Bài giảng:Cơ sở Khí cụ điện: HỒ QUANG ĐIỆN

Bài giảng Cơ sở Khí cụ điện CHƯƠNG HỒ QUANG ĐIỆN Chương 5: HỒ QUANG ĐIỆN 5.1 Khái niệm chung HQĐ 5.2 Quá trính phát sinh dập tắt hồ quang điện 5.3 Hồ quang điện chiều 5.4 Hồ quang điện xoay chiều 5.5 Các biện pháp trang bị dập hồ quang 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG Bản chất hồ quang điện tượng phóng điện chất khí với mật độ dịng điện lớn ( tới khoảng 102 đến 103 A/mm2) có nhiệt độ cao (tới khoảng 5000 đến 60000C) thường kèm theo tượng phát sáng Hồ quang điện có ích : Hồ quang điện thực có ích sử dụng lĩnh vực hàn điện, luyện thép, lúc hồ quang cần trì cháy ổn định 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG Hồ quang điện có hại : Khi đóng cắt thiết bị điện contắctơ, cầu dao, máy cắt, hồ quang xuất cặp tiếp điểm Hồ quang cháy lâu sau thiết bị điện đóng cắt làm hư hại tiếp điểm thân thiết bị điện Trong trường hợp để đảm bảo độ làm việc tin cậy thiết bị điện yêu cầu phải tiến hành dập tắt hồ quang nhanh tốt 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG Vùng K Vùng thân Vùng A K E V EK A EK UA UTh Eth EA UK Ihqm Hình 5.1: Đặc tính hồ quang điện 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG Muốn tỡm hiểu kỹ HQĐ, ta phải khảo sỏt nguyờn nhõn phỏt sinh dập tắt hồ quang: đú quỏ trỡnh ion húa quỏ trỡnh phản ion vựng hồ quang 5.2 QUÁ TRÌNH PHÁT SINH VÀ DẬP TẮT HỒ QUANG ĐIỆN 5.2 QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG Hồ quang điện phát sinh môi trường điện cực (hoặc cặp tiếp điểm) bị ion hóa (xuất hạt dẫn điện) Khi cỏc phần tử trung hũa mụi trường khớ (khụng dẫn điện) bị phõn tớch thành cỏc điện tử tự do, ion dương, ion õm thỡ nú dẫn điện Và quỏ trỡnh gọi quỏ trỡnh ion húa Ion hóa xảy đường khác duới tác dụng ánh sáng, nhiệt độ, điện trường mạnh, 5.2 QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG Trong thực tế q trình phát sinh hồ quang điện có dạng ion hóa sau : 1) Quá trình phát xạ nhiệt điện tử 2) Quá trình tự phát xạ điện tử 3) Quá trình ion hóa va chạm 4) Q trình ion hóa nhiệt 5.2 Q TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 1) SỰ PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ Điện cực tiếp điểm chế tạo từ kim loại, mà cấu trúc kim loại luôn tồn điện tử tự chuyển động hướng quỹ đạo cấu trúc hạt nhân nguyên tử Khi tiếp điểm bắt đầu mở lực nén vào tiếp điểm giảm dần khiến điện trở tiếp xúc tăng lên chỗ tiếp xúc, dòng điện bị thắt lại dẫn đến mật độ dịng điện tăng lớn làm nóng điện cực (nhất cực âm có nhiều electron) 5.2 QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 1) SỰ PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ Khi bị đốt nóng, động điện tử tăng nhanh đến lượng nhận Wđn lớn cơng At liên kết hạt nhân điện tử khỏi bề mặt cực âm trở thành điện tự Quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ điện cực, vật liệu làm điện cực 5.2 QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 2) SỰ PHÁT XẠ ĐIỆN TỬ Khi tiếp điểm hay điện cực vừa mở lúc đầu khoảng cách bé Nếu có điện trường đủ lớn đặt lên điện cực (nhất vùng cực âm có khoảng cách nhỏ tới hàng triệu V/cm), với cường độ điện trường lớn cực âm điện tử tự cung cấp thêm lượng bị kéo bật khỏi bề mặt catốt để trở thành điện tử tự Quá trình phụ thuộc vào cường độ điện trường E vật liệu làm điện cực 5.2 QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 3) ION HÓA DO VA CHẠM Sau tiếp điểm mở ra, tác dụng nhiệt độ cao điện trường lớn (mà thơng thường hai) điện tử tự phát sinh chuyển động từ cực dương sang cực âm Do điện trường lớn nên điện tử chuyển động với tốc độ cao Trên đường điện tử va chạm với nguyên tử phân tử khí làm bật điện tử ion dương 5.2 Q TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 3) ION HĨA DO VA CHẠM Các phần tử mang điện lại tiếp tục tham gia chuyển động va chạm để làm xuất phần tử mang điện khác Do mà số lượng phần tử mang điện tăng lên khơng ngừng, làm mật độ điện tích khoảng khơng gian tiếp điểm lớn Quá trình phụ thuộc vào cường độ điện trường, mật độ phần tử vùng điện cực, lực liên kết phân tử, khối lượng phân tử 5.2 QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 4) ION HÓA DO NHIỆT Do có qúa trình phát xạ điện tử ion hóa va chạm, lượng lớn lượng giải phóng làm nhiệt độ vùng hồ quang tăng cao thường kèm theo tượng phát sáng Nhiệt độ khí tăng tốc độ chuyển động phần tử khí tăng số lần va chạm tăng lên Do va chạm, số phân tử khí phân li thành nguyên tử Cịn lượng ion hóa tăng lên va chạm nhiệt độ tăng gọi lượng ion hóa nhiệt 5.2 Q TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG 4) ION HÓA DO NHIỆT Hay núi cỏch khỏc, nhiệt độ chất khớ cao, chuyển động nhiệt nú lớn, dễ va chạm tỏch thành cỏc ion, đú quỏ trỡnh ion húa nhiệt độ Quỏ trỡnh phụ thuộc vào nhiệt độ vựng HQ, mật độ cỏc phõn tử khớ đặc tớnh chất khớ Với khụng khớ, nhiệt độ thõn HQ cỡ 8000 đến 9000ºK thỡ ion húa nhiệt độ vai trũ chủ yếu Vỡ quỏ trỡnh tạo HQĐ gắn liền với quỏ trỡnh nhiệt 5.2 QUÁ TRÌNH DẬP TẮT HỒ QUANG Hồ quang điện bị dập tắt môi trường điện cực không cịn dẫn điện hay nói cách khác hồ quang điện tắt có q trình phản ion hóa xảy mạnh q trình ion hóa Tức quỏ trỡnh suy giảm số lượng ion vựng HQ Nguyờn nhõn chớnh trình phản ion hai tượng sau: Hiện tượng tái hợp Hiện tượng khuếch tán