Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Некоторые особенности движения вакуумной дуги отключения

Некоторые особенности движения вакуумной дуги отключения

Селикатова С.М., Лукацкая И.А.

Производилось скоростное фотографирование вакуумной дуги отключения на вольфрамовых и медных электродах при токах 1-4 ка. Дуга помещалась в поперечное
магнитное поле напряженностью 5 кэ. Показано, что по мере расхождения электродов направление движения дуги меняется с прямого, соответствующего правилу Ампера, на обратное. Инверсия направления движения дуги обусловлена видоизменением дуги по мере расхождения электродов, которое наблюдается и в отсутствие магнитного поля. Предполагается, что причина наблюдаемых явлений состоит в изменении плотности пара в области существования дуги и ее влиянии на диффузию заряженных частиц в магнитном поле.

Введение

В работе [1] было показано, что вакуумная дуга отключения проходит через две стадии. В начальной стадии ток дуги сосредоточен на небольшом участке электродов, каналы тока практически неподвижны, напряжение на дуге минимально в момент ее возникновения и с течением времени возрастает, имеет место повышенная эрозия электродов в виде выброса капель металла. В следующей стадии наблюдается непрерывное хаотическое движение катодных пятен со скоростью порядка 103 см/сек., их деление и отмирание, а напряжение на дуге остается практически постоянным, несмотря на продолжающееся расхождение электродов. Дугу с движущимися катодными пятнами будем, как и раньше [2], называть дугой первого вида, с неподвижными - дугой второго вида. Было показано [2], что расстояние между электродами, при котором происходит переход второго вида дуги в первый, увеличивается с ростом отключаемого тока и атомного веса металла электрода. Для вольфрамовых электродов при токе 5 ка это расстояние составляет примерно 0,5 мм.

В настоящей работе исследовалось влияние поперечного магнитного поля на вакуумную дугу отключения.

Условия и методика опытов

Производилось скоростное фотографирование дуги отключения и осциллографирование напряжения, тока дуги и импульса магнитного поля. Исследовалась дуга на вольфрамовых и медных электродах. Электроды помещались на оси разборной вакуумной камеры, снабженной тубусом со смотровым окном для фотографирования. Катод был неподвижным, анод перемещался со скоростью 200-250 см/сек. Ход подвижного контакта составлял 0,4 см. Импульс тока через размыкаемые электроды величиной 1-4 ка и длительностью 3-10 мсек, представлял собой апериодический разряд конденсаторной батареи (С=0,025 ф, [/=300 в). Импульс магнитного поля в виде полусинусоиды длительностью 1,7 мсек, создавался с помощью двух катушек, через которые разряжалась другая конденсаторная батарея (0=500 мкф, [/= 3 кв). Катушки были смонтированы на корпусе вакуумной камеры так, что исследуемая дуга находилась в области наибольшей напряженности поля, направленной перпендикулярно току дуги и достигавшей в максимуме 5 кэ. Скоростное фотографирование производилось установкой СФР в режиме зеркальной развертки и покадровой съемки. Плоскость контактирования электродов располагалась параллельно оптической оси системы и перпендикулярно направлению развертки. Временное соответствие осциллограмм и фоторазверток устанавливалось с помощью импульса тока фотоэлектронного умножителя [1]. Перед опытами камера специально обезгаживалась. Опыты проводились при давлении остаточных газов 10-5-10~6 мм рт. ст. и непрерывной откачке.

Результаты исследований

На рисунке приведены одна из типичных зеркальных фоторазверток и соответствующая ей осциллограмма для вольфрамовых электродов, где представлены обе стадии вакуумной дуги отключения. Из этого рисунка видно, что дуга в обеих стадиях приобретает направленное движение в магнитном поле, но при переходе одной стадии дуги в другую при некотором расстоянии между электродами происходит инверсия в направлении движения дуги. Причем в начальной стадии, пока существует дуга второго вида, наблюдается движение в направлении силы Ампера, а в последующей стадии, когда образуется дуга первого вида, она движется в обратном направлении. Замечено, особенно на медных электродах, что в дуге первого вида области диффузного свечения, расположенные над яркосветящимися катодными пятнами, в отличие от самих пятен всегда смещаются в сторону действия силы Ампера. Скорость перемещения дуги второго вида по поверхности вольфрамовых электродов в наших экспериментах достигала (2-4)-10+3 см/сек., скорость направленного движения отдельных катодных пятен в дуге первого вида 10+4 см/сек. Напряжение на дуге в поперечном магнитном поле увеличивалось с ростом поля и достигало на вольфрамовых электродах 50-55 в, что на 25-30 в выше напряжения горения дуги в отсутствие поперечного магнитного поля.

Обсуждение результатов измерений

I = 4 ка FА - направление силы Ампера. 1 - момент возникновения дуги, 2 - момент перехода второго вида дуги в первый и инверсия направления движения дуги.  Пучок на осциллограмме магнитною поля представляет собой импульс тока ФЭУ. ему соответствуй перерыв в свечении на фоторазвертке

Осциллограмма (а) вакуумной дуги отключения на электродах its вольфрама и соответствующая ей фоторазвертка (6)
В работе [2] показано, что по мере расхождения электродов возможно уменьшение плотности пара в области существования вакуумной дуги отключения и, как следствие, трансформация второго вида дуги в первый. От плотности пара зависит влияние магнитного поля на диффузию заряженных частиц из дуги [3]. Это влияние сказывается, когда X > Rx, где X - свободный пробег электрона, RL - радиус Лармора. При этом диффузия заряженных частиц из дуги меньше там, где магнитное поле больше. Согласно представлениям Кесаева [4], это приводит к смещению катодного пятна в область большего магнитного поля. Поскольку вокруг катодного пятна всегда имеется некоторая асимметрия собственного магнитного поля, оно вынуждено систематически смещаться, чем и объясняется высокая подвижность катодных пятен дуги низкого давления. При более высоких давлениях, когда влияние собственного магнитного поля на диффузию заряженных частиц из дуги несущественно, катодные пятна в течение длительного времени могут оставаться неподвижными. Поэтому в вакуумной дуге отключения уменьшение плотности пара, происходящее по мере расхождения электродов, приводит к трансформации неподвижных катодных пятен (дуга второго вида) в движущиеся (дуга первого вида). Исходя из рассмотренного механизма можно ожидать, что при наложении на вакуумную дугу отключения внешнего поперечного магнитного поля в начальной стадии, пока существует дуга второго вида, она будет двигаться в направлении силы Ампера; в последующей стадии, после перехода второго вида дуги в первый, направление движения изменится на обратное. Это и наблюдалось на опыте. С предложенным объяснением согласуется известный экспериментальный факт изменения направления движения дуги с прямого на обратное в поперечном магнитном поле при принудительном уменьшении давления окружающей среды [5].

Литература

  1. 1.I.A. Lukatskaya. Ргос. VII Intern. Conf. Phen. ioniz. gases (Beograd), 1,412, 1966.
  2. S.M. Selikatova, LA. Lukatskaya. Intern, conf. on gas discharges (London), p. 370, 1970.
  3. B.J1. Грановский. Радиотехника и электроника, 11,371, 1966.
  4. И.Г. Кесаев. Катодные процессы электрической дуги. Изд. Наука, 1968.
  5. C.J. G allache г, J.D. Cobine. Phys. Rev., 71,481, 1947.
 
« Начальная стадия вакуумной дуги отключения   Определение зависимости изоляции от приложенного напряжения »
электрические сети