Elektros lankas gali būti labai žalingas įrangai ir, dar svarbiau, pavojingas žmonėms. Kiekvienais metais įvyksta nerimą keliančių nelaimingų atsitikimų skaičius, dėl kurio įvyksta jis, dažnai baigiantis sunkiais nudegimais arba mirtimi. Laimei, elektros pramonėje padaryta didelė pažanga kuriant apsaugos nuo lanko priemones ir metodus.

Priežastys ir atsiradimo vietos

Elektros lankas yra vienas iš mirtiniausių ir mažiausiai suprantamų elektros pavojų ir yra paplitęs daugelyje pramonės šakų. Visuotinai pripažįstama, kad kuo aukštesnė elektros sistemos įtampa, tuo didesnė rizika žmonėms, dirbantiems prie įtampingųjų laidų ir įrangos arba šalia jų.

Tačiau lanko blykstės šiluminė energija iš tikrųjų gali būti didesnė ir dažniau atsirasti esant žemesnei įtampai, o pasekmės yra tokios pat.

Elektros lankas dažniausiai atsiranda, kai atsitiktinis kontaktinis laidininkas, pvz., troleibuso ar tramvajaus linijos kontaktinis laidas, susiliečia su kitu laidininku arba įžemintu paviršiumi.

Kai taip nutinka, susidariusi trumpojo jungimo srovė išlydo laidus, jonizuoja orą ir sukuria ugningą laidžios plazmos kanalą, turintį būdingą lanko formą (iš čia ir pavadinimas), o elektros lanko temperatūra jo šerdyje gali siekti daugiau nei 20 000 °C.

Kas yra elektros lankas?

Tiesą sakant, tai yra bendras lankinio išlydžio pavadinimas, gerai žinomas fizikoje ir elektrotechnikoje – nepriklausomos elektros iškrovos dujose tipas. Kas yra fizines savybes elektros lankas? Jis dega įvairiuose dujų slėgio diapazonuose, esant pastoviai arba kintamajai (iki 1000 Hz) įtampai tarp elektrodų nuo kelių voltų (suvirinimo lanko) iki dešimčių kilovoltų. Didžiausias lanko srovės tankis stebimas prie katodo (10 2 -10 8 A/cm 2), kur jis susitraukia į katodo tašką, labai šviesų ir mažo dydžio. Jis juda atsitiktinai ir nuolat per visą elektrodo plotą. Jo temperatūra tokia, kad katodo medžiaga jame užvirtų. Todėl yra idealios sąlygos termoelektronų emisijai į katodo erdvę. Virš jo susidaro nedidelis sluoksnis, įkraunamas teigiamai ir užtikrinantis išspinduliuojamų elektronų pagreitį iki greičio, kuriuo jie atsitrenkia į terpės atomus ir molekules tarpelektrodiniame tarpelyje.

Ta pati vieta, bet šiek tiek didesnė ir mažiau judri, susidaro ant anodo. Temperatūra jame yra artima katodo taškai.

Jei lanko srovė yra kelių dešimčių amperų dydžio, plazmos purkštukai arba degikliai išteka iš abiejų elektrodų dideliu greičiu, normaliu jų paviršiams (žr. nuotrauką žemiau).

Esant didelėms srovėms (100-300 A), atsiranda papildomų plazmos čiurkšlių, o lankas tampa panašus į plazmos gijų pluoštą (žr. nuotrauką žemiau).

Kaip elektros įrangoje pasireiškia lankas?

Kaip minėta aukščiau, jo atsiradimo katalizatorius yra stiprus šilumos susidarymas katodo vietoje. Elektros lanko temperatūra, kaip jau minėta, gali siekti 20 000 ° C, maždaug keturis kartus aukštesnė nei saulės paviršiuje. Ši šiluma gali greitai ištirpdyti ar net išgarinti laidininkų varį, kurio lydymosi temperatūra yra apie 1084 ° C, daug žemesnė nei lanko. Todėl jame dažnai susidaro vario garai ir išlydyto metalo purslai. Kai varis iš kieto paviršiaus virsta garais, jis išsiplečia iki kelių dešimčių tūkstančių kartų didesnio nei pradinis tūris. Tai prilygsta vieno kubinio centimetro vario gabalėliui, kurio dydis per sekundės dalį pasikeičia į 0,1 kubinio metro. Tai sukurs didelio intensyvumo slėgį ir garso bangas, sklindančias dideliu greičiu (kuris gali viršyti 1100 km per valandą).

Elektros lanko poveikis

Jei taip atsitiktų, sunkiais sužalojimais ir net mirtimi gali susidurti ne tik dirbantys su elektros įrenginiais, bet ir šalia esantys žmonės. Lanko sužalojimai gali būti išoriniai odos nudegimai, vidiniai nudegimai įkvėpus karštų dujų ir išgarinto metalo, klausos pažeidimai, regos pažeidimai, pvz., apakimas nuo ultravioletinės blykstės šviesos, ir daugelis kitų niokojančių sužalojimų.

Dėl ypač galingo lanko jis taip pat gali sprogti, sukurdamas daugiau nei 100 kilopaskalių (kPa) slėgį ir išskirdamas į skeveldras panašias šiukšles iki 300 metrų per sekundę greičiu.

