Lichtbogen: Ursachen und Anwendungsmethoden

Beim Schalten elektrischer Geräte oder bei Überspannungen im Stromkreis zwischen spannungsführenden Teilen kann ein Lichtbogen entstehen. Es kann für nützliche technologische Zwecke verwendet werden und gleichzeitig für Geräte schädlich sein. Derzeit haben Ingenieure eine Reihe von Methoden entwickelt, um den Lichtbogen zu bekämpfen und für nützliche Zwecke zu nutzen. In diesem Artikel werden wir uns mit ihrer Entstehung, ihren Auswirkungen und ihrem Umfang befassen.

Lichtbogenbildung, ihre Struktur und Eigenschaften

Stellen wir uns vor, wir führen ein Experiment in einem Labor durch. Wir haben zwei Leiter, zum Beispiel Metallnägel. Wir setzen sie mit einer Spitze in geringem Abstand zueinander und verbinden die Leitungen einer einstellbaren Spannungsquelle mit den Nägeln. Wenn wir die Spannung der Stromquelle allmählich erhöhen, sehen wir bei einem bestimmten Wert Funken, wonach ein stabiles Glühen ähnlich einem Blitz entsteht.

So können Sie den Entstehungsprozess beobachten. Das Glühen, das sich zwischen den Elektroden bildet, ist Plasma. Tatsächlich ist dies ein Lichtbogen oder das Fließen eines elektrischen Stroms durch ein gasförmiges Medium zwischen den Elektroden. In der folgenden Abbildung sehen Sie seinen Aufbau und die Strom-Spannungs-Kennlinie:

Und hier die ungefähren Werte der Temperaturen:

Warum entsteht ein Lichtbogen?

Alles ist sehr einfach, wir haben im Artikel über berücksichtigt elektrisches Feldund auch im Artikel über Ladungsverteilung im Leiterdass, wenn ein leitender Körper (z. B. ein Stahlnagel) in ein elektrisches Feld eingeführt wird, sich auf seiner Oberfläche Ladungen ansammeln. Außerdem sammeln sie sich umso mehr an, je kleiner der Biegeradius der Oberfläche ist. Vereinfacht gesagt sammeln sich Ladungen an der Nagelspitze.

Luft ist Gas zwischen unseren Elektroden. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes wird es ionisiert. Dadurch entstehen Bedingungen für die Bildung eines Lichtbogens.

Die Spannung, bei der der Lichtbogen auftritt, hängt von der jeweiligen Umgebung und ihrem Zustand ab: Druck, Temperatur und andere Faktoren.

Interessant: nach einer Version wird dieses Phänomen wegen seiner Form so genannt. Tatsache ist, dass sich beim Verbrennen der Entladung Luft oder ein anderes Gas, das sie umgibt, erwärmt und aufsteigt, wodurch eine Verzerrung der geradlinigen Form auftritt und wir einen Bogen oder einen Bogen sehen.

Um den Lichtbogen zu zünden, muss entweder die Durchbruchspannung des Mediums zwischen den Elektroden überwunden oder der Stromkreis unterbrochen werden. Wenn im Stromkreis eine große Induktivität vorhanden ist, kann der Strom nach den Kommutierungsgesetzen nicht sofort unterbrochen werden, er fließt weiter. In dieser Hinsicht erhöht sich die Spannung zwischen den getrennten Kontakten und der Lichtbogen brennt, bis die Spannung verschwindet und die im Magnetfeld der Induktivität angesammelte Energie abgebaut ist.

Berücksichtigen Sie die Zünd- und Verbrennungsbedingungen:

Zwischen den Elektroden muss sich Luft oder ein anderes Gas befinden. Um die Durchbruchspannung des Mediums zu überwinden, ist eine Hochspannung von mehreren zehntausend Volt erforderlich - dies hängt vom Elektrodenabstand und anderen Faktoren ab. Um das Brennen des Lichtbogens aufrechtzuerhalten, reichen 50-60 Volt und ein Strom von 10 oder mehr Ampere aus. Die spezifischen Werte hängen von der Umgebung, der Form der Elektroden und dem Abstand zwischen ihnen ab.

