· Для захисту апаратів і приладів від проходження по ним занадто великих струмів застосовують запобіжні пристрої, які автоматично переривають ланцюг струму, як тільки величина останнього перевершить допустиму норму.
· Найбільш широко поширені в будинкових установках так звані пробкові запобіжники, в яких власне пре-дохранітелем - плавкою вставкою служить свинцева дріт того чи іншого діаметру, що обирається в залежності від номінальної-ної сили струму даної установки.
· § 26. ЕЛЕКТРИЧНА ДУГА
· Електрична дуга вперше була відкрита В. В. Петровим в 1802 р
· Якщо до полюсів джерела електричної енергії приєднання-нить вугільні стрижні-електроди і зблизити їх, то утворюється замкнуте електричне коло, по якій почне протікати струм. Вугілля погано проводить електричний струм, т. Е. Має біль-шим опором, тому в вугільних електродах при про-ходінні струму виділяється значна кількість тепла.
· У місці контакту, т. Е. В точці зіткнення вугільних електро-Трод, опір збільшується. В результаті зближені кін-ці вугільних стрижнів нагріваються до дуже високої температури і починають світитися.
· Якщо електроди розсунути так, щоб кінці їх не стикаючись-лись, то струм в ланцюзі припиниться і між кінцями електродів по-з'явиться сильне світіння - виникне електрична дуга.
· Виникнення електричної дуги пояснюється наступним. З підвищенням температури вугільних стрижнів збільшується швидкість руху електронів, що знаходяться у вугіллі. При сильному нагріванні швидкість руху вільних електронів зростає на-стільки, що при раздвижении вугілля електрони зі стрижнів виле-тануть в міжелектродному простір. Настає так звана електронна емісія, т. Е. Вихід вільних електронів з вугілля-ного стержня в зовнішнє середовище. При підвищенні температури електродів емісія збільшується.
· В повітрі вільні електрони з дуже великою швидкістю летять від негативного електрода (катода) до позитивного (аноду). Вони володіють великою енергією і, стикаючись з нею-тральні атомами повітря, розщеплюють їх на позитивно і від-ріцательно заряджені частинки - іони. Цей процес називається іонізацією внаслідок зіткнення.
· Якщо енергія електронів недостатня для іонізації нейтральних атомів, то в результаті зіткнень електронів з Нейт-ральних атомами останні починають рухатися швидше і нагре-ють повітря між електродами. Температура повітря між електродами досягає кілька тисяч градусів, внаслідок чого настає інший процес іонізації - теплової.
· Інтенсивне випромінювання світла нагрітими кінцями електродів також створює електрично заряджені частинки, т. Е. Відбувається фотоионизация.
· В результаті всіх процесів повітря між електродами іонізується і перестає бути електрично ній-тральні. Наявність розжарених газів (наприклад, вуглецю, що виділяється нагрітими до високої темпе-ратури вугіллям) підвищує електропровідність про-простору між електродами. Таким чином, між розсунутими електродами створюється газовий проме-жуток, добре проводить електричний струм - воз-ника дугового розряд.
· Світиться проміжок між електродами, за-нання іонами повітря, електронами і парами вуглецю, називається стовпом, а світяться ділянки поверхні кінців електродів - плямами.
· Вільні електрони, що знаходяться в просторі між електродами, з великою швидкістю направля-ються до позитивного електрода, піддаючи його бом-бардіровке і нагріваючи до високої температури. На кінці електрода, з'єднаного з позитивним полю-сом джерела енергії (на аноді), виникає Раска-ленне до білого анодное пляма, в центрі якого знаходиться воронкообразноепоглиблення або «кратер».
· Кінець електрода, з'єднаного з негативним полюсом джерела енергії (катод), має загострену форму і на ньому виникає невелике світиться катодна пляма.
· Схема дугового розряду показана на рис. 23. Основним джерелом ніком світла є «кратер». Світлове випромінювання катодного п'ят-на не перевищує 10%, а випромінювання стовпа - не більше 5% від усього світлового потоку, створюваного дуговим розрядом.
· Крім іонізації, в междуелектродного просторі проте-кают зворотні процеси рекомбінації і нейтралізації. Електро-ни і позитивні іони з'єднуються між собою, утворюючи нейтральні атоми. При цьому виділяється енергія, яку затра-тили електрони для розщеплення нейтральних частинок. Виділено-ва енергія проявляється у вигляді теплоти і електромагнітних ко-лебанія.