Asmenims, patyrusiems elektros lanko sužalojimus, gali prireikti išsamaus medicininio gydymo ir reabilitacijos, o jų sužalojimų kaina gali būti labai didelė – fiziškai, emociškai ir finansiškai. Nors pagal įstatymą įmonės privalo atlikti visų darbo veiklų rizikos vertinimus, lanko pavojų rizika dažnai nepastebima, nes dauguma žmonių nežino, kaip įvertinti ir efektyviai valdyti pavojų. Apsauga nuo elektros lanko poveikio apima daugybę priemonių, įskaitant naudojimą dirbant su įtampa elektros įranga, specialias elektros apsaugos priemones, specialius drabužius, taip pat pačią įrangą, pirmiausia aukštos žemos įtampos elektros perjungimą. prietaisai, sukurti naudojant lanko gesinimo priemones.

Lankas elektros aparatuose

Šioje elektros prietaisų klasėje ( grandinės pertraukikliai, kontaktoriai, magnetiniai starteriai) kova su šiuo reiškiniu yra ypač svarbi. Atsidarius jungiklio, kuriame nėra specialių įtaisų, apsaugančių nuo lanko, kontaktai, tarp jų būtinai užsidega.

Tuo metu, kai kontaktai pradeda atsiskirti, pastarųjų plotas greitai mažėja, o tai lemia srovės tankio padidėjimą ir atitinkamai temperatūros padidėjimą. Tarpe tarp kontaktų susidarančios šilumos (įprasta terpė – alyva arba oras) pakanka orui jonizuoti arba alyvai išgaruoti ir jonizuoti. Jonizuotas oras arba garai veikia kaip lanko srovės laidininkas tarp kontaktų. Potencialų skirtumas tarp jų labai mažas, bet jo pakanka lankui palaikyti. Vadinasi, srovė grandinėje išlieka nenutrūkstama tol, kol pašalinamas lankas. Tai ne tik atitolina pertraukimo procesą, bet ir sukuria didžiulį šilumos kiekį, kuris gali sugadinti patį pertraukiklį. Taigi pagrindinė jungiklio (pirmiausia aukštos įtampos jungiklio) problema yra per trumpiausią įmanomą laiką užgesinti elektros lanką, kad jame susidaranti šiluma nepasiektų pavojingos vertės.

Lanko tarp jungiklio kontaktų palaikymo veiksniai

Jie apima:

2. Tarp jų esančios jonizuotos dalelės.

Priimdami tai, papildomai pažymime:

• Kai tarp kontaktų yra nedidelis tarpelis, lankui palaikyti pakanka net ir nedidelio potencialų skirtumo. Vienas iš būdų jį užgesinti – atskirti kontaktus tokiu atstumu, kad potencialų skirtumo nepakaktų lankui palaikyti. Tačiau šis metodas nėra praktiškas aukštos įtampos įrenginiuose, kur gali reikėti atskirti daugiau nei daug metrų.
• Jonizuotos dalelės tarp kontaktų linkusios palaikyti lanką. Jei jo kelias yra dejonizuotas, gesinimo procesas bus palengvintas. Tai galima pasiekti aušinant lanką arba pašalinant jonizuotas daleles iš erdvės tarp kontaktų.
• Yra du būdai, kaip grandinės pertraukikliuose užtikrinama lanko apsauga:

Didelio atsparumo metodas;

Nulinės srovės metodas.

Lanko gesinimas padidinant jo atsparumą

Taikant šį metodą, atsparumas lanko kelyje laikui bėgant didėja, todėl srovė sumažėja iki vertės, kurios nepakanka jai palaikyti. Dėl to jis nutrūksta ir elektros lankas užgęsta. Pagrindinis šio metodo trūkumas yra tai, kad išnykimo laikas yra gana ilgas, o milžiniška energija turi laiko išsklaidyti lanku.

Atsparumas lankui gali būti padidintas:

• Lanko pailgėjimas – lanko varža yra tiesiogiai proporcinga jo ilgiui. Lanko ilgį galima padidinti keičiant tarpą tarp kontaktų.
• Lanko, tiksliau terpės tarp kontaktų, aušinimas. Efektyvus aušinimas oro srautas turi būti nukreiptas išilgai lanko.
• Pastačius kontaktus į sunkiai jonizuojamą dujų aplinką (dujų jungikliai) arba į vakuuminę kamerą (vakuuminiai jungikliai).
• Lanko skerspjūvio sumažinimas, praleidžiant jį per siaurą skylę, arba sumažinant kontaktinį plotą.
• Padalijus lanką – jo varžą galima padidinti padalinus į keletą nuosekliai sujungtų mažų lankų. Kiekvienas iš jų patiria pailgėjimo ir aušinimo veiksmą. Lanką galima padalyti tarp kontaktų įdedant keletą laidžių plokščių.

Lanko išnykimas naudojant nulinės srovės metodą

Šis metodas naudojamas tik kintamosios srovės grandinėse. Jis palaiko mažą lanko varžą, kol srovė nukrenta iki nulio, kur ji natūraliai užgęsta. Nepaisant padidėjusios įtampos kontaktuose, neleidžiama pakartotinai užsidegti. Visi šiuolaikiniai didelės kintamosios srovės jungikliai naudoja šį lanko gesinimo būdą.

Kintamosios srovės sistemoje pastaroji nukrenta iki nulio po kiekvieno pusės ciklo. Kiekvieno tokio atstatymo metu lankas trumpam užgęsta. Šiuo atveju terpėje tarp kontaktų yra jonų ir elektronų, todėl jos dielektrinis stipris yra mažas ir gali būti lengvai sunaikintas didinant įtampą kontaktuose.

Jei taip atsitiks, elektros lankas degs kitą pusę srovės ciklo. Jei iš karto po jo atstatymo į nulį terpės tarp kontaktų dielektrinė stipris padidės greičiau nei įtampa per juos, tada lankas neužsilieps ir srovė nutrūks. Greitai padidinti terpės dielektrinį stiprumą, artimą nulinei srovei, galima pasiekti:

• jonizuotų dalelių rekombinacija erdvėje tarp kontaktų į neutralias molekules;
• pašalinant jonizuotas daleles ir pakeičiant jas neutraliomis dalelėmis.

