Присоединим шаровые электроды к батарее конденсаторов (рис. 151) и начнем зарядку конденсаторов при помощи электрической машины. По мере зарядки конденсаторов будет увеличиваться разность потенциалов между электродами, а следовательно, будет увеличиваться и напряженность поля в газе. Пока напряженность поля невелика, в газе нельзя заметить никаких изменений. Однако при достаточно большой напряженности поля (около 3 МВ/м) между электродами появляется электрическая искра, имеющая вид ярко светящегося извилистого канала, соединяющего оба электрода. Газ вблизи искры нагревается до высокой температуры и внезапно расширяется, отчего возникают звуковые волны, и мы слышим характерный треск. Конденсаторы в этой установке существуют для того, чтобы сделать искру более мощной.
Рис. 151. Если напряженность поля в воздухе достигает приблизительно 3 МВ/м, то наступает электрический пробой газа и возникает электрическая искра
Описанная форма газового разряда носит название искрового разряда или искрового пробоя газа. При наступлении искрового разряда газ внезапно, скачком, утрачивает свои диэлектрические свойства и становится хорошим проводником. Напряженность поля, при которой наступает искровой пробой газа, имеет различное значение у разных газов и зависит от их состояния (давления, температуры).
При заданном напряжении между электродами напряженность поля тем меньше, чем дальше находятся электроды друг от друга. Поэтому, чем больше расстояние между электродами, тем большее напряжение между ними необходимо для наступления искрового пробоя газа. Это напряжение называется напряжением пробоя.
Зная, как зависит напряжение пробоя от расстояния между электродами какой-либо определенной формы, можно измерить неизвестное напряжение по максимальной длине искры. На этом основано устройство искрового вольтметра (рис. 152), удобного для грубой оценки больших напряжении (например, в рентгеновских установках). Он состоит из двух металлических изолированных шаров, один из которых может плавно перемещаться. Шары присоединяют к источнику, напряжение которого желают измерить, и сближают их до тех пор, пока не возникнет искра. Измеряя расстояние между шарами и соответствующее напряжение, при котором происходит пробой, составляют специальные таблицы, при помощи которых затем определяют напряжение но длине искры. В качестве примера укажем, что при расстоянии 0,5 см между шарами диаметра 5 см напряжение пробоя равно 17,5 кВ, а при расстоянии 5 см – около 100 кВ.
Рис. 152. Искровой вольтметр
Возникновение пробоя объясняется следующим образом. В газе всегда есть некоторое число ионов и электронов, возникающих от случайных причин. Обычно, однако, число их настолько мало, что газ практически не проводит электричества. При сравнительно небольших значениях напряженности поля, с какими мы встречаемся при изучении несамостоятельной проводимости газов, соударения ионов, движущихся в электрическом поле, с нейтральными молекулами газа происходят так же, как соударения упругих шаров. При каждом соударении движущаяся частица передает покоящейся часть своей кинетической энергии, и обе частицы после соударения разлетаются, но никаких внутренних изменений в них не происходит. Однако при достаточной напряженности поля кинетическая энергия, накопленная ионом в промежутке между двумя соударениями, может сделаться достаточной, чтобы ионизовать нейтральную молекулу при соударении. В результате образуется новый отрицательный электрон и положительно заряженный остаток – ион. Такой процесс ионизации называют ударной ионизацией, а ту работу, которую нужно затратить, чтобы произвести отрывание электрона от атома, – работой ионизации. Работа ионизации зависит от строения атома и поэтому различна для разных газов.
Образовавшиеся под влиянием ударной ионизации электроны и ионы увеличивают число зарядов в газе, причем в свою очередь они приходят в движение под действием электрического поля и могут произвести ударную ионизацию новых атомов. Таким образом, этот процесс «усиливает сам себя», и ионизация в газе быстро достигает очень большой величины. Все явление вполне аналогично снежной лавине в горах, для зарождения которой бывает достаточно ничтожного комка снега. Поэтому и описанный процесс был назван ионной лавиной (рис. 153 и 154). Образование ионной лавины и есть процесс искрового пробоя, а то минимальное напряжение, при котором возникает ионная лавина, есть напряжение пробоя. Мы видим, что при искровом пробое причина ионизации газа заключается в разрушении атомов и молекул при соударениях с ионами (ударная ионизация).
Рис. 153. Свободный электрон 1 при соударении с нейтральной молекулой расщепляет ее на электрон 2 и свободный положительный ион. Электроны 1 и 2 при дальнейшем соударении с нейтральными молекулами снова расщепляют их на электроны 3 и 4 и свободные положительные ионы, и т. д.
Рис. 154. Лавинообразное размножение положительных ионов и электронов при соударении положительных ионов с нейтральными молекулами
93.1. Известно, что чем меньше давление газа (при неизменной температуре), тем меньшее число атомов содержится в единице объема газа и тем больший путь свободно пролетают атомы между двумя последовательными соударениями. Учитывая это, сообразите, как будет изменяться (увеличиваться или уменьшаться) напряжение пробоя газового промежутка при уменьшении давления газа.
