電気アークとその特徴

電気アーク — 2 つの電極間のガスを通した電気の通過。そのうちの 1 つは電子源 (陰極) です。電極は、電気回路の任意のセクションで終端するワイヤです。

陰極から大量の電子が放出されると、電極間のガスが強力に電離し、電極間に大電流が流れることが可能になります。

従来のガス放電とは異なり、電気アークの特徴は、低電圧で燃焼できることです。

電気アークはサンクトペテルブルクの物理学者によって発見された V.V.ペトロフ 1802 年に発見され、テクノロジーにおける重要な用途が発見されました。

電気アークは、高電流密度、高温、高いガス圧力、およびアークギャップ全体での低い電圧降下を特徴とする放電の一種です。この場合、いわゆる電極が形成される電極（接点）の集中的な加熱が行われます。陰極スポットと陽極スポット。陰極の輝きは小さな明るいスポットに集中し、反対側の電極の白熱部分が陽極スポットを形成します。

虹の中に 3 つの領域が見られますが、それらはそこで行われているプロセスの性質が大きく異なります。アークの負極 (カソード) のすぐ近くには、カソード電圧降下領域があります。次はプラズマアークバレルです。正極 (アノード) のすぐ近くには、アノード電圧降下領域があります。これらの領域を図に模式的に示します。 1.

米。 1. 電気アークの構造

図中のカソードおよびアノードの電圧降下領域のサイズは大幅に誇張されています。実際には、その長さは非常に短く、たとえば、陰極電圧降下の長さは電子の自由運動の経路程度です (1 ミクロン未満)。アノード電圧降下領域の長さは通常、この値よりわずかに長くなります。

通常の状態では、空気は優れた断熱材です。したがって、1 cm のエアギャップを破るのに必要な電圧は 30 kV です。エアギャップが導体となるためには、その中に一定濃度の荷電粒子（電子とイオン）を生成する必要があります。

電気アークが発生するしくみ

電気アークは、荷電粒子の流れであり、接触分離の最初の瞬間に、アークギャップのガス内に存在する自由電子と陰極の表面から放出された電子の結果として発生します。接点間のギャップにある自由電子は、電界の力の作用によりカソードからアノードの方向に高速で移動します。

接触ギャップの始まりにおける電界の強さは、1 センチメートルあたり数千キロボルトに達することがあります。この場の力の作用により、電子は陰極の表面から引き出され、陽極に移動し、そこから電子を叩き出し、電子雲を形成します。このようにして生成された電子の初期の流れにより、アークギャップの強力なイオン化がさらに形成されます。

イオン化プロセスに加えて、脱イオン化プロセスもアーク内で並行して連続的に発生します。脱イオン化のプロセスは、異なる符号の 2 つのイオン、または陽イオンと電子が互いに近づくと、それらが引き付けられ、衝突して中和され、さらに荷電粒子が魂の燃焼ゾーンから移動し、より多くのエネルギーを放出するという事実にあります。 - 電荷濃度が低い環境における電荷濃度が高い。これらすべての要因により、アークの温度が低下し、アークが冷却され、消滅します。

米。 2. 電気アーク

点火後のアーク

定常燃焼モードでは、イオン化と脱イオン化のプロセスが平衡状態にあり、同量の自由な正と負の電荷を持つアークバレルは、高度なガスイオン化を特徴とします。

イオン化度が 1 に近い物質、つまり中性の原子や分子が存在しないものをプラズマといいます。

電気アークには次のような特徴があります。

1. アークシャフトと環境との間に明確に定義された境界。

2. アークバレル内部の高温は 6000 ～ 25000K に達します。

3. 高電流密度と発光管 (100 ～ 1000 A/mm2)。

4. 陽極および陰極の電圧降下の値は小さく、実際には電流に依存しません（10 - 20 V）。

電気アークの電流電圧特性

DC アークの主な特性は、電流に対するアーク電圧の依存性であり、これは電流電圧 (VAC) 特性と呼ばれます。

アークは、点火電圧 Uz と呼ばれる特定の電圧 (図 3) で接点間で発生します。この電圧は、接点間の距離、環境の温度と圧力、接点の分離速度に応じて異なります。アーク消弧電圧 Ug は常にストレス U3 を軽減します。

米。 3. 直流アークの電流電圧特性（a）とその等価回路（b）

曲線 1 はアークの静的特性です。電流をゆっくりと変化させることによって得られます。特性は落ちキャラです。電流が増加すると、アーク電圧は減少します。これは、電流が増加するにつれてアークギャップの抵抗がより速く減少することを意味します。

ある速度でアーク電流が I1 からゼロに減少し、同時にアークに沿った電圧降下が固定されると、曲線 2 と曲線 3 が得られます。これらの曲線は動的特性と呼ばれます。

電流が速く減少するほど、動的 I - V 特性は低くなります。これは、電流が減少すると、バレルの断面、温度などのアークのパラメータがすぐに変化して、より低い電流値に対応する値を取得する時間がないという事実によるものです。定常状態。

アークギャップ電圧降下:

Ud = Usc + EdId、

ここで、Us = Udo + Ua — 電極付近の電圧降下、Ed — アーク内の縦方向の電圧勾配、ID — アークの長さ。

この式から、アーク長が増加すると、アーク両端の電圧降下が増加し、I - V 特性がより高い位置に配置されることがわかります。

彼らは、電気スイッチングデバイスの設計におけるアーク放電を扱います。電気アークの特性は次のように使用されます。 電気アーク溶接の設備 そしてで アーク溶解炉.