Основные закономерности электродугового столба

Ток дуги и основные характеристики плазмы дугового столба, определяющие его электропроводность, связаны соотношением:

I = πr ²_д n _e e _o υ _e, (5.4)

где: r _д - радиус столба дуги, м; п _е- концентрация электронов, 1/м³; е _о- заряд электрона, Кл; υ _e- средняя скорость электрона вдоль электрического поля, м/с.

Ни одна из входящих в уравнение величин не является постоянной при изменении любой другой из них. Это приводит к нелинейности статической ВАХ дуги (рис. 5.2) и сильно затрудняет теоретический расчет ее параметров.

Причиной падения характеристики на участке I является снижением сопротивления дуги при увеличении тока за счет роста температуры, концентрации заряженных частиц и скорости их движения. При этом с ростом тока увеличивается диаметр дугового столба и требуется меньше напряжения на проведение увеличивающегося тока. Проходящий через разряд электрический ток создает магнитное поле вокруг столба дуги. Взаимодействие тока и магнитного поля приводит к появлению сил магнитного сжатия дугового столба (пинч-эффект), которые стремятся ограничить диаметр дугового столба, что ведет к росту плотности тока и повышению линейной напряженности электрического поля.

Проводимость в столбе электрической дуги является сложной функцией температуры, состава газа и других факторов.

В реальных условиях в сильноточных дугах температура свободногорящей дуги Т_д (7,5-12,5) 10³ К. При таких температурах проводимость определяется в основном кулоновским взаимодействием частиц и является примерно постоянной величиной. Таким образом, если ограничить сечение дугового столба и увеличить силу тока, будут расти плотность тока и напряжение на дуге. На рис. 5.2 зоны II и III соответствуют этому случаю. Силы магнитного сжатия, излучение и диффузия электронов плазмы приводят к уменьшению диаметра столба дуги. Это определяет повышение напряженности на дуге при увеличении силы тока.