Taigi, tikroji kintamosios srovės lanko srovės nutraukimo problema yra greita terpės tarp kontaktų dejonizacija, kai tik srovė tampa lygi nuliui.

Terpės tarp kontaktų dejonizacijos metodai

1. Tarpo pailginimas: terpės dielektrinis stipris yra proporcingas tarpo tarp kontaktų ilgiui. Taigi, greitai atidarius kontaktus, galima pasiekti didesnį terpės dielektrinį stiprumą.

2. Aukštas kraujospūdis. Jei jis didėja prie pat lanko, dalelių, sudarančių lanko iškrovos kanalą, tankis taip pat didėja. Padidėjęs dalelių tankis veda prie aukštas lygis didėja jų dejonizacija ir atitinkamai terpės tarp kontaktų dielektrinis stipris.

3. Aušinimas. Natūrali jonizuotų dalelių rekombinacija vyksta greičiau, kai jos vėsta. Taigi, aušinant lanką, galima padidinti terpės tarp kontaktų dielektrinį stiprumą.

4. Sprogimo efektas. Jei tarp kontaktų esančios jonizuotos dalelės nušluojamos ir pakeičiamos nejonizuotomis, galima padidinti terpės dielektrinį stiprumą. Tai galima pasiekti naudojant dujų sprogimą, nukreiptą į išleidimo zoną, arba įpurškiant alyvą į kontaktinę erdvę.

Šiuose jungikliuose kaip lanko gesinimo terpė naudojamos sieros heksafluorido (SF6) dujos. Jis turi stiprią tendenciją sugerti laisvuosius elektronus. Jungiklio kontaktai atsidaro esant aukštam SF6 slėgio srautui tarp jų (žr. paveikslėlį žemiau).

Dujos užfiksuoja lanku laisvuosius elektronus ir sudaro mažo judrumo neigiamų jonų perteklių. Elektronų skaičius lanke greitai sumažėja ir jis užgęsta.

Elektros lankas (voltinis lankas, lanko išlydis) – fizikinis reiškinys, vienas iš elektros iškrovos dujose rūšių.

Lanko struktūra

Elektros lankas susideda iš katodo ir anodo sričių, lanko kolonėlės ir pereinamųjų sričių. Anodo srities storis yra 0,001 mm, katodo sritis yra apie 0,0001 mm.

Temperatūra anodinėje srityje, kai suvirinama sunaudojamuoju elektrodu, yra apie 2500 ... 4000 ° C, temperatūra lanko stulpelyje yra nuo 7 000 iki 18 000 ° C, katodo srityje - 9 000 - 12 000 ° C.

Lanko kolona yra elektra neutrali. Bet kurioje jo sekcijoje yra tiek pat priešingų ženklų įkrautų dalelių. Įtampos kritimas lanko stulpelyje yra proporcingas jo ilgiui.

Suvirinimo lankai klasifikuojami pagal:

• Elektrodų medžiagos - su vartojamuoju ir nevartojančiu elektrodu;
• Stulpelio suspaudimo laipsniai - laisvas ir suspaustas lankas;
• Pagal naudojamą srovę - nuolatinės srovės lankas ir kintamosios srovės lankas;
• Pagal konstantos poliškumą elektros srovė- tiesioginis poliškumas ("-" ant elektrodo, "+" - ant gaminio) ir atvirkštinis poliškumas;
• Naudojant kintamąją srovę - vienfaziai ir trifaziai lankai.

Lanko savireguliavimas elektrinio suvirinimo metu

Atsiradus išorinei kompensacijai – pasikeitus tinklo įtampai, vielos padavimo greičiui ir pan. – atsiranda nusistovėjusios padavimo greičio ir lydymosi greičio pusiausvyros sutrikimas. Didėjant lanko ilgiui grandinėje, suvirinimo srovė ir elektrodo vielos lydymosi greitis mažėja, o padavimo greitis, nors ir išlieka pastovus, tampa didesnis už lydymosi greitį, dėl ko atstatomas lanko ilgis. Mažėjant lanko ilgiui, vielos lydymosi greitis tampa didesnis nei padavimo greitis, todėl atkuriamas normalus lanko ilgis.

Lanko savireguliacijos proceso efektyvumui didelę įtaką daro maitinimo šaltinio srovės-įtampos charakteristikos forma. Didelis lanko ilgio svyravimų greitis apdorojamas automatiškai su standžiomis I-V grandinės charakteristikomis.

Kova su elektros lanku

Kai kuriuose įrenginiuose elektros lanko reiškinys yra žalingas. Tai pirmiausia kontaktiniai perjungimo įtaisai, naudojami maitinimo šaltiniuose ir elektros pavarose: aukštos įtampos jungikliai, automatiniai jungikliai, kontaktoriai, sekciniai izoliatoriai elektrifikuotų įrenginių kontaktiniame tinkle. geležinkeliai ir miesto elektrinis transportas. Kai apkrovos atjungiamos aukščiau nurodytais įtaisais, tarp atidaromų kontaktų susidaro lankas.