Искровой разряд имеет вид ярких зигзагообразных разветвляющихся нитей-каналов, которые пронизывают разрядный промежуток и исчезают, сменяясь новыми. Исследования показали, что каналы искрового разряда начинают расти иногда от положительного электрода, иногда от отрицательного, а иногда и от какой-нибудь точки между электродами. Это объясняется тем, что ионизация ударом в случае искрового разряда происходит не по всему объему газа, а по отдельным каналам, проходящим в тех местах, в которых концентрация ионов случайно оказалась наибольшей. Искровой разряд сопровождается выделением большого количества теплоты, ярким свечением газа, треском или громом. Все эти явления вызываются электронными и ионными лавинами, которые возникают в искровых каналах и приводят к огромному увеличению давления, достигающему 107108 Па, и повышению температуры до 10000 С.
Характерным примером искрового разряда является молния. Главный канал молнии имеет диаметр от 10 до 25 см., а длина молнии может достигать нескольких километров. Максимальная сила тока импульса молнии достигает десятков и сотен тысяч ампер.
При малой длине разрядного промежутка искровой разряд вызывает специфическое разрушение анода, называемое эрозией . Это явление было использовано в электроискровом методе резки, сверления и других видах точной обработки металла.
Искровой промежуток применяется в качестве предохранителя от перенапряжения в электрических линиях передач (например, в телефонных линиях). Если вблизи линии проходит сильный кратковременный ток, то в проводах этой линии индуцируются напряжении и токи, которые могут разрушить электрическую установку и опасны для жизни людей. Во избежание этого используются специальные предохранители, состоящие из двух изогнутых электродов, один из которых присоединен к линии, а другой заземлен. Если потенциал линии относительно земли сильно возрастает, то между электродами возникает искровой разряд, который вместе с нагретым им воздухом поднимается вверх, удлиняется и обрывается.
Наконец, электрическая искра применяется для измерения больших разностей потенциалов с помощью шарового разрядника , электродами которого служат два металлических шара с полированной поверхностью. Шары раздвигают, и на них подается измеряемая разность потенциалов. Затем шары сближают до тех пор, пока между ними не проскочит искра. Зная диаметр шаров, расстояние между ними, давление, температуру и влажность воздуха, находят разность потенциалов между шарами по специальным таблицам. Этим методом можно измерять с точностью до нескольких процентов разности потенциалов порядка десятков тысяч вольт.
Основные условия на входе в систему
Расход (Нм3/ч) 140,544
Расход (кг/ч) 192,000
H2O в газе (% объема) 2.3
CO2 в газе (% объема) 12.4
O2 в газе (% объема) 3.7
Температура (°C) 270
Время работы (часов в год) 8,760
Проектное рабочее давление Положительное
Пылевая нагрузка на входе в систему PM (мг/Нм3) 512
Гарантированный уровень содержания пыли на выходе PM (мг/Нм3) 10
Эффективность удаления пыли системой PM (%) 98.05
Прочее
Источник загрязнения кат крекинг
Ожидаемое потребление энергии (кВт) 136
Потребление полной нагрузки (кВт) 279
Общая потеря давления (мм в ст)
Объем поставки
Электрофильтр (электростатический осадитель):
Мы предлагаем Вам один модульный электрофильтр модели 39R-1330-3712P, включающий в себя все пластины, разрядные электроды, секции крыши, изоляционные отсеки, дверцы доступа, все внутренние компоненты и источники питания для создания полного модуля контроля загрязнения воздуха.
Электростатический осадитель будет иметь следующие конструктивные особенности:
Падение давления (мм в ст) 12,7
Проектная температура конструкции (гр С) 371
Проектное давление конструкции (мм в ст) +/- 890
Объем бункера (м3) 152
Кл- во бункеров 3
Размеры горловины 457 x 864
Кол-во газовых проходов 39
Выходное напряжение трансформатора (кВ) 55
Выходной ток трансформатора (ма) 1100
Кол-во трансформаторов 3
Осадительные пластины нового более тяжелого конструкторского стиля из сплошных стальных листов толщиной не менее 18 мм. Листы имеют более жесткий рельеф жесткости в форме коробки усиленной ребрами жесткости, которые формируют плавное течение газа на поверхности пластины, чтобы свести к минимуму повторный его захват. Как верхние, так и нижние направляющие, ребра жесткости и крепления будут обеспечивать выравнивание пластин, компенсируя тепловое расширение. Пластины будут рассчитаны на максимальную температуру до 371 ° С
Конструкцией предусмотрены электромагнитные подъемники встряхиватели с гравитационным воздействием. Системы встряхивания будут организованы для автоматической работы и будут направлены на минимизацию рециркуляции частиц. Рабочие параметры встряхивателя будут иметь регулируемые характеристики частоты и интенсивности.
