Arc électrique: causes et modalités d'application

Lors de la commutation d'appareils électriques ou de surtensions dans le circuit entre des pièces sous tension, un arc électrique peut apparaître. Il peut être utilisé à des fins technologiques utiles et en même temps être nocif pour l'équipement. Actuellement, les ingénieurs ont développé un certain nombre de méthodes pour combattre et utiliser l'arc électrique à des fins utiles. Dans cet article, nous verrons comment il survient, ses implications et sa portée.

La formation de l'arc, sa structure et ses propriétés

Imaginons que nous menions une expérience dans un laboratoire. Nous avons deux conducteurs, par exemple des clous métalliques. Nous les plaçons avec une pointe les uns par rapport aux autres à une courte distance et connectons les fils d'une source de tension réglable aux clous. Si nous augmentons progressivement la tension de la source d'alimentation, alors à une certaine valeur de celle-ci, nous verrons des étincelles, après quoi une lueur constante semblable à la foudre se forme.

Ainsi, vous pouvez observer le processus de sa formation. La lueur qui se forme entre les électrodes est du plasma. En fait, il s'agit d'un arc électrique ou de la circulation d'un courant électrique à travers un milieu gazeux entre les électrodes. Dans la figure ci-dessous, vous pouvez voir sa structure et sa caractéristique courant-tension :

Et voici les valeurs approximatives des températures :

Pourquoi un arc électrique se produit-il ?

Tout est très simple, nous avons considéré dans l'article sur champ électriqueet aussi dans l'article sur répartition des charges dans le conducteurque si un corps conducteur (un clou en acier, par exemple) est introduit dans un champ électrique, des charges commenceront à s'accumuler à sa surface. De plus, plus le rayon de courbure de la surface est petit, plus ils s'accumulent. En termes simples, les charges s'accumulent sur le bout de l'ongle.

L'air est un gaz entre nos électrodes. Sous l'influence d'un champ électrique, il est ionisé. À la suite de tout cela, des conditions se présentent pour la formation d'un arc électrique.

La tension à laquelle l'arc se produit dépend de l'environnement spécifique et de son état: pression, température et autres facteurs.

Intéressant: selon une version, ce phénomène est ainsi appelé en raison de sa forme. Le fait est qu'au cours du processus de combustion de la décharge, l'air ou un autre gaz qui l'entoure se réchauffe et monte, ce qui entraîne une distorsion de la forme rectiligne et nous voyons un arc ou un arc.

Pour allumer l'arc, il faut soit vaincre la tension de claquage du milieu entre les électrodes, soit couper le circuit électrique. S'il y a une grande inductance dans le circuit, alors, selon les lois de la commutation, le courant ne peut pas être interrompu instantanément, il continuera à circuler. À cet égard, la tension entre les contacts déconnectés augmentera et l'arc brûlera jusqu'à ce que la tension disparaisse et que l'énergie accumulée dans le champ magnétique de l'inducteur soit dissipée.

Considérez les conditions d'allumage et de combustion :

Il doit y avoir de l'air ou un autre gaz entre les électrodes. Pour surmonter la tension de claquage du milieu, une haute tension de dizaines de milliers de volts est nécessaire - cela dépend de la distance entre les électrodes et d'autres facteurs. Pour maintenir la combustion de l'arc, 50-60 Volts et un courant de 10 Ampères ou plus suffisent. Les valeurs spécifiques dépendent de l'environnement, de la forme des électrodes et de la distance entre elles.

Faites du mal et combattez-le

Nous avons examiné les causes de l'apparition d'un arc électrique, voyons maintenant quel mal il fait et comment l'éteindre. Un arc électrique endommage l'appareillage. Avez-vous remarqué que si vous allumez un appareil électrique puissant sur le réseau et après un certain temps débranchez la fiche de la prise, un petit flash se produit. Cet arc se crée entre les broches de la fiche et de la prise à la suite d'une interruption du circuit électrique.

Important! Lors de la combustion d'un arc électrique, beaucoup de chaleur est dégagée, la température de sa combustion atteint des valeurs de plus de 3000 degrés Celsius. Dans les circuits haute tension, la longueur de l'arc atteint un mètre ou plus. Il existe un risque d'atteinte à la santé humaine et à l'état de l'équipement.

La même chose se produit dans les interrupteurs d'éclairage, d'autres équipements de commutation, notamment :

• commutateurs automatiques;
• démarreurs magnétiques;
• contacteurs et plus.

Dans les appareils utilisés dans les réseaux 0,4 kV, y compris le 220 V habituel, des moyens de protection spéciaux sont utilisés - des chambres d'extinction d'arc. Ils sont nécessaires pour réduire les dommages causés aux contacts.

En général, une chambre d'extinction d'arc est un ensemble de cloisons conductrices de configuration et de forme spéciales, fixées par des parois en matériau diélectrique.

Lorsque les contacts sont ouverts, le plasma formé se courbe vers la chambre d'extinction d'arc, où il est séparé en petites sections. En conséquence, il est refroidi et éteint.

Dans les réseaux à haute tension, des commutateurs à huile, à vide et à gaz sont utilisés. Dans le disjoncteur à huile, l'amortissement s'effectue par commutation des contacts dans le bain d'huile. Lorsqu'un arc électrique brûle dans l'huile, il se décompose en hydrogène et en gaz. Une bulle de gaz se forme autour des contacts, qui a tendance à s'échapper de la chambre à grande vitesse et l'arc se refroidit, car l'hydrogène a une bonne conductivité thermique.

Les gaz ne sont pas ionisés dans les disjoncteurs à vide et il n'y a pas de conditions pour la formation d'arcs. Il existe également des interrupteurs remplis de gaz haute pression. Lorsqu'un arc électrique se forme, leur température n'augmente pas, la pression augmente et, de ce fait, l'ionisation des gaz diminue ou la désionisation se produit. Un domaine prometteur est considéré Disjoncteurs SF6.

La commutation Zéro AC est également possible.

Application utile

Le phénomène considéré a trouvé un certain nombre d'applications utiles, par exemple :

1. Éclairage. Par exemple, les lampes à décharge d'arc (DRL, xénon et autres types). Si vous ajoutez des sels de certains métaux aux électrodes, la couleur de l'arc électrique changera.
2. Soudage à l'arc. Lorsque l'électrode touche la surface métallique, un courant élevé circule, qui chauffe le métal. Lorsque vous cassez l'électrode, le courant ne peut pas être interrompu, les surfaces chauffées émettent les électrodes et un arc se produit. Lorsque les surfaces métalliques à souder sont fondues et que l'électrode elle-même est fondue, il est possible de connecter deux pièces ou de les découper. Il existe différents types de soudage, par exemple à l'aide d'électrodes ou de gaz - dioxyde de carbone ou argon. Il est utilisé universellement et a apporté une énorme contribution à la construction résidentielle et industrielle.
3. Fusion de l'arc. L'arc électrique dépend des paramètres électriques des sources d'énergie, il est donc possible de réguler sa combustion. En raison de la température élevée, un grand nombre de métaux peuvent être fondus.

Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo utile sur le sujet de l'article :

Vous savez maintenant ce qu'est un arc électrique, quelles sont les causes de ce phénomène et les applications possibles. Nous espérons que les informations fournies ont été claires et utiles pour vous !

Matériaux associés :

• Causes d'un court-circuit
• Câble de soudage
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