Lanko atsiradimo mechanizmas tokiu atveju Kitas:

• Mažinamas kontaktinis slėgis – mažėja kontaktinių taškų skaičius, padidėja pasipriešinimas kontaktiniame bloke;
• Kontaktų nukrypimo pradžia - „tiltų“ susidarymas iš išlydyto kontaktų metalo (paskutiniuose kontaktiniuose taškuose);
• „Tiltų“ plyšimas ir išgarinimas iš išlydyto metalo;
• Elektros lanko susidarymas metalo garuose (tai prisideda prie didesnės kontaktinio tarpo jonizacijos ir lanko gesinimo sunkumų);
• Stabilus lanko degimas su greitu kontaktų perdegimu.

Kad būtų kuo mažiau pažeisti kontaktai, reikia užgesinti lanką per minimalų laiką, dedant visas pastangas, kad lankas neliktų vienoje vietoje (lankui judant, jame išsiskirianti šiluma tolygiai pasiskirstys kontakto korpuse ).

Siekiant patenkinti aukščiau nurodytus reikalavimus, naudojami šie lanko valdymo metodai:

• lanko aušinimas aušinimo terpės - skysčio srautu (alyvos jungiklis); dujos - (oro grandinės pertraukiklis, autodujų grandinės pertraukiklis, alyvos grandinės pertraukiklis, SF6 dujų grandinės pertraukiklis), o aušinimo terpės srautas gali eiti tiek išilgai lanko veleno (išilginis gesinimas), tiek skersai (skersinis gesinimas); kartais naudojamas išilginis-skersinis slopinimas;
• Vakuuminio lanko gesinimo galimybės panaudojimas – žinoma, kad sumažinus dujų, supančių įjungtus kontaktus, slėgį iki tam tikros vertės, vakuuminis grandinės pertraukiklis efektyviai užgesina lanką (dėl to, kad nėra laikiklių lanko formavimas).
• lankui atsparesnės kontaktinės medžiagos naudojimas;
• kontaktinės medžiagos, turinčios didesnį jonizacijos potencialą, naudojimas;
• lanko gesinimo tinklelių (grandinės pertraukiklio, elektromagnetinio jungiklio) naudojimas. Lanko gesinimo ant grotelių naudojimo principas grindžiamas beveik katodo kritimo lanke efekto naudojimu (didžiąją dalį įtampos kritimo lanke sudaro įtampos kritimas prie katodo; lanko gesinimo grotelės iš tikrųjų yra seka nuoseklieji lanko kontaktai).
• naudojimas

2.1. SUVIRINIMO LANKO POBŪDIS

Elektros lankas yra viena iš elektros išlydžių dujose rūšių, kai stebimas elektros srovės praėjimas per dujų tarpą veikiant elektriniam laukui. Elektros lankas, naudojamas metalams suvirinti, vadinamas suvirinimo lanku. Lankas yra elektros suvirinimo grandinės dalis ir joje nukrenta įtampa. Suvirinant nuolatine srove, elektrodas, prijungtas prie lankinio maitinimo šaltinio teigiamo poliaus, vadinamas anodu, o prie neigiamo poliaus – katodu. Jei suvirinimas atliekamas naudojant kintamąją srovę, kiekvienas elektrodas pakaitomis yra anodas ir katodas.

Tarpas tarp elektrodų vadinamas lanko plotu arba lanko tarpu. Lanko tarpo ilgis vadinamas lanko ilgiu. IN normaliomis sąlygomisžemoje temperatūroje dujos susideda iš neutralių atomų ir molekulių ir neturi elektros laidumo. Elektros srovės perėjimas per dujas įmanomas tik tuo atveju, jei jose yra įkrautų dalelių – elektronų ir jonų. Įkrautų dujų dalelių susidarymo procesas vadinamas jonizacija, o pačios dujos – jonizuotomis. Įkrautų dalelių atsiradimą lanko tarpelyje sukelia elektronų emisija (emisija) nuo neigiamo elektrodo (katodo) paviršiaus ir tarpelyje esančių dujų bei garų jonizacija. Tarp elektrodo ir suvirinimo objekto degantis lankas yra tiesioginis lankas. Toks lankas paprastai vadinamas laisvuoju lanku, priešingai nei suspaustas lankas, kurio skerspjūvis priverstinai mažinamas dėl degiklio antgalio, dujų srauto ir elektromagnetinio lauko. Lankas sužadinamas taip. Kai įvyksta trumpasis jungimas, elektrodas ir dalys, kuriose jie liečiasi su paviršiais, įkaista. Atidarius elektrodus nuo įkaitusio katodo paviršiaus, išspinduliuojami elektronai – elektronų emisija. Elektronų išeiga pirmiausia siejama su terminiu efektu (termionine emisija) ir didelio intensyvumo elektrinio lauko buvimu katode (lauko emisija). Elektronų emisija iš katodo paviršiaus yra būtina lankinio išlydžio egzistavimo sąlyga.

Išilgai lanko tarpo ilgio lankas skirstomas į tris sritis (2.1 pav.): katodą, anodą ir tarp jų esantį lanko stulpelį.

Katodo sritis apima šildomą katodo paviršių, vadinamą katodo tašku, ir šalia jo esančią lanko tarpo dalį. Katodo srities ilgis mažas, tačiau jai būdinga padidėjusi įtampa ir joje vykstantys elektronų gavimo procesai, kurie būtina sąlyga dėl lankinio išlydžio egzistavimo. Plieninių elektrodų katodo taškinė temperatūra siekia 2400-2700 °C. Jis išsiskiria iki 38 proc. bendros šilumos lankai. Pagrindinis fizinis procesas šioje srityje yra elektronų emisija ir elektronų pagreitis. Įtampos kritimas IR katodo srityje yra apie 12-17 V.