В конструкции установлены жёсткие электроды, которые будут изготовлены из бесшовной трубки толщиной стенки 1,7 мм с равномерно распределенными коронирующими штырями, приваренными к трубе. Электроды стабилизированы по уровню для работы их во всех диапазонах температур работы осадителя.
Каждая рама разрядного электрода будет вибрировать индивидуально, и система будет сконструирована таким образом, чтобы можно было варьировать как длительность, так и частоту вибрации.
Осадитель оборудован ступенчатыми трансформаторами/ выпрямителями. Каждый комплект установлен наружи, оснащен масляной изоляцией, выпрямителем охлаждаются воздухом. Трансформатор и выпрямители находятся в едином резервуаре.
Трансформатор будет снабжен заземляющим переключателем и блокировкой клавиш. Каждый комплект будет рассчитан на температуру макс + 45 градусов C (при максимальной температуре окружающей среды +50 градусов C).
Изоляторы высокого напряжения цилиндрические, под сжимающей нагрузкой.
Изоляторы фарфоровые, глазурованные внутри и снаружи и имеют выводы заземления. Изоляторы расположены вне зоны обработки газа и очищаются продувочным воздухом.
Осадитель оснащен предохранительными замками с последовательным расположением клавиш для предотвращения доступа к любому высоковольтному оборудованию без блокировки источника питания и заземления высоковольтного оборудования. Следующее оборудование будет блокировано: все дверцы доступа для быстрого открытия осадителя, трансформатора / выпрямителя и высоковольтные выключатели.
Объемом поставки предусмотрены сварные стойкие к атмосферным воздействиям индивидуальные изоляционные отсеки для изоляторов. Изоляционные отсеки будут доступны обслуживанию дверями с предохранительными блокировками для предотвращения доступа ко всем областям высокого напряжения, за исключением случаев, когда осадитель обесточивается и заземляется.
Корпус электростатического осадителя будет изготовлен из стали ASTM A-36 толщиной 4,8 мм с внешними конструктивными элементами жесткости ASTM A-36, которые усиливают конструкцию противостоять внутреннему давлению, ветру, прочих нагрузок. Корпус уплотнен сваркой с образованием полностью газонепроницаемой структуры.
Осадитель оснащен бункерами с поперечным лотком. Каждый бункер изготовлен из стали ASTM A-36 толщиной 3,8 мм, котрый усилен ребрами жесткости из ASTM A-36. Каждый бункер спроектирован так, чтобы выдержать его вес, когда он заполнен частицами. Плотность частицы составляет 1041 кг/м3 для структурного просеивания и 320 кг/м3 для размера емкости бункера. Кроме того, бункеры будут иметь достаточную емкость для хранения частиц, собранных в течение минимального периода в 12 часов работы. Сторона будет наклонена, чтобы обеспечить минимальный угол стенки бункера, равный 60 градусам от горизонтали. Конечный угол будет регулироваться таким образом, чтобы обеспечить минимальный угол наклона бункера 55 градусов.
Опоры осадителя: Электрофильтр будет включать в себя все стальные конструкции с самосмазывающимися скользящими пластинами между осадителем и опорной конструкцией. Конструкция будет спроектирована таким образом, чтобы обеспечить зазор 2438 мм – 0 мм между разгрузкой бункера и землей.
Патрубки: Осадитель оснащен фланцевыми впускными и выпускными патрубками. Патрубки изготовлены из стали ASTM A-36 с внешними ребрами жесткости.
Входной патрубок: входной патрубок горизонтальный входной пирамидный тип с нижним углом патрубка 45 градусов от горизонтали. Впускное сопло включает в себя три распределительных устройства для обеспечения равномерного потока через осадитель. Организация внешнего доступа в патрубок не требуется.
Выходной патрубок: выходной патрубок представляет собой горизонтальный пирамидный тип с нижним углом патрубка 60 ° от горизонтали. Выпускной патрубок включает в себя устройство распределения потока, обеспечивающее равномерный поток через электрофильтр. Доступ не требуется.
Термоизоляция и внешнее покрытие: производитель обеспечит заводскую термоизоляцию электростатического осадителя (включая корпус, бункер, впускные и выпускные патрубки). Изоляция будет состоять из 76 мм толщины 128 кг/м3 плотности минеральной ваты на всех поверхностях, кроме крыши электростатического осадителя. Крыша осадителя будет изолирована 152 мм из 128 кг/м3 плотности минеральной ваты плюс 51 мм стекловолоконной изоляцией над ребрами жесткости, а затем закрыта 6,4 мм толщиной кожухом «клетчатая пластина.
Изоляция на впускном, выпускном патрубке и сторонах электрофильтра будет покрыта неокрашенным алюминиевым листом толщиной 0,8 мм тип 3003, 1 х 4 коробчатым ребристым алюминиевым листом или окрашенной гофрированной сталью. Листы будут установлены вертикально и будут перекрывать одной секцией все швы. Термоизоляция бункеров будет покрыта неокрашенным алюминиевым листом толщиной 0,8 мм тип 3003, 1 х 4 коробчатым ребристым алюминиевым листом или окрашенной гофрированной сталью. Все кровельные стыки также будут покрыты плоскими материалами.
