1.1.10. Дуговий розряд

 

Дуговий розряд – самостійний електричний розряд у газі, що горить при відносно низькій напрузі, що відповідає значенням потенціалу іонізації атомів газу (одиниці-десятки Вольт). Особливістю дугових розрядів є існування більших струмів (1...100 кА), які обмежуються тільки потужністю джерела живлення розряду.

Уперше дуговий розряд спостерігався між двома вугільними електродами в повітрі в 1802 р. В.В. Петровим. Світний струмовий канал цього розряду при горизонтальному розташуванні електродів через гравітацію дугоподібно зігнутий, що й обумовило назву. Характерною рисою дугового розряду є наявність дуже яскравої, малої  по розміру плями на катоді (катодна пляма), у яку стягнутий розрядний струм. У процесі горіння розряду катодна пляма хаотично переміщається по поверхні катода. Температура поверхні електрода в плямі досягає величини температури кипіння матеріалу катода. Тому значну роль у формуванні струму дугового розряду грає термоелектронна емісія. Над катодною плямою утвориться шар позитивного просторового заряду, що забезпечує прискорення імітованих електронів до енергій, достатніх для ударної іонізації атомів і молекул газу. Цей шар створює високу напруженість електричного поля на поверхні катода, особливо поблизу природних мікронеоднорідностей поверхні, що приводить до посилення ролі автоелектронної емісії. Висока щільність струму в катодній плямі – 10²…10⁷А/см² і постійне переміщення катодної плями створюють умови для виникнення підривної електронної емісії. Безпосередньо до зони катодного падіння потенціалу примикає позитивний стовп анодної частини дуги. На аноді формується яскрава анодна пляма, трохи більшого розміру й менш рухлива, чим катодна. Нагрітий до високої температури

T = 6,000…12,000 К, а іноді й вище іонізований газ зі ступенем іонізації біля  в стовпі являється термоіонізованою плазмою, у якій концентрації електронів й іонів рівні. Крім описаної дуги з холодним катодом, існують дуги з розжарюваним (термоемісійним) катодом, вакуумні дуги (горять у парах металів, утворених за рахунок випару електродів) і т.д.

Знання особливостей і закономірностей запалювання дугових розрядів необхідно при проектуванні й експлуатації об'єктів електроенергетики. Внаслідок більших струмів запалювання дугового розряду веде до виникнення аварійного режиму в силових ланцюгах й установках високої напруги, що може завершитися виходом з ладу електричного устаткування.