Anodo sritis susideda iš anodo dėmės ant anodo paviršiaus ir dalies lanko tarpo, esančio šalia jo. Srovę anodo srityje lemia elektronų srautas, einantis iš lanko kolonėlės. Anodo taškas yra laisvųjų elektronų patekimo ir neutralizavimo vieta anodo medžiagoje. Jo temperatūra yra maždaug tokia pati kaip katodo taško, tačiau dėl elektronų bombardavimo ant jo išsiskiria daugiau šilumos nei ant katodo. Anodo sričiai taip pat būdinga padidėjusi įtampa. Įtampos kritimas Ua jame yra 2-11 V. Šios srities apimtis taip pat nedidelė.

Lanko stulpelis užima didžiausią lanko tarpo dalį, esančią tarp katodo ir anodo sričių. Pagrindinis įkrautų dalelių susidarymo procesas čia yra dujų jonizacija. Šis procesas vyksta dėl įkrautų (pirmiausia elektronų) ir neutralių dujų dalelių susidūrimo. Esant pakankamai susidūrimo energijos, iš dujų dalelių išmušami elektronai ir susidaro teigiami jonai. Ši jonizacija vadinama susidūrimo jonizacija. Susidūrimas gali įvykti be jonizacijos, tada susidūrimo energija išsiskiria šilumos pavidalu ir eina į lanko kolonėlės temperatūros padidėjimą. Lanko stulpelyje susidariusios įkrautos dalelės juda į elektrodus: elektronai į anodą, jonai į katodą. Dalis teigiamų jonų pasiekia katodo tašką, o kita dalis – ne, o pridėjus prie savęs neigiamo krūvio elektronus, jonai tampa neutraliais atomais.

Šis dalelių neutralizavimo procesas vadinamas rekombinacija. Lanko stulpelyje visomis degimo sąlygomis stebima stabili pusiausvyra tarp jonizacijos ir rekombinacijos procesų. Apskritai, lanko stulpelis neturi jokio mokesčio. Jis yra neutralus, nes kiekviename jo skyriuje vienu metu yra vienodas priešingai įkrautų dalelių skaičius. Lanko kolonėlės temperatūra siekia 6000-8000 °C ar daugiau. Įtampos kritimas jame (Uc) kinta beveik tiesiškai išilgai ilgio ir didėja didėjant stulpelio ilgiui. Įtampos kritimas priklauso nuo dujinės terpės sudėties ir mažėja, kai į ją patenka lengvai jonizuojamų komponentų. Tokie komponentai yra šarminiai ir šarminių žemių elementai (Ca, Na, K ir kt.). Bendras įtampos kritimas lanke yra Ud=Uk+Ua+Uc. Imant įtampos kritimą lanko stulpelyje tiesinės priklausomybės forma, jį galima pavaizduoti formule Uc=Elc, kur E – įtempimas išilgai, lc – stulpelio ilgis. IR, Ua, E reikšmės praktiškai priklauso tik nuo elektrodų medžiagos ir lanko tarpo terpės sudėties ir, jei jos nesikeičia, išlieka pastovios skirtingos sąlygos suvirinimas Dėl nedidelio katodo ir anodo sričių ploto galima laikyti praktiškai 1s = 1d. Tada gauname išraišką

II)( = a + Н)(, (2.1)

rodantis, kad lanko įtampa tiesiogiai priklauso nuo jo ilgio, kur a = ik + ia; b=E. Nepakeičiama sąlyga norint gauti kokybišką suvirintą jungtį yra stabilus lanko degimas (jo stabilumas). Tuo turime omenyje tokį jo egzistavimo būdą, kuriame lankas ilgas laikas dega esant nurodytoms srovės ir įtampos vertėms, nenutrūkstant ar nepereinant prie kitų tipų iškrovų. Su pastoviu degimu suvirinimo lankas pagrindiniai jo parametrai – srovė ir įtampa – yra tam tikra tarpusavio priklausomybe. Todėl viena iš pagrindinių lankinio išlydžio charakteristikų yra jo įtampos priklausomybė nuo srovės stiprumo esant pastoviam lanko ilgiui. Šios priklausomybės grafinis pavaizdavimas dirbant statiniu režimu (stabilaus lanko degimo būsenoje) vadinamas statine lanko srovės-įtampos charakteristika (2.2 pav.).

Didėjant lanko ilgiui, jo įtampa didėja ir statinės srovės-įtampos charakteristikos kreivė kyla aukščiau, mažėjant lanko ilgiui, jis nukrenta žemiau, kokybiškai išlaikant formą. Statinę charakteristikos kreivę galima suskirstyti į tris sritis: krintantį, kietą ir kylantį. Pirmajame regione dėl srovės padidėjimo smarkiai sumažėja lanko įtampa. Taip yra dėl to, kad didėjant srovės stiprumui didėja lanko kolonėlės skerspjūvio plotas ir jo elektrinis laidumas. Lanko degimas šio regiono režimuose pasižymi mažu stabilumu. Antrame regione srovės stiprumo padidėjimas nėra susijęs su lanko įtampos pasikeitimu. Tai paaiškinama tuo, kad lanko stulpelio ir aktyvių dėmių skerspjūvio plotas kinta proporcingai srovės stiprumui, todėl srovės tankis ir įtampos kritimas lanke išlieka pastovūs. Lankinis suvirinimas su standžia statine charakteristika plačiai naudojamas suvirinimo technologijoje, ypač suvirinant rankiniu būdu. Trečioje srityje, didėjant srovei, įtampa didėja. Taip yra dėl to, kad katodo taško skersmuo tampa lygus elektrodo skersmeniui ir negali toliau didėti, o srovės tankis lanke didėja ir įtampa krenta. Lankas su didėjančiomis statinėmis charakteristikomis plačiai naudojamas automatiniam ir mechanizuotam suvirinimui povandeniniu lanku ir apsauginėmis dujomis naudojant ploną suvirinimo laidą.