Материал покрытия будут крепиться с помощью TEK № 4.5 12-24 x 1¼ "Климатические крепежные винты с неопреновыми шайбами. Все соединения между листами и листами будут выполнены с помощью штифтов ¼ - 14 x 7/8" с неопреновыми шайбами. Все кровельные швы будут герметизированы прозрачным силиконовым герметиком.
Покраска: Завод производитель окрасит структурные опоры, люки доступа, изоляционные отсеки, поручни и внешнюю поверхность крыши одним слоем красной грунтовки и одним слоем промышленной краски с эмалевым покрытием. Все горячие металлические поверхности, которые будут открыты после завершения термоизоляции, будут окрашены высокотемпературной черной краской. Все лестницы, платформы (включая опоры) и перила будут окрашены желтой эмалью для безопасности.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ: Следующее электрическое оборудование управления будет предоставлено в проекте.
Класс защиты Оборудования на крыше: Установлен 4 класс защиты в соответствии с EEMAC для оборудования на крыше осадителя, а именно щита управления встряхивателя пластин осаждения и щита управления вибратора электродов.
Панель управления продувочной воздуходувкой: панель управления продувочной воздуходувкой класса защиты 4 по EEMAC, установленная на крыше, будет оснащена встроенным стартером и управлением пуском/ остановки.
Контроллер T/R: Каждый трансформатор/ выпрямитель высокого напряжения будет оборудован щитом микропроцессорного управления в щите класса защиты 12 по EEMAC, и щит должен быть установлен в операторной заказчика. Все компоненты щита будут доступны обслуживанию через откидную переднюю дверцу. Управление напряжением будет полностью автоматическим с дополнительным ручным управлением. Как ручные, так и автоматические системы обеспечат полный контроль. Подавление дуги будет обеспечиваться устройством ограничения тока, чтобы уменьшить напряжение, когда искровое состояние существует в осадителе. Контроллеры рассчитаны на максимальную температуру окружающей среды 40° С. Все корпуса щитов изготовлены из стали 2,8 мм и окрашены серой эмалью ASA 61. Мы предоставим Вам удаленный контроллер графического напряжения (GVC) для каждого трансформатора / выпрямителя. Каждый контроллер GVC будет установлен на передней панели свободно стоящего блока управления высоким напряжением. Графический контроллер обеспечивает гистограмму и цифровые считывания первичных и вторичных напряжений и токов, а также мощность кВт, искрообразование, угол проводимости SCR (Кремниевого-управляемого выпрямителя) и состояние T/ R. Этот контроллер должен быть установлен в безопасной зоне операторной заказчика. Будут предусмотрены аварийные сигналы на блоке управления GVC для перегрузки по току переменного тока, перегрева T/ R, высокой температуры SCR, дисбаланса SCR, потери памяти, минимального напряжения постоянного тока и перенапряжения постоянного тока. Главное меню предоставляется для выбора функций работы и устранения неполадок. Дисплей графического контроллера составляет 16 строк по 40 символов. Устройство может производить кривые напряжения / тока, 24-часовые трендовые графики и 30-минутные трендовые графики. Оператор может удаленно устанавливать все параметры осадителя, такие как откат, скорость подъема, ограничение тока и т. д. В строке справки доступен текст для внесения всех настроек. Каждый контроллер также будет иметь три индикатора рядом с каждым GVC. Эти индикаторы предназначены для индикации включения управления, включения HV и сигнала тревоги.
Токоограничивающий реактор: для каждого трансформатора / выпрямителя будет установлен реактор ограничения по току, класса защиты 3R по EEMAC, которые будут размещены вблизи трансформатора / выпрямителя.
Электрооборудование установленное на заводе: Мы смонтируем на заводе производителе трансформаторы/ выпрямители и установим высоковольтные шинные каналы и шинные лотки. Мы предоставим кабелепровод и проложим кабель с панели управления / распределительной панели на крыше (PCDP) для встряхивателей, вибраторов и воздуходувок. Мы смонтируем все высоковольтные изоляторы, виброизоляторы и питающие изоляторы. Мы предоставим и установим клеммные коробки для всех соединений на крыше (ответственность заказчика по исходным условиям присоединения).
Проводная обвязка
Мы используем следующие типы проводки для указанных ниже соединений (оставляем за собой право заменить провод XLPE указанный ниже):
Кабель кабельных каналов
Этот кабель используется между панелями и соединительными коробками на крыше, а также между этими распределительными коробками и терминалами встряхивателей, воздуходувок и вибраторов. Каналы будут иметь номинальную 40% -ную загрузку в соответствии с N.E.C.
