Električni luk: uzroci i načini primjene

Prilikom prebacivanja električnih uređaja ili prenapona u krugu između dijelova pod naponom može se pojaviti električni luk. Može se koristiti u korisne tehnološke svrhe, a istovremeno biti štetan za opremu. Trenutno su inženjeri razvili brojne metode za borbu protiv i korištenje električnog luka u korisne svrhe. U ovom ćemo članku pogledati kako nastaje, njegove implikacije i opseg.

Formiranje luka, njegova struktura i svojstva

Zamislimo da provodimo pokus u laboratoriju. Imamo dva vodiča, na primjer metalne čavle. Postavljamo ih vrhom jedan prema drugom na maloj udaljenosti i spajamo vodove podesivog izvora napona na čavle. Ako postupno povećavamo napon izvora napajanja, tada ćemo pri određenoj vrijednosti vidjeti iskre, nakon čega se formira postojan sjaj sličan munji.

Tako možete promatrati proces njegovog formiranja. Sjaj koji nastaje između elektroda je plazma. Zapravo, ovo je električni luk ili protok električne struje kroz plinski medij između elektroda. Na donjoj slici možete vidjeti njegovu strukturu i strujno-naponsku karakteristiku:

A evo i približnih vrijednosti temperatura:

Zašto nastaje električni luk?

Sve je vrlo jednostavno, razmotrili smo u članku o električno poljea također i u članku o raspodjela naboja u vodičuda ako se bilo koje provodljivo tijelo (čelični čavao, na primjer) unese u električno polje, na njegovoj površini će se početi nakupljati naboji. Štoviše, što je manji radijus savijanja površine, to se više nakuplja. Jednostavno rečeno, naboji se nakupljaju na vrhu nokta.

Zrak je plin između naših elektroda. Pod utjecajem električnog polja dolazi do ionizacije. Uslijed svega toga nastaju uvjeti za nastanak električnog luka.

Napon pri kojem nastaje luk ovisi o specifičnom okruženju i njegovom stanju: tlaku, temperaturi i drugim čimbenicima.

Zanimljiv: prema jednoj verziji, ovaj fenomen je tako nazvan zbog svog oblika. Činjenica je da se u procesu izgaranja, zrak ili drugi plin koji ga okružuje zagrijava i diže, zbog čega dolazi do izobličenja pravocrtnog oblika i vidimo luk ili luk.

Da bi se zapalio luk, potrebno je ili prevladati probojni napon medija između elektroda, ili prekinuti električni krug. Ako u krugu postoji velika induktivnost, tada se, prema zakonima komutacije, struja u njemu ne može odmah prekinuti, ona će nastaviti teći. S tim u vezi, napon između isključenih kontakata će se povećati, a luk će gorjeti sve dok napon ne nestane i energija nakupljena u magnetskom polju induktora se rasprši.

Uzmite u obzir uvjete paljenja i izgaranja:

Između elektroda mora biti zraka ili drugog plina. Da bi se prevladao napon proboja medija, potreban je visoki napon od nekoliko desetaka tisuća volti - to ovisi o udaljenosti između elektroda i drugim čimbenicima. Za održavanje izgaranja luka dovoljno je 50-60 volti i struja od 10 ili više Ampera. Specifične vrijednosti ovise o okolišu, obliku elektroda i udaljenosti između njih.

Šteti i boriti se protiv toga

Razmotrili smo uzroke pojave električnog luka, a sada shvatimo kakvu štetu čini i kako ga ugasiti. Električni luk oštećuje razvodni uređaj. Jeste li primijetili da ako uključite snažan električni aparat na mrežu i nakon nekog vremena izvučete utikač iz utičnice, dolazi do malog bljeska. Ovaj luk nastaje između igle utikača i utičnice kao rezultat prekida u električnom krugu.

Važno! Tijekom izgaranja električnog luka oslobađa se puno topline, temperatura njegovog izgaranja doseže vrijednosti veće od 3000 stupnjeva Celzija. U visokonaponskim krugovima duljina luka doseže metar ili više. Postoji opasnost od oštećenja zdravlja ljudi i stanja opreme.

Ista stvar se događa u prekidačima svjetla, drugoj sklopnoj opremi, uključujući:

• automatski prekidači;
• magnetski starteri;
• kontaktori i drugo.

U uređajima koji se koriste u mrežama od 0,4 kV, uključujući uobičajene 220 V, koriste se posebna zaštitna sredstva - komore za gašenje luka. Oni su potrebni kako bi se smanjila šteta nanesena kontaktima.

Općenito, komora za gašenje luka je skup vodljivih pregrada posebne konfiguracije i oblika, pričvršćenih zidovima od dielektričnog materijala.

Kada se kontakti otvore, formirana plazma se savija prema komori za gašenje luka, gdje se odvaja na male dijelove. Kao rezultat toga, hladi se i gasi.

U visokonaponskim mrežama koriste se prekidači za ulje, vakuum, plin. U uljnom prekidaču prigušenje se odvija prebacivanjem kontakata u uljnoj kupelji. Kada električni luk gori u ulju, on se raspada na vodik i plinove. Oko kontakata nastaje mjehur plina, koji velikom brzinom nastoji pobjeći iz komore i luk se hladi, budući da vodik ima dobru toplinsku vodljivost.

Plinovi se ne ioniziraju u vakuumskim prekidačima i nema uvjeta za stvaranje luka. Postoje i visokotlačni prekidači punjeni plinom. Kada se formira električni luk, temperatura u njima se ne povećava, tlak raste i zbog toga se smanjuje ionizacija plinova ili dolazi do deionizacije. Razmatra se perspektivno područje SF6 prekidači.

Također je moguće prebacivanje na nulu AC.

Korisna aplikacija

Razmatrani fenomen pronašao je niz korisnih primjena, na primjer:

1. Rasvjeta. Na primjer, žarulje s lučnim pražnjenjem (DRL, ksenon i druge vrste). Ako u elektrode dodate soli određenih metala, promijenit će se boja električnog luka.
2. Elektrolučno zavarivanje. Kada elektroda dodirne metalnu površinu, teče jaka struja koja zagrijava metal. Kada prekinete elektrodu, struja se ne može prekinuti, zagrijane površine emitiraju elektrode i nastaje luk. Kada se metalne površine koje se zavaruju su otopljene i sama elektroda otopljena, moguće je spojiti dva dijela ili ih rezati. Postoje različite vrste zavarivanja, na primjer, pomoću elektroda ili plina - ugljičnog dioksida ili argona. Koristi se univerzalno i dao je ogroman doprinos stambenoj i industrijskoj izgradnji.
3. Taljenje luka. Električni luk ovisi o električnim parametrima izvora energije, pa je moguće regulirati njegovo izgaranje. Zbog visoke temperature može se rastopiti veliki broj metala.

Na kraju, preporučujemo gledanje korisnog videa na temu članka:

Sada znate što je električni luk, koji su uzroci ovog fenomena i moguće primjene. Nadamo se da su dostavljene informacije bile jasne i korisne za vas!

Povezani materijali:

• Uzroci kratkog spoja
• Kabel za zavarivanje
• Žice za zavarivanje u razvodnoj kutiji