Ryžiai. 2.3. Statistinės srovės-įtampos lanko charakteristikos esant skirtingiems elektrodo laido padavimo greičiams: a - mažas greitis; b - vidutinis greitis, c - didelis greitis

Mechanizuotai suvirinant sunaudojamuoju elektrodu, kartais naudojama lankui būdinga statinė srovė-įtampa, imama ne pastovaus ilgio, o pastoviu elektrodo vielos padavimo greičiu (2.3 pav.).

Kaip matyti iš paveikslo, kiekvienas elektrodo vielos padavimo greitis atitinka siaurą srovių diapazoną su stabiliu lanko degimu. Per maža suvirinimo srovė gali sukelti trumpąjį jungimą tarp elektrodo ir ruošinio, o per didelė – smarkiai padidėti įtampa ir nutrūkti.

Perjungiant elektros prietaisai arba viršįtampa grandinėje tarp įtampingųjų dalių, gali atsirasti elektros lankas. Jis gali būti naudojamas naudingais technologiniais tikslais ir tuo pat metu kenkia įrangai. Šiuo metu inžinieriai sukūrė daugybę metodų, kaip kovoti su elektros lankais ir naudoti juos naudingais tikslais. Šiame straipsnyje apžvelgsime, kaip tai atsitinka, jo pasekmes ir taikymo sritį.

Lanko susidarymas, jo struktūra ir savybės

Įsivaizduokime, kad atliekame eksperimentą laboratorijoje. Turime du laidininkus, pavyzdžiui, metalines vinis. Pastatykime juos antgaliais vienas prieš kitą nedideliu atstumu ir prijunkite reguliuojamo įtampos šaltinio laidus prie vinių. Jei palaipsniui didinsime maitinimo šaltinio įtampą, tada prie tam tikros vertės pamatysime kibirkštis, po kurių susidarys stabilus švytėjimas, panašus į žaibą.

Tokiu būdu galite stebėti jo formavimosi procesą. Švytėjimas, kuris susidaro tarp elektrodų, yra plazma. Tiesą sakant, tai yra elektros lankas arba elektros srovės srautas per dujinę terpę tarp elektrodų. Žemiau esančiame paveikslėlyje matote jo struktūrą ir srovės įtampos charakteristikas:

O štai apytikslės temperatūros:

Kodėl susidaro elektros lankas?

Viskas labai paprasta, mes aptarėme straipsnyje apie, taip pat straipsnyje apie tai, kad jei į jį įdedamas koks nors laidus korpusas (pvz., plieninė vinis) elektrinis laukas- ant jo paviršiaus pradės kauptis krūviai. Be to, kuo mažesnis paviršiaus kreivumo spindulys, tuo daugiau jų susikaupia. Paprastais žodžiais tariant, ant nago galiuko kaupiasi krūviai.

Tarp mūsų elektrodų oras yra dujos. Veikiant elektriniam laukui, vyksta jo jonizacija. Dėl viso to susidaro sąlygos elektros lankui susidaryti.

Įtampa, kurioje atsiranda lankas, priklauso nuo konkrečios terpės ir jos būklės: slėgio, temperatūros ir kitų veiksnių.

Įdomus: Remiantis viena versija, šis reiškinys taip vadinamas dėl savo formos. Faktas yra tas, kad degant iškrovai oras ar kitos jį supančios dujos įkaista ir kyla aukštyn, dėl to iškreipiama tiesinė forma ir matome lanką ar arką.

Norėdami uždegti lanką, turite įveikti terpės tarp elektrodų gedimo įtampą arba nutraukti elektros grandinę. Jei grandinėje yra didelis induktyvumas, tai pagal komutavimo dėsnius srovė joje negali būti nutraukta akimirksniu, ji tekės toliau. Atsižvelgiant į tai, padidės įtampa tarp atjungtų kontaktų, o lankas degs tol, kol įtampa išnyks ir energija, sukaupta induktoriaus magnetiniame lauke, bus išsklaidyta.

Apsvarstykite užsidegimo ir degimo sąlygas:

Tarp elektrodų turi būti oro ar kitų dujų. Norint įveikti terpės gedimo įtampą, reikės aukštos įtampos dešimtys tūkstančių voltų – tai priklauso nuo atstumo tarp elektrodų ir kitų veiksnių. Lankui palaikyti pakanka 50–60 voltų ir 10 amperų ar didesnės srovės. Konkrečios vertės priklauso nuo aplinką, elektrodų formos ir atstumai tarp jų.

Žala ir kova su ja

Išnagrinėjome elektros lanko priežastis, dabar išsiaiškinkime, kokią žalą jis sukelia ir kaip jį užgesinti. Elektros lankas pažeidžia perjungimo įrangą. Ar pastebėjote, kad įjungus galingą elektros prietaisą ir po kurio laiko ištraukus kištuką iš lizdo, įvyksta nedidelis blykstelėjimas. Tai lankas, susidarantis tarp kištuko ir lizdo kontaktų dėl elektros grandinės pertraukos.

Svarbu! Kai dega elektros lankas, išsiskiria daug šilumos, jo degimo temperatūra pasiekia daugiau nei 3000 laipsnių Celsijaus. Aukštos įtampos grandinėse lanko ilgis siekia metrą ar daugiau. Kyla pavojus tiek žmonių sveikatai, tiek įrangos būklei.