THHN / MTW / THWN-2 / T90 медный проводник
Стандарты Underwriters Laboratories UL-83, UL-1063, UL-758
AWM Спецификация 1316, 1317, 1318, 1319, 1320, 1321
ASTM класс скручивания B3, B8, B787
Федеральная специификация A-A-59544
Canadian Association стандарт C22.2 No. 75
NEMA WC70/ICEA S-95-658
Institute of Electrical and Electronics Engineers ARRA 2009; Section 1605
Проводник: Многожильные медные проводники без покрытия по ASTM-B3, ASTM-B787 и ASTM-B8
Изоляция: Цветной поливинилхлорид (ПВХ), теплостойкий и влагостойкий, огнезащитный компаунд по UL-1063 и UL-83
Оболочка: Жесткое покрытие из полиамида, нейлона по UL-1063 и UL-83. Скользкая, нейлоновая наружная оболочка для легкого вытягивания. VW-1 расчитана 14 AWG - 8 AWG. Все размеры бензин и маслостойкие.
Применения: Типовой строительный провод THHN / THWN-2 предназначен для применений общего назначения, как определено Национальным электрическим кодексом (NEC). Тип THHN / THWN-2 разрешен для новой конструкции или переустановки для приложений на 600 вольт. Применения, требующие типа THHN или THWN-2: проводник подходит для использования во влажных или сухих местах при температуре не выше 90 ° C или не превышать 75 ° C в масле или хладагентах. Применения, требующие типа MTW: проводник подходит для использования в сухих местах при температуре 90 ° C или не должен превышать 60 ° C во влажных местах или при воздействии на масла или охлаждающие жидкости. Применения, требующие типа AWM: проводник подходит для использования при температурах, не превышающих 105 ° C в сухих местах.
Виброизолирующий провод
Этот провод используется между коробками соединения каналов и встряхивателями, воздуходувками и вибраторами.
SOOW / SJOOW 90ºC Черный ROHS
Инженерная спецификация/ Стандарты:
UL Стандарт 62
NEC Статья 501.140 класс I Div. 2
NEC Статья 400
CSA C22.2 No. 49
CSA FT2 испытание пламенем
EPA 40 CFR, Часть 26, подпункт C, тяжелые металлы по Табл1, TCLP метод
Проводник: 18 AWG - 10 AWG Класс K скрученная голая медь по ASTM B-174
Изоляция: EPDM
Оболочка: CPE
Легенда: SOOW E54864 (UL) 600V -40C TO 90C -- CSA LL39753 SOOW 600V -40C TO 90C FT2 Водозащита P-07-KA070018-1-MSHA
Области применения: Изготовлены с использованием передовых синтетических резиновых смесей для работы при температуре от -40 ° C до 90 ° C с отличной устойчивостью к пламени, деформации, озону, маслам, кислотам и химикатам. SOOW имеет износостойкую и маслостойкую изоляцию и кожух. SOOW является гибким при низких температурах и исключительной гибкостью в нормальных условиях для электродвигателей, портативных ламп, зарядных устройств для аккумулятора, портативных осветительных приборов и переносного оборудования. Приложение «Национальный электрический кодекс» по статье 400.
Провод для подключения панелей
Этот провод используется для подключения различных компонентов внутри панелей (переключатели, источники света, plc, блоки, предохранители, клеммы и т. Д.).
MIL-W-16878/2 Тип C провод (M16878/2 провод) / Mil-DTL-16878/2
Инженерная спецификация/ Стандарты:
UL VW-1 испытание пламенем
RoHS Hook-up Wire RoHS соответствие
MIL-W-16878/2 Тип C провод (M16878/2 провод)
Описание:
Проводник: Луженая медь, твердая и многожильная
Изоляция: Поливинилхлорид (ПВХ), цветной
Применение: соединительный провод в соответствии с UL VW-1 испытание пламенем и используется в широком диапазоне отраслей, требующих высокотемпературного провода, который также может выдерживать суровые условия. Из-за его размера, негорючих материалов и стойкости к химическим веществам, типичные применения для провода MIL-Spec включают в себя сложные применения для военной или аэрокосмической промышленности. Провод может также использоваться для внутренней проводки электронного оборудования. Провод имеет температурный диапазон от -55 ° C до + 105 ° C (M16878 / 2 типа C) и 1000 вольт. Все типы кабелей MIL Spec имеют превосходный температурный диапазон и номинальное напряжение. M16878E подключается к проводным приложениям: военная техника, провод питания, проводка электроприборов и медицинская электроника. M16878EE может применяться для электронного использования в защищенных приложениях, где встречаются высокие температуры и является высоконадежным OEM-продуктом. M16878ET используется в аэрокосмических, промышленных, военных и многих других коммерческих рынках.
Целевые показатели и гарантии
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Предлагаемое нами здесь оборудование при проектных условиях и входной пылевой нагрузке 512 мг/ Нм3 гарантирует содержание пыли на выходе осадителя не более 10 мг/ Нм3 что составляет 98,05 % масс входной нагрузки. Если входная удельная нагрузка превысит расчетную, эффективность 98,05% так же гарантируется; если удельная нагрузка равна или меньше расчетной, гарантируется остаточное содержание пыли 10 мг/ нм3.
