Введение 3
1. Литературный обзор 4
1.1. Вакуумная дуга 4
1.1.1. Основные свойства вакуумной дуги 4
1.1.2. Методы инициирования вакуумной дуги 4
1.1.3. Режимы горения вакуумной дуги 4
1.1.4. Роль анода 6
1.1.5. Температура поверхности анода 6
1.2. Формирование анодного пятна сильноточной вакуумной дуги 6
1.2.1. Влияние анодного пятна на отключающую способность вдк 7
1.2.2. Влияние анодного пятна на характеристики вакуумной дуги 7
1.3. Исследование анодного пятна в условиях аксиального магнитного поля 8
1.3.1. Влияние внешнего магнитного поля на образование анодного пятна 8
1.3.2. Влияние длительности магнитного поля на процессы происходящие в промежутке
8
2. Экспериментальная часть 9
2.1. Схема экспериментального оборудования 9
2.2. Методика проведения экспериментов 12
2.3. Результаты экспериментов и их обработка 18
3. Заключение 20
Литература 21
В связи с тем, что в последние годы создание надежно работающих дугогасительных камер, способных отключать большие токи при высоком напряжении электрической сети приобретает особую актуальность, изучение формирования анодных пятен при горении сильноточной вакуумной дуги является одной из наиболее важных задач на сегодняшний день.
Образование подобных пятен изучено не до конца. Как известно из работы [2], при сравнительно малом токе (порядка единиц килоампер и менее) дуга горит в плазме катодных пятен. В таких условиях анод представляет собой положительный зонд, собирающий на себя поток электронов, достаточно плотный для поддержания тока в цепи. Кроме того, на анод поступает энергия излучения с катода и плазмы. При малых токах энергетический баланс достигается, главным образом, за счет теплоотвода вглубь материала анода. Однако при значительно больших токах (десятки килоампер и более) вышеперечисленные процессы вносят значительный вклад в разогрев поверхности анода. Сильный нагрев локальной области анода приводит к образованию расплавленного материала и сильному испарению, что крайне негативно отражается на электрической прочности ВДК.
Из-за испарения анода, электроны в прианодной области испытывают много соударений с нейтральными частицами, тем самым ионизируя их. Около таких мест положительные ионы появляются в больших количествах. В результате заряд концентрируется на отдельных частях поверхности анода в виде светящихся образований различной формы - анодные пятна.
Как сказано в работе [1], что при токе до 15 кА, на аноде сильноточного вакуумного дугового разряда в течение 10 мс наблюдались стабильные и яркие пятна. Когда на аноде образуется анодное пятно, анодное напряжение резко уменьшается от 40 В до 10 В [3]. Также было обнаружено, что размеры анодных пятен зависят от тока дуги и напряжения на промежутке.
Появление анодного факела выглядит как результат взаимодействия катодных и анодных струй. На медно-хромовых электродах анодные факелы признаны стабильным объектом. Однако подобные пятна на чистой меди намного менее стабильны и появляются только у теплоизолированных жидких выступах и каплях, летящих в промежутке. Этот факт указывает на то, что скорость испарения играет ключевую роль в появлении анодного факела. Целью данной работы является исследование формирования анодных пятен при горении сильноточной вакуумной дуги.
Известно, что при достаточно больших токах вакуумно-дуговой разряд существует в режиме горения с анодным пятном. Одним из способов предотвращения возникновения анодного пятна и обеспечения устойчивого отключения переменного тока является наложение внешнего аксиального магнитного поля достаточной величины.
На основании проведенной работы и экспериментальных данных можно сказать следующее:
1) Одна из причин пробоя вакуумного промежутка, является наличие анодного пятна. Анодное пятно представляет собой расплавленную ванну металла, которое является интенсивным источником металлического пара
2) Формирование анодного факела со светящейся оболочкой определяется интенсивностью испарения материала анода, в тепловом режиме при горении сильноточной вакуумной дуги на медно-хромовых электродах.
3) Показано, что существует оптимальное время горения, лежащее в диапазоне от 1 до 7 мс, в пределах которого прерывание дуги не приводит к пробою контактного промежутка в условиях роста переходного восстанавливающегося напряжения. В данном диапазоне анодного пятна не наблюдается. Однако, при малых межэлектродных расстояниях необходимо учесть вероятность пробоя за счет сильного электрического поля порядка 300 кВ/см.
4) Для каждого диапазона тока существует критическое значение магнитного поля выше которого анодное пятно не формируется, а ниже которого наблюдается образование анодного пятна.
