Arco eléctrico: causas y métodos de aplicación.

Al cambiar dispositivos eléctricos o sobretensiones en el circuito entre partes vivas, puede aparecer un arco eléctrico. Puede utilizarse con fines tecnológicos útiles y, al mismo tiempo, ser perjudicial para los equipos. Actualmente, los ingenieros han desarrollado una serie de métodos para combatir y utilizar el arco eléctrico con fines útiles. En este artículo veremos cómo surge, sus implicaciones y su alcance.

Formación de arco, su estructura y propiedades.

Imaginemos que estamos realizando un experimento en un laboratorio. Tenemos dos conductores, por ejemplo clavos metálicos. Los colocamos con una punta entre sí a una distancia corta y conectamos los cables de una fuente de voltaje ajustable a los clavos. Si aumentamos gradualmente el voltaje de la fuente de energía, a un cierto valor veremos chispas, después de lo cual se forma un resplandor constante similar a un rayo.

Por lo tanto, puede observar el proceso de su formación. El resplandor que se forma entre los electrodos es plasma. De hecho, se trata de un arco eléctrico o el flujo de una corriente eléctrica a través de un medio gaseoso entre los electrodos. En la siguiente figura puede ver su estructura y característica corriente-voltaje:

Y aquí están los valores aproximados de las temperaturas:

¿Por qué ocurre un arco eléctrico?

Todo es muy simple, lo consideramos en el artículo sobre campo eléctricoy también en el artículo sobre distribución de cargas en el conductorque si cualquier cuerpo conductor (un clavo de acero, por ejemplo) se introduce en un campo eléctrico, las cargas comenzarán a acumularse en su superficie. Además, cuanto menor es el radio de curvatura de la superficie, más se acumulan. En términos simples, las cargas se acumulan en la punta de la uña.

El aire es gas entre nuestros electrodos. Bajo la influencia de un campo eléctrico, se ioniza. Como resultado de todo esto, surgen las condiciones para la formación de un arco eléctrico.

La tensión a la que se produce el arco depende del entorno específico y su estado: presión, temperatura y otros factores.

Interesante: según una versión, este fenómeno se llama así por su forma. El caso es que en el proceso de quemar la descarga, el aire u otro gas que la rodea se calienta y asciende, como resultado de lo cual se produce una distorsión de la forma rectilínea y vemos un arco o un arco.

Para encender el arco, es necesario superar el voltaje de ruptura del medio entre los electrodos o romper el circuito eléctrico. Si hay una gran inductancia en el circuito, entonces, de acuerdo con las leyes de conmutación, la corriente en él no se puede interrumpir instantáneamente, continuará fluyendo. En este sentido, la tensión entre los contactos desconectados aumentará y el arco se quemará hasta que desaparezca la tensión y se disipe la energía acumulada en el campo magnético del inductor.

Considere las condiciones de ignición y combustión:

Debe haber aire u otro gas entre los electrodos. Para superar el voltaje de ruptura del medio, se requiere un voltaje alto de decenas de miles de voltios; esto depende de la distancia entre los electrodos y otros factores. Para mantener la combustión del arco, son suficientes 50-60 voltios y una corriente de 10 o más amperios. Los valores específicos dependen del entorno, la forma de los electrodos y la distancia entre ellos.

Dañarlo y luchar contra él

Hemos considerado las causas de la aparición de un arco eléctrico, ahora averigüemos qué daño hace y cómo extinguirlo. Un arco eléctrico daña la aparamenta. ¿Ha notado que si enciende un aparato eléctrico potente a la red y después de un tiempo desenchufa el enchufe de la toma de corriente, se produce un pequeño destello? Este arco se crea entre las clavijas del enchufe y el enchufe como resultado de una interrupción en el circuito eléctrico.

¡Importante! Durante la combustión de un arco eléctrico, se libera mucho calor, la temperatura de su combustión alcanza valores de más de 3000 grados centígrados. En circuitos de alto voltaje, la longitud del arco alcanza un metro o más. Existe el peligro de dañar la salud humana y el estado del equipo.

Lo mismo sucede con los interruptores de luz, otros equipos de conmutación, que incluyen:

• interruptores automáticos;
• arrancadores magnéticos;
• contactores y más.

En los dispositivos que se utilizan en redes de 0,4 kV, incluidos los 220 V habituales, se utilizan medios de protección especiales: cámaras de extinción de arco. Son necesarios para reducir el daño causado a los contactos.

En general, una cámara de extinción de arco es un conjunto de particiones conductoras de una configuración y forma especial, unidas por paredes de un material dieléctrico.

Cuando se abren los contactos, el plasma formado se dobla hacia la cámara de extinción del arco, donde se separa en pequeñas secciones. Como resultado, se enfría y se extingue.

En redes de alto voltaje, se utilizan interruptores de aceite, vacío, gas. En el disyuntor de aceite, la amortiguación se realiza conmutando los contactos en el baño de aceite. Cuando un arco eléctrico arde en aceite, se descompone en hidrógeno y gases. Se forma una burbuja de gas alrededor de los contactos, que tiende a escapar de la cámara a alta velocidad y el arco se enfría, ya que el hidrógeno tiene buena conductividad térmica.

Los gases no se ionizan en los disyuntores de vacío y no existen condiciones para la formación de arco. También hay interruptores llenos de gas a alta presión. Cuando se forma un arco eléctrico, la temperatura en ellos no aumenta, la presión aumenta y, debido a esto, la ionización de los gases disminuye o se produce la desionización. Se considera un área prometedora Disyuntores SF6.

También es posible la conmutación de CA cero.

Aplicación útil

El fenómeno considerado ha encontrado una serie de aplicaciones útiles, por ejemplo:

1. Encendiendo. Por ejemplo, lámparas de descarga de arco (DRL, xenón y otros tipos). Si agrega sales de ciertos metales a los electrodos, el color del arco eléctrico cambiará.
2. Soldadura por arco. Cuando el electrodo toca la superficie del metal, fluye una corriente alta que calienta el metal. Cuando se rompe el electrodo, la corriente no se puede interrumpir, las superficies calientes emiten los electrodos y se produce un arco. Cuando las superficies metálicas a soldar se funden y el propio electrodo se funde, es posible conectar dos partes o cortarlas. Hay diferentes tipos de soldadura, por ejemplo, utilizando electrodos o gas: dióxido de carbono o argón. Se utiliza universalmente y ha contribuido enormemente a la construcción residencial e industrial.
3. Arco que se derrite. El arco eléctrico depende de los parámetros eléctricos de las fuentes de energía, por lo que es posible regular su combustión. Debido a la alta temperatura, se pueden fundir una gran cantidad de metales.

Finalmente, recomendamos ver un video útil sobre el tema del artículo:

Ahora ya sabes qué es un arco eléctrico, cuáles son las causas de este fenómeno y sus posibles aplicaciones. ¡Esperamos que la información proporcionada sea clara y útil para usted!

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