caktuar do të shohim shkëndija, pas së cilës formohet një shkëlqim i qëndrueshëm i ngjashëm me rrufenë.

Kështu, procesi i formimit të tij mund të vërehet. Shkëlqimi që formohet midis elektrodave është plazma. Në fakt, ky është harku elektrik ose rrjedha e rrymës elektrike përmes mediumit të gaztë midis elektrodave. Në figurën më poshtë shihni strukturën e tij dhe karakteristikat e tensionit aktual:

Dhe këtu janë temperaturat e përafërta:

Pse ndodh një hark elektrik?

Gjithçka është shumë e thjeshtë, ne kemi konsideruar në artikullin rreth, si dhe në artikullin rreth, që nëse ndonjë trup përçues (për shembull, një gozhdë çeliku) futet në një fushë elektrike, ngarkesat do të fillojnë të grumbullohen në sipërfaqen e saj. Për më tepër, sa më e vogël të jetë rrezja e lakimit të sipërfaqes, aq më shumë ato grumbullohen. Me fjalë të thjeshta, ngarkesat grumbullohen në majë të gozhdës.

Midis elektrodave tona, ajri është një gaz. Nën veprimin e një fushe elektrike, ajo jonizohet. Si rezultat i gjithë kësaj, krijohen kushtet për formimin e një harku elektrik.

Tensioni në të cilin ndodh një hark varet nga mediumi specifik dhe gjendja e tij: presioni, temperatura dhe faktorë të tjerë.

Interesante: sipas një versioni, ky fenomen quhet i tillë për shkak të formës së tij. Fakti është se në procesin e djegies së shkarkimit, ajri ose gazi tjetër që e rrethon nxehet dhe ngrihet, si rezultat i të cilit një formë drejtvizore shtrembërohet dhe shohim një hark ose hark.

Për të ndezur harkun, është e nevojshme ose të kapërcehet tensioni i prishjes së mediumit midis elektrodave, ose të prishet qarku elektrik. Nëse ka një induktivitet të madh në qark, atëherë, sipas ligjeve të komutimit, rryma në të nuk mund të ndërpritet menjëherë, ajo do të vazhdojë të rrjedhë. Në këtë drejtim, voltazhi midis kontakteve të shkëputura do të rritet, dhe harku do të digjet derisa voltazhi të zhduket dhe energjia e akumuluar në fushën magnetike të induktorit të shpërndahet.

Konsideroni kushtet e ndezjes dhe djegies:

Duhet të ketë ajër ose gaz tjetër midis elektrodave. Për të kapërcyer tensionin e prishjes së mediumit, kërkohet një tension i lartë prej dhjetëra mijëra volt - kjo varet nga distanca midis elektrodave dhe faktorëve të tjerë. Për të ruajtur harkun, mjaftojnë 50-60 volt dhe një rrymë prej 10 amperësh ose më shumë. Vlerat specifike varen nga mjedisi, forma e elektrodave dhe distanca midis tyre.

Dëmtoni dhe luftoni kundër tij

Ne shqyrtuam shkaqet e shfaqjes së një harku elektrik, tani le të kuptojmë se çfarë dëmi shkakton dhe si ta shuajmë atë. Harku elektrik dëmton pajisjet komutuese. A e keni vënë re se nëse ndizni një pajisje elektrike të fuqishme në rrjet dhe pas një kohe e hiqni spinën nga priza, shfaqet një blic i vogël. Ky hark formohet midis kontakteve të prizës dhe prizës si rezultat i një ndërprerjeje në qarkun elektrik.

E rëndësishme! Gjatë djegies së një harku elektrik, lëshohet shumë nxehtësi, temperatura e djegies së tij arrin vlerat më shumë se 3000 gradë Celsius. Në qarqet e tensionit të lartë, gjatësia e harkut arrin një metër ose më shumë. Ekziston rreziku i dëmtimit të shëndetit të njeriut dhe gjendjes së pajisjes.

E njëjta gjë ndodh në çelsat e dritës, pajisje të tjera komutuese, duke përfshirë:

• çelsat automatike;
• starters magnetike;
• kontaktorë dhe më shumë.

Në pajisjet që përdoren në rrjetet 0.4 kV, përfshirë ato të zakonshme 220 V, përdoren pajisje speciale mbrojtëse - kanale harku. Ato janë të nevojshme për të reduktuar dëmin e shkaktuar në kontakte.

Në përgjithësi, kanali i harkut është një grup ndarjesh përçuese të një konfigurimi dhe forme të veçantë, të fiksuara me mure të materialit dielektrik.

Kur hapen kontaktet, plazma e formuar përkulet drejt dhomës së shuarjes së harkut, ku ndahet në pjesë të vogla. Si rezultat, ftohet dhe shuhet.

Në rrjetet e tensionit të lartë, përdoren ndërprerësit e naftës, vakumit, gazit. Në një ndërprerës vaji, amortizimi ndodh duke ndërruar kontaktet në një banjë vaji. Kur një hark elektrik digjet në vaj, ai dekompozohet në hidrogjen dhe gazra. Rreth kontakteve formohet një flluskë gazi, e cila tenton të largohet nga dhoma me shpejtësi të lartë dhe harku ftohet, pasi hidrogjeni ka përçueshmëri të mirë termike.

Ndërprerësit me vakum nuk jonizojnë gazrat dhe nuk ka kushte për hark. Ka edhe çelësa të mbushur me gaz me presion të lartë. Kur formohet një hark elektrik, temperatura në to nuk rritet, presioni rritet dhe për shkak të kësaj zvogëlohet jonizimi i gazeve ose ndodh dejonizimi. Ata konsiderohen një drejtim premtues.

Ndërrimi në zero AC është gjithashtu i mundur.

Aplikim i dobishëm

Fenomeni i konsideruar ka gjetur gjithashtu një numër aplikimesh të dobishme, për shembull:

Tani e dini se çfarë është një hark elektrik, çfarë e shkakton këtë fenomen dhe aplikimet e mundshme. Shpresojmë që informacioni i dhënë ishte i qartë dhe i dobishëm për ju!

Materiale