НЕПРОЗРАЧНОСТЬ: Завод гарантирует среднюю непрозрачность дымового газа менее 10% в течение одного часа при работе при расчетных условиях. Прозрачность должна определяться сертифицированным устройством считывания дыма или сертифицированным монитором непрозрачности.
Квалификация тестирования частиц: Метод отбора проб твердых частиц будет осуществляться по методу № 5 Агентства по охране окружающей среды, как указано в Федеральном реестре. Частицы определяются как твердые вещества в условиях эксплуатации осадителя, которые могут быть собраны. Конденсаты сюда не включены.
Искровой разряд
Искрово́й разря́д (искра электрическая) - нестационарная форма электрического разряда , происходящая в газах . Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом - «треском» искры. Температура в главном канале искрового разряда может достигать 10 000 . В природе искровые разряды часто возникают в виде молний . Расстояние, «пробиваемое» искрой в воздухе, зависит от напряжения и считается равным 10 кВ на 1 сантиметр.
Условия
Искровой разряд обычно происходит, если мощность источника энергии недостаточна для поддержания стационарного дугового разряда или тлеющего разряда . В этом случае одновременно с резким возрастанием разрядного тока напряжение на разрядном промежутке в течение очень короткого времени (от несколько микросекунд до нескольких сотен микросекунд) падает ниже напряжения погасания искрового разряда, что приводит к прекращению разряда. Затем разность потенциалов между электродами вновь растет, достигает напряжения зажигания и процесс повторяется. В других случаях, когда мощность источника энергии достаточно велика, также наблюдается вся совокупность явлений, характерных для этого разряда, но они являются лишь переходным процессом, ведущим к установлению разряда другого типа - чаще всего дугового . Если источник тока не способен поддерживать самостоятельный электрический разряд в течение длительного времени, то наблюдается форма самостоятельного разряда, называемая искровым разрядом.
Природа
Искровой разряд представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвленных полосок - искровых каналов. Эти каналы заполнены плазмой , в состав которой в мощном искровом разряде входят не только ионы исходного газа, но и ионы вещества электродов , интенсивно испаряющегося под действием разряда. Механизм формирования искровых каналов (и, следовательно, возникновения искрового разряда) объясняется стримерной теорией электрического пробоя газов. Согласно этой теории, из электронных лавин, возникающих в электрическом поле разрядного промежутка, при определенных условиях образуются стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Среди них можно выделить т. н. лидер - слабо светящийся разряд, «прокладывающий» путь для основного разряда. Он, двигаясь от одного электрода к другому, перекрывает разрядный промежуток и соединяет электроды непрерывным проводящим каналом. Затем в обратном направлении по проложенному пути проходит главный разряд, сопровождаемый резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры (в случае молнии - гром).
Напряжение зажигания искрового разряда, как правило, достаточно велико. Напряженность электрического поля в искре понижается от нескольких десятков киловольт на сантиметр (кв/см) в момент пробоя до ~100 вольт на сантиметр (в/см) спустя несколько микросекунд. Максимальная сила тока в мощном искровом разряде может достигать значений порядка нескольких сотен тысяч ампер.
Особый вид искрового разряда - скользящий искровой разряд , возникающий вдоль поверхности раздела газа и твёрдого диэлектрика, помещенного между электродами, при условии превышения напряженностью поля пробивной прочности воздуха. Области скользящего искрового разряда, в которых преобладают заряды какого-либо одного знака, индуцируют на поверхности диэлектрика заряды другого знака, вследствие чего искровые каналы стелются по поверхности диэлектрика, образуя при этом так называемые фигуры Лихтенберга . Процессы, близкие к происходящим при искровом разряде, свойственны также кистевому разряду, который является переходной стадией между коронным и искровым.
Поведение искрового разряда очень хорошо можно разглядеть на замедленной съёмке разрядов (Fимп.=500 Гц,U=400 кВ) , полученных с трансформатора Тесла. Средний ток и длительность импульсов недостаточна для зажигания дуги, но для образования яркого искрового канала вполне пригодна.
Примечания
Источники
- А. А. Воробьев, Техника высоких напряжений. - Москва-Ленинград, ГосЭнергоИздат, 1945.
- Физическая энциклопедия, т.2 - М.:Большая Российская Энциклопедия стр.218 .