· У процесі дугового розряду вугільні електроди поступово згоряють і внаслідок хімічної сполуки з повітрям утворюють вуглекислий газ С02.
· Так як електрод, з'єднаний з позитивним затискачем джерела енергії, згоряє швидше, ніж електрод, з'єднаний з негативним затискачем, для анода використовується вугільний стер-жень з великим діаметром, ніж для катода.
· В даний час дугового розряд застосовують для освітлення в прожекторах дальньої дії і в кінопроекторах.
· Використання електричної дуги для зварювання металів впер-ші було запропоновано в 1882 р російським ученим Н. І. Бенардосом. Сутність цього способу зварювання полягає в тому, що один затиск джерела електричної енергії приєднується до зварюваної предмету, а другий - до вугільного електроду, вміщеної в ру-коятку (яку тримає зварювальник).
· Електрична дуга може утворитися не тільки між дво-ма вугільними електродами, але і між стрижнями з інших про-водять матеріалів.
· Якщо доторкнутися вугільним стрижнем, сполученим з джерелом ніком струму, до того місця предмета, яке бажано зварити, то між цим стрижнем і предметом виникає електрична дуга. Якщо занурити в полум'я дуги металевий стрижень з так називаються ваемого присадочного металу, то він під дією високої тим-ператури почне плавитися і окремими краплями стікати в зварювальну ванну. Розплавлений метал застигає у вигляді суцільного шва - валика, який скріплює окремі частини свариваемого предмета.
· Цей спосіб зварювання був дуже недосконалим і вимагав зна-чанням значних поліпшень. Треба було захистити розплавлений метал шва від контакту з повітрям, так як кисень, вхо-дящій до складу повітря, потрапляючи в шов, робив його тендітним. При згорянні вугільного стрижня в шов проникало зайва кількість вуглецю, який так само, як і кисень, робить метал крихким. Крім того, вугільний стрижень створював дуже високу темпера-туру, внаслідок чого метал перегрівався і ослаблялся. Також необхідно було удосконалити подачу присадочного метал-ла в полум'я дуги, так як зварнику було важко довгий час утримувати металевий пруток у висячому положенні в руці.
· У 1888 р Н. Г. Славяновим був запропонований інший, більш досконалий-ний спосіб електрозварювання. Щоб уникнути науглероживания і пере-Гревьє металу, Н. Г. Славянов замість вугільного стрижня застосував металевий, який, створюючи дугу, розплавлявся і рідкий метал служив для заповнення шва. Для захисту розплавленого металу від кисню повітря Н. Г. Славянов запропонував посипати місце зварювання товченим склом. Частина товченого скла розплав-ляется і покриває тонким шаром шлаку метал шва, оберігаючи його від шкідливого впливу повітря.
· Н. Г. Славяновим був винайдений електричний плавільнік, автоматично регулює довжину дуги, яка за способом Бенардоса регулювалася вручну. Відстань між електродами при дугового зварювання становить 3-10 мм.
· В даний час електрозварювання широко застосовується при спорудженні каркасів промислових та житлових будівель, гідростан-ций, судів, трубопроводів, котлів і. т. д. Вона є основним способом з'єднання елементів металевих конструкцій і майже зовсім витіснила клепку. Електрична дуга використовується і для зварювання металів під водою. Для цього на сталевий електрод носять водонепроникне захисне покриття з крейди, залізного сурику, титанової руди, польового шпату і рідкого скла. При утворенні дугового розряду плавиться кінець сталевого стрижня. Зовнішнє покриття стрижня, оточене холодною водою, плавить-ся повільніше сталевого стрижня, тому на кінці електрода зав-жди буде кільцеподібний виступ, який є захисним козир-ком. Під цим козирком під дією високої температури дуги утворюються пари розплавленого металу, гази і пари мінеральні-них речовин, що входять в покриття, водень і кисень, являю-щиеся продуктами розкладання води. Ці речовини утворюють газовий міхур, що захищає простір під козирком від води.
· Електричне зварювання, здійснюється як на постійному, так і на змінному струмі.
· Кожен дотик вугільного або металевого стержня до зварюваного предмету для джерела електричної енергії веде До короткого замикання. Тому для харчування зварювальних устано-вок застосовують спеціальні джерела електричної енергії (ге-нератори, трансформатори), які переносять короткі замикаючи-ня, не виходячи з ладу.
· Дугова піч дозволяє дуже просто регулювати температу-ру зміною величини струму. Вона економічна, так як виключає втрати енергії, неминучі при передачі тепла металу від палива, що згорає у відокремленому приміщенні.