Schade und kämpfe dagegen

Wir haben die Ursachen für das Auftreten eines Lichtbogens betrachtet. Lassen Sie uns nun herausfinden, welchen Schaden er anrichtet und wie er gelöscht werden kann. Ein Lichtbogen beschädigt die Schaltanlage. Ist Ihnen aufgefallen, dass ein kleiner Blitz auftritt, wenn Sie ein leistungsstarkes Elektrogerät ans Netz schalten und nach einiger Zeit den Stecker aus der Steckdose ziehen. Dieser Lichtbogen entsteht zwischen den Stiften des Steckers und der Buchse durch eine Unterbrechung des Stromkreises.

Wichtig! Beim Brennen eines Lichtbogens wird viel Wärme freigesetzt, die Temperatur seiner Verbrennung erreicht Werte von mehr als 3000 Grad Celsius. In Hochspannungskreisen erreicht die Lichtbogenlänge einen Meter oder mehr. Es besteht die Gefahr von Schäden für die menschliche Gesundheit und den Zustand des Geräts.

Das gleiche passiert bei Lichtschaltern, anderen Schaltgeräten, einschließlich:

• automatische Schalter;
• magnetische Starter;
• Schütze und mehr.

Bei Geräten, die in 0,4-kV-Netzen, einschließlich der üblichen 220 V, verwendet werden, werden spezielle Schutzmittel verwendet - Lichtbogenlöschkammern. Sie werden benötigt, um Kontaktschäden zu reduzieren.

Im Allgemeinen ist eine Lichtbogenlöschkammer ein Satz leitfähiger Trennwände einer speziellen Konfiguration und Form, die durch Wände aus einem dielektrischen Material befestigt sind.

Beim Öffnen der Kontakte biegt sich das gebildete Plasma in Richtung Lichtbogenlöschkammer, wo es in kleine Abschnitte zerlegt wird. Dadurch wird es abgekühlt und erloschen.

In Hochspannungsnetzen werden Öl-, Vakuum-, Gasschalter verwendet. Beim Ölschutzschalter erfolgt die Dämpfung durch das Schalten der Kontakte im Ölbad. Wenn ein Lichtbogen in Öl brennt, zerfällt er in Wasserstoff und Gase. Um die Kontakte bildet sich eine Gasblase, die mit hoher Geschwindigkeit aus der Kammer entweicht und der Lichtbogen abkühlt, da Wasserstoff eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt.

Gase werden in Vakuum-Leistungsschaltern nicht ionisiert und es gibt keine Bedingungen für Lichtbogenbildung. Es gibt auch mit Hochdruckgas gefüllte Schalter. Wenn sich ein Lichtbogen bildet, steigt die Temperatur in ihnen nicht an, der Druck steigt, und aus diesem Grund nimmt die Ionisierung von Gasen ab oder es tritt eine Deionisierung auf. Ein vielversprechendes Gebiet wird in Betracht gezogen SF6-Leistungsschalter.

Eine Null-Wechselstrom-Umschaltung ist ebenfalls möglich.

Nützliche Anwendung

Das betrachtete Phänomen hat eine Reihe nützlicher Anwendungen gefunden, zum Beispiel:

1. Beleuchtung. Zum Beispiel Bogenentladungslampen (DRL, Xenon und andere Typen). Wenn Sie den Elektroden Salze bestimmter Metalle hinzufügen, ändert sich die Farbe des Lichtbogens.
2. Lichtbogenschweißen. Wenn die Elektrode die Metalloberfläche berührt, fließt ein hoher Strom, der das Metall erhitzt. Beim Abbrechen der Elektrode kann der Strom nicht unterbrochen werden, die erhitzten Oberflächen geben die Elektroden ab und es entsteht ein Lichtbogen. Wenn die zu schweißenden Metallflächen und die Elektrode selbst geschmolzen sind, ist es möglich, zwei Teile zu verbinden oder zu schneiden. Es gibt verschiedene Arten des Schweißens, zum Beispiel mit Elektroden oder Gas - Kohlendioxid oder Argon. Es ist universell einsetzbar und hat einen großen Beitrag zum Wohnungs- und Industriebau geleistet.
3. Lichtbogen schmelzen. Der Lichtbogen hängt von den elektrischen Parametern der Stromquellen ab, daher ist es möglich, seine Verbrennung zu regulieren. Aufgrund der hohen Temperatur ist es möglich, eine Vielzahl von Metallen zu schmelzen.

Abschließend empfehlen wir Ihnen, sich ein nützliches Video zum Thema des Artikels anzusehen:

Jetzt wissen Sie, was ein Lichtbogen ist, was die Ursachen für dieses Phänomen und mögliche Anwendungen sind. Wir hoffen, die bereitgestellten Informationen waren klar und nützlich für Sie!

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