- Райзер Ю. П. Физика газового разряда. - 2-е изд. - М .: Наука, 1992. - 536 с. - ISBN 5-02014615-3
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Искровой разряд" в других словарях:
- (искра), неустановившийся электрич. разряд, возникающий в том случае, когда непосредственно после пробоя разрядного промежутка напряжение на нём падает в течение очень короткого времени (от неск. долей мкс до сотен мкс) ниже величины напряжения… … Физическая энциклопедия
искровой разряд - Электрический импульсный разряд в форме светящейся нити, происходящий при высоком давлении газа и характеризующийся большой интенсивностью спектральных линий ионизированных атомов или молекул. [ГОСТ 13820 77] искровой разряд Полный разряд в… … Справочник технического переводчика
- (искра электрическая) нестационарный электрический разряд в газе, возникающий в электрическом поле при давлении газа до нескольких атмосфер. Отличается извилистой разветвленной формой и быстрым развитием (ок. 10 7 с). Температура в главном канале … Большой Энциклопедический словарь
Искровой разряд - (искра) электрический импульсный разряд в форме светящейся нити, проходящий при высоком давлении газа и характеризующийся большой интенсивностью спектральных линий ионизированных атомов и молекул … Российская энциклопедия по охране труда
Искровой разряд - 3.19 Искровой разряд полный разряд в газовом или жидком диэлектрике. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
- (искра электрическая), нестационарный электрический разряд в газе, возникающий в электрическом поле при давлении газа до нескольких атмосфер. Отличается извилистой разветвлённой формой и быстрым развитием (около 10–7 с). Температура в главном… … Энциклопедический словарь
искровой разряд - kibirkštinis išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. spark discharge vok. Funkenentladung, f; Funkentladung, f rus. искровой разряд, m pranc. décharge par étincelles, f … Fizikos terminų žodynas
Искра, одна из форм электрического разряда в газах; возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом «треском» искры. В природных условиях И. р. наиболее часто наблюдается в виде молнии… … Большая советская энциклопедия
Искра электрическая, нестационарный электрический разряд в газе, возникающий в электрич. поле при давлении газа до неск. сотен кПа. Отличается извилистой разветвлённой формой и быстрым развитием (ок. 10 7 с), сопровождается характерным звуковым… … Большой энциклопедический политехнический словарь
- (искра электрическая), нестационарный электрич. разряд в газе, возникающий в электрич. поле при давлении газа до неск. атм. Отличается извилистой разветвлённой формой и быстрым развитием (ок. 10 7с). Темп pa в гл. канале И. р. достигает 10 000 К … Естествознание. Энциклопедический словарь
Если постепенно увеличивать напряжение между двумя электродами, находящимися в атмосферном воздухе и имеющими такую форму, что электрическое поле между ними не слишком сильно отличается от однородного (например, два плоских электрода с закругленными краями или два достаточно больших шара), то при некотором напряжении возникает электрическая искра. Она имеет вид ярко светящегося канала, соединяющего оба электрода, который обычно бывает сложным образом изогнут и разветвлен (см. приложение 1.2).
Электрическая искра возникает в том случае, если электрическое поле в газе достигает некоторого определенного значения Е к (критическая напряженность поля или напряженность пробоя), которая зависит от рода газа и его состояния. Для воздуха при нормальных условиях Е к 3*10 6 В/м. Чем больше расстояние между электродами, тем большее напряжение между ними необходимо для наступления искрового пробоя газа. Это напряжение называется напряжением пробоя.
Возникновение пробоя объясняется следующим образом: в газе всегда есть некоторое число ионов и электронов, возникающих от случайных причин. Однако, число их настолько мало, что газ практически не проводит электричества. При достаточно большой напряженности поля кинетическая энергия, накопленная ионом в промежутке между двумя соударениями, может сделаться достаточной, чтобы ионизировать нейтральную молекулу при соударении. В результате образуется новый отрицательный электрон и положительно заряженный остаток - ион.
Свободный электрон 1 при соударении с нейтральной молекулой расщепляет ее на электрон 2 и свободный положительный ион. Электроны 1 и 2 при дальнейшем соударении с нейтральными молекулами снова расщепляет их на электроны 3 и 4 и свободные положительные ионы, и т.д (рис. 3.2.1).
Такой процесс ионизации называют ударной ионизацией, а ту работу, которую нужно затратить, чтобы произвести отрывание электрона от атома - работой ионизации. Работа ионизации зависит от строения атома и поэтому различна для разных газов.
Образовавшиеся под влиянием ударной ионизации электроны и ионы увеличивает число зарядов в газе, причем в свою очередь они приходят в движение под действием электрического поля и могут произвести ударную ионизацию новых атомов. Таким образом, процесс усиливает сам себя, и ионизация в газе быстро достигает очень большой величины. Явление аналогично снежной лавине, поэтому этот процесс был назван ионной лавиной.
Образование ионной лавины и есть процесс искрового пробоя, а то минимальное напряжение, при котором возникает ионная лавина, есть напряжение пробоя.
Таким образом, при искровом пробое причина ионизации газа заключается в разрушении атомов и молекул при соударениях с ионами (ударная ионизация). Величина Е к увеличивается с увеличением давления. Отношение критической напряженности поля к давлению газа р для данного газа остается приблизительно постоянным в широкой области изменения давлений:
Этот закон позволяет определить Ек при разных давлениях, если известно его значение при каком-либо одном давлении.