Tas pats atsitinka su šviesos jungikliais ir kita perjungimo įranga, įskaitant:

• grandinės pertraukikliai;
• magnetiniai starteriai;
• kontaktoriai ir pan.

Įrenginiuose, kurie naudojami 0,4 kV tinkluose, įskaitant įprastus 220 V, jie naudoja specialiomis priemonėmis apsauga – lanko gesinimo kameros. Jie reikalingi siekiant sumažinti kontaktams daromą žalą.

IN bendras vaizdas Lanko latakas yra specialios konfigūracijos ir formos laidžių pertvarų rinkinys, tvirtinamas sienelėmis iš dielektrinės medžiagos.

Atidarius kontaktus, susidariusi plazma pasislenka link lanko gesinimo kameros, kur suskaidoma į mažas dalis. Dėl to jis atvėsta ir užgęsta.

Aukštos įtampos tinkluose naudojami alyvos, vakuuminiai ir dujiniai automatiniai jungikliai. Alyvos jungiklyje gesinimas vyksta perjungiant kontaktus alyvos vonioje. Kai elektros lankas dega alyvoje, jis skyla į vandenilį ir dujas. Aplink kontaktus susidaro dujų burbulas, kuris dideliu greičiu linkęs išeiti iš kameros ir lankas atvėsta, nes vandenilis turi gerą šilumos laidumą.

Vakuuminiuose automatiniuose jungikliuose dujos nejonizuojamos ir nėra sąlygų susidaryti lankui. Taip pat apačioje yra jungikliai, užpildyti dujomis aukštas spaudimas. Susidarius elektros lankui, temperatūra juose nekyla, didėja slėgis ir dėl to mažėja dujų jonizacija arba vyksta dejonizacija. Jie laikomi perspektyvia kryptimi.

Taip pat galimas perjungimas esant nulinei kintamajai srovei.

Naudinga programa

Buvo rastas ir nagrinėjamas reiškinys visa linija naudingos programos, Pavyzdžiui:

Dabar žinote, kas yra elektros lankas, kas sukelia šį reiškinį ir galimas taikymo sritis. Tikimės, kad pateikta informacija jums buvo aiški ir naudinga!

Medžiagos

Elektrinio lankinio suvirinimo principas pagrįstas elektros iškrovos, kuri atsiranda tarp suvirinimo elektrodo ir metalinio ruošinio, temperatūros naudojimu.

Lankinė iškrova susidaro dėl oro tarpo elektrinio gedimo. Pasireiškus šiam reiškiniui, dujų molekulės jonizuojasi, padidėja jų temperatūra, elektrinis laidumas ir pereina į plazmos būseną.

Suvirinimo lanko degimą lydi atleidimas didelis kiekisšviesos ir ypač šiluminės energijos, dėl kurios smarkiai pakyla temperatūra ir atsiranda lokalus ruošinio metalo lydymasis. Tai yra suvirinimas.

Eksploatacijos metu, norint inicijuoti lanko iškrovą, ruošinys trumpam paliečiamas elektrodu, ty sukuriamas trumpas sujungimas po to nutraukiamas metalinis kontaktas ir nustatomas reikiamas oro tarpas. Tokiu būdu jis pasirenkamas optimalus ilgis suvirinimo lankas.

Esant labai trumpam išlydžiui, elektrodas gali prilipti prie ruošinio, lydytis vyksta per intensyviai, o tai gali lemti įdubimą. Ilgas lankas pasižymi degimo nestabilumu ir nepakankamai aukšta temperatūra suvirinimo zonoje.

Eksploatuojant pramoninius suvirinimo įrenginius su gana masyviomis dalimis, dažnai galima pastebėti suvirinimo lanko formos nestabilumą ir matomą lenkimą. Šis reiškinys vadinamas magnetiniu pūtimu.

Jo esmė slypi tame, kad suvirinimo lanko srovė sukuria tam tikrą magnetinį lauką, kuris sąveikauja su masyviu ruošiniu tekančios srovės sukuriamu magnetiniu lauku.

Tai yra, lanko įlinkį sukelia magnetinės jėgos. Šis procesas vadinamas pūtimu, nes lankas nukrypsta, tarsi veikiamas vėjo.

Radikalių būdų kovoti su šiuo reiškiniu nėra. Norint sumažinti magnetinio sprogimo poveikį, naudojamas suvirinimas sutrumpintu lanku, o elektrodas taip pat dedamas tam tikru kampu.

Degimo terpė

Yra keletas skirtingų suvirinimo technologijų, kurios naudoja elektros lanko išlydžius, kurios skiriasi savybėmis ir parametrais. Elektrinis suvirinimo lankas yra šių tipų:

• atviras. Išmetimas vyksta tiesiai į atmosferą;
• uždaryta. Degimo metu susidaranti aukšta temperatūra sukelia gausų dujų išsiskyrimą iš degimo srauto. Fliusas yra suvirinimo elektrodų dangoje;
• apsauginėje dujų aplinkoje. Šiuo atveju į suvirinimo zoną tiekiamos dujos, dažniausiai helis, argonas arba anglies dioksidas.

Suvirinimo zonos apsauga būtina, kad būtų išvengta aktyvios lydančio metalo oksidacijos, veikiant atmosferos deguoniui.

Oksido sluoksnis neleidžia susidaryti ištisinei suvirinimo siūlei, metalas jungties vietoje tampa porėtas, dėl to sumažėja jungties stiprumas ir sandarumas.

Tam tikru mastu pats lankas gali sukurti mikroklimatą degimo zonoje, nes susidaro zona aukštas kraujo spaudimas, užkertant kelią atmosferos oro srautui.

Srauto naudojimas leidžia aktyviau išspausti orą iš suvirinimo zonos. Naudojant apsaugines dujas, tiekiamas esant slėgiui, ši problema beveik visiškai išsprendžiama.

Iškrovimo trukmė

Be apsaugos kriterijų, lanko iškrova klasifikuojama pagal trukmę. Yra procesų, kurių metu lanko degimas vyksta impulsiniu režimu.

Tokiuose įrenginiuose suvirinimas atliekamas trumpais plyšiais. Blyksnio metu temperatūra sugeba pakilti iki vertės, kurios pakanka vietiniam mažos zonos, kurioje susidaro taškinė jungtis, ištirpimui.

Dauguma naudojamų suvirinimo technologijų naudoja gana ilgą lanko degimo laiką. Suvirinimo proceso metu elektrodas nuolat juda išilgai jungiamų kraštų.

Regionas pakilusi temperatūra, kuriant, juda paskui elektrodą. Po persikraustymo suvirinimo elektrodas Dėl to sumažėja lanko iškrova, pravažiuojamo ploto temperatūra, atsiranda suvirinimo baseino kristalizacija ir susidaro stipri suvirinimo siūlė.

Lanko iškrovos struktūra

Lanko išleidimo sritis paprastai yra padalinta į tris dalis. Sritys, esančios prie pat polių (anodo ir katodo), vadinamos atitinkamai anodu ir katodu.

Centrinė lankinio išlydžio dalis, esanti tarp anodo ir katodo sričių, vadinama lanko kolona. Temperatūra suvirinimo lanko zonoje gali siekti kelis tūkstančius laipsnių (iki 7000 °C).

Nors šiluma iki galo neperduoda metalui, jos visiškai pakanka ištirpti. Taigi, plieno lydymosi temperatūra, palyginimui, yra 1300-1500 °C.

Norint užtikrinti stabilų lanko išlydžio degimą, būtina šias sąlygas: 10 amperų srovės buvimas (tai yra mažiausia vertė, didžiausia gali siekti 1000 amperų), išlaikant lanko įtampą nuo 15 iki 40 voltų.

Šis įtampos kritimas atsiranda lankinio išlydžio metu. Įtampos pasiskirstymas lanko zonose yra netolygus. Dauguma taikomų įtampos kritimų atsiranda anodinėje ir katodinėje zonose.

Eksperimentiškai nustatyta, kad esant , didžiausias įtampos kritimas stebimas katodo zonoje. Toje pačioje lanko dalyje stebimas didžiausias temperatūros gradientas.

Todėl, renkantis suvirinimo proceso poliškumą, katodas prijungiamas prie elektrodo, kai norima pasiekti didžiausią jo lydymą, padidinant jo temperatūrą. Priešingai, norint giliau prasiskverbti į ruošinį, prie jo pritvirtinamas katodas. Lanko stulpelyje krenta mažiausia įtampos dalis.

Suvirinant nenaudojamu elektrodu katodo įtampos kritimas yra mažesnis nei anodinio, tai yra, aukštos temperatūros zona pasislenka link anodo.

Todėl, naudojant šią technologiją, ruošinys yra prijungtas prie anodo, kuris užtikrina gerą nenaudojamo elektrodo šildymą ir apsaugą nuo per didelės temperatūros.

Temperatūros zonos

Reikėtų pažymėti, kad atliekant bet kokį suvirinimo būdą, tiek su sunaudojamaisiais, tiek su nenaudojamais elektrodais, lanko kolonėlė (jos centras) turi daugiausiai aukštos temperatūros- apie 5000-7000 °C, o kartais ir daugiau.

Žemiausios temperatūros zonos yra viename iš aktyvių sričių, katode arba anode. Šiose zonose gali išsiskirti 60-70% lanko šilumos.

Be intensyvaus ruošinio ir suvirinimo elektrodo temperatūros padidėjimo, išlydis skleidžia infraraudonąsias ir ultravioletines bangas, kurios gali sukelti bloga įtaka ant suvirintojo kūno. Dėl to būtina naudoti apsaugos priemones.

Kalbant apie kintamos srovės suvirinimą, poliškumo sąvoka ten neegzistuoja, nes anodo ir katodo padėtis keičiasi pramoniniu 50 virpesių per sekundę dažniu.

Šio proceso lankas yra mažiau stabilus, palyginti su DC, jos temperatūra šokinėja. Suvirinimo procesų naudojant kintamąją srovę privalumai yra paprastesnė ir pigesnė įranga ir netgi praktiškai visiškas nebuvimas toks reiškinys kaip magnetinis sprogimas, kuris buvo paminėtas aukščiau.

Voltų-amperų charakteristikos

Grafike parodyta maitinimo šaltinio įtampos priklausomybė nuo suvirinimo srovės, vadinama suvirinimo proceso srovės-įtampos charakteristikomis.

Raudonos kreivės rodo įtampos pokytį tarp elektrodo ir ruošinio suvirinimo lanko sužadinimo ir stabilaus jo degimo fazėse. Kreivių pradžios taškai atitinka maitinimo šaltinio atviros grandinės įtampą.

Tuo metu, kai suvirintojas inicijuoja lanko iškrovą, įtampa smarkiai krenta iki tol, kol stabilizuojasi lanko parametrai, nustatoma suvirinimo srovės vertė, priklausomai nuo naudojamo elektrodo skersmens, maitinimo šaltinio galios ir nustatytojo. arkos ilgis.

Prasidėjus šiam laikotarpiui, lanko įtampa ir temperatūra stabilizuojasi, o visas procesas tampa stabilus.