Напряжение пробоя понижается при воздействии на газ внешнего ионизатора. Если приложить к газовому промежутку напряжение, несколько меньшее пробойного, и внести в пространство между электродами зажженную газовую горелку, то возникает искра. Такое же действие оказывает и освещение отрицательного электрода ультрафиолетовым светом, а также другие ионизаторы.
Для объяснения искрового разряда вначале казалось естественным предположить, что основными процессами в искре являются ионизация электронными ударами в объеме и ионизация положительными ионами (в объеме или на катоде). Однако впоследствии выяснилось, что эти процессы не могут объяснить многие особенности образования искры. Остановимся для примера на скорости развития искрового заряда. Если бы в искре существенную роль играла ионизация положительными ионами, то время развития искры было бы по крайней мере того же порядка, что и время перемещения положительных ионов от анода до катода. Это время легко оценить - оно оказывается порядка 10 -4 - 10 -5 с. Между тем, опыт показывает, что время ее развития на несколько порядков меньше.
Объяснение большой скорости развития искры, так же как и других особенностей этой формы разряда, дано так называемой стримерной теорией искры, в настоящее время обоснованной прямыми экспериментальными данными. Согласно этой теории, возникновению ярко светящегося канала искры предшествует появление слабо светящихся скоплений ионизированных частиц (стримеров). Пронизывая газоразрядный промежуток, стримеры образуют проводящие мостики, по которым в последующие стадии разряда и устремляются мощные потоки электронов. Причиной возникновения стримеров является не только образование электронных лавин посредством ударной ионизации, но еще и ионизация газа излучением, возникающим в самом разряде (фотоионизация).
Схема развития стримера изображена на рис. 3.2.2.
В виде конусов на этом рисунке показаны электронные лавины, зарождающиеся в точках вершин конусов и распространяющиеся от катода к аноду. Существенным в этой схеме является то обстоятельство, что, помимо первоначальной электронной лавины, зародившейся непосредственно у катода, происходит образование новых лавин в точках, расположенных далеко впереди от головы первоначальной лавины. Эти новые лавины возникают вследствие появления электронов в объеме газа в результате фотоионизации излучением, исходящим из лавин, возникших ранее (на рисунке это излучение показано схематически в виде волнистых линий). В процессе своего развития отдельные лавины нагоняют друг друга и сливаются вместе, в результате чего возникает хорошо проводящий канал стримера. Из приведенной схемы ясно, что вследствие возникновения многих лавин общий путь CD, проходимый стримером, намного больше расстояния АВ, проходимого одной первоначальной лавиной (различие в длинах АВ и CD в действительности намного больше, чем показано на рис. 3.2.2).
Из-за выделения при рассмотренных процессах большого количества энергии газ в искровом промежутке нагревается до 10000 С, что приводит к его свечению. Быстрый нагрев газа ведёт к повышению давления, достигающему 10 7 10 8 Па, и возникновению ударных волн, объясняющих звуковые эффекты при искровом разряде - характерное потрескивание в слабых разрядах и мощные раскаты грома в случае молнии, являющейся примером мощного искрового разряда между грозовым облаком и и Землёй или между двумя грозовыми облаками.
Искровой разряд используется для воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания. При малой длине разрядного промежутка искровой разряд вызывает специфическое разрушение анода, называемое эрозией. Это явление было использовано в электроискровом методе резки, сверления и других видах точной обработки металла. Его используют в спектральном анализе для регистрации заряженных частиц (искровые счетчики).
Искровой промежуток применяется в качестве предохранителя от перенапряжения (искровые разрядники) в электрических линиях передач (например, в телефонных линиях). Если вблизи линии проходит сильный кратковременный ток, то в проводах этой линии индуцируются напряжении и токи, которые могут разрушить электрическую установку, и опасны для жизни людей.
Во избежание этого используются специальные предохранители, состоящие из двух изогнутых электродов, один из которых присоединен к линии, а другой заземлен. Если потенциал линии относительно земли сильно возрастает, то между электродами возникает искровой разряд, который вместе с нагретым им воздухом поднимается вверх, удлиняется и обрывается.
Наконец, электрическая искра применяется для измерения больших разностей потенциалов с помощью шарового разрядника, электродами которого служат два металлических шара, закрепленных на стойках 1 и 2. Вторая стойка с шаром может приближаться или удаляться от первой при помощи винта. Шары присоединяют к источнику тока, напряжение которого требуется измерить, и сближают их до появления искры. Измеряя расстояние при помощи шкалы на подставке, можно дать грубую оценку напряжению по длине искры (пример: при диаметре шара 5 см и расстоянии 0,5 см напряжение пробоя равно 17,5 кВ, а при расстоянии 5 см - 100 кВ). Этим методом можно измерять с точностью до нескольких процентов разности потенциалов порядка десятков тысяч вольт.
