Arco elettrico: cause e modalità di applicazione

Quando si commutano dispositivi elettrici o sovratensioni nel circuito tra parti in tensione, potrebbe apparire un arco elettrico. Può essere utilizzato per utili scopi tecnologici e allo stesso tempo essere dannoso per le apparecchiature. Attualmente, gli ingegneri hanno sviluppato una serie di metodi per combattere e utilizzare l'arco elettrico per scopi utili. In questo articolo, esamineremo come si presenta, le sue implicazioni e la sua portata.

Formazione dell'arco, sua struttura e proprietà

Immaginiamo di condurre un esperimento in laboratorio. Abbiamo due conduttori, ad esempio chiodi metallici. Li posizioniamo con una punta l'uno sull'altro a breve distanza e colleghiamo i cavi di una sorgente di tensione regolabile ai chiodi. Se aumentiamo gradualmente la tensione della fonte di alimentazione, a un certo valore vedremo scintille, dopo di che si forma un bagliore stabile simile a un fulmine.

Quindi, puoi osservare il processo della sua formazione. Il bagliore che si forma tra gli elettrodi è plasma. In realtà, questo è un arco elettrico o il flusso di una corrente elettrica attraverso un mezzo gassoso tra gli elettrodi. Nella figura seguente è possibile vedere la sua struttura e le caratteristiche di corrente-tensione:

Ed ecco i valori approssimativi delle temperature:

Perché si verifica un arco elettrico?

Tutto è molto semplice, abbiamo considerato nell'articolo su campo elettricoe anche nell'articolo su distribuzione delle cariche nel conduttoreche se un corpo conduttore (un chiodo d'acciaio, per esempio) viene introdotto in un campo elettrico, le cariche inizieranno ad accumularsi sulla sua superficie. Inoltre, più piccolo è il raggio di curvatura della superficie, più si accumulano. In parole povere, le cariche si accumulano sulla punta dell'unghia.

L'aria è gas tra i nostri elettrodi. Sotto l'influenza di un campo elettrico, viene ionizzato. Come risultato di tutto ciò, sorgono le condizioni per la formazione di un arco elettrico.

La tensione alla quale si verifica l'arco dipende dall'ambiente specifico e dal suo stato: pressione, temperatura e altri fattori.

Interessante: secondo una versione, questo fenomeno è così chiamato a causa della sua forma. Il fatto è che nel processo di combustione della scarica, l'aria o altro gas che la circonda si riscalda e sale, a seguito della quale si verifica una distorsione della forma rettilinea e vediamo un arco o un arco.

Per accendere l'arco, è necessario superare la tensione di rottura del mezzo tra gli elettrodi o interrompere il circuito elettrico. Se c'è una grande induttanza nel circuito, quindi, secondo le leggi della commutazione, la corrente in essa non può essere interrotta istantaneamente, continuerà a fluire. A questo proposito, la tensione tra i contatti scollegati aumenterà e l'arco brucerà fino a quando la tensione non scompare e l'energia accumulata nel campo magnetico dell'induttore viene dissipata.

Considerare le condizioni di accensione e combustione:

Ci deve essere aria o altro gas tra gli elettrodi. Per superare la tensione di rottura del mezzo, è necessaria un'alta tensione di decine di migliaia di volt, che dipende dalla distanza tra gli elettrodi e da altri fattori. Per mantenere la combustione dell'arco sono sufficienti 50-60 Volt e una corrente di 10 o più Ampere. I valori specifici dipendono dall'ambiente, dalla forma degli elettrodi e dalla distanza tra loro.

Danneggia e combatti contro di esso

Abbiamo considerato le cause del verificarsi di un arco elettrico, ora scopriamo che danno fa e come estinguerlo. Un arco elettrico danneggia il quadro. Hai notato che se accendi un potente elettrodomestico alla rete e dopo un po 'scollega la spina dalla presa, si verifica un piccolo lampo. Questo arco si crea tra i pin della spina e della presa a causa di un'interruzione del circuito elettrico.

Importante! Durante la combustione di un arco elettrico, viene rilasciato molto calore, la temperatura della sua combustione raggiunge valori superiori a 3000 gradi Celsius. Nei circuiti ad alta tensione, la lunghezza dell'arco raggiunge un metro o più. Esiste il pericolo di danni alla salute umana e alle condizioni dell'apparecchiatura.

La stessa cosa accade negli interruttori della luce, altre apparecchiature di commutazione, tra cui:

• interruttori automatici;
• starter magnetici;
• contattori e altro.

Nei dispositivi utilizzati in reti da 0,4 kV, inclusi i soliti 220 V, vengono utilizzati mezzi di protezione speciali: camere di estinzione dell'arco. Sono necessari per ridurre il danno causato ai contatti.

In generale, la camera di estinzione dell'arco è un insieme di partizioni conduttive di configurazione e forma speciali, fissate da pareti di materiale dielettrico.

All'apertura dei contatti, il plasma formatosi si piega verso la camera di estinzione dell'arco, dove viene suddiviso in piccole sezioni. Di conseguenza, viene raffreddato ed estinto.

Nelle reti ad alta tensione vengono utilizzati interruttori olio, vuoto, gas. Nell'interruttore automatico dell'olio, lo smorzamento avviene commutando i contatti nel bagno d'olio. Quando un arco elettrico brucia nell'olio, si decompone in idrogeno e gas. Intorno ai contatti si forma una bolla di gas che tende a fuoriuscire dalla camera ad alta velocità e l'arco si raffredda, poiché l'idrogeno ha una buona conduttività termica.

I gas non sono ionizzati negli interruttori del vuoto e non ci sono condizioni per la formazione di archi. Ci sono anche interruttori riempiti di gas ad alta pressione. Quando si forma un arco elettrico, la temperatura in essi non aumenta, la pressione aumenta e, a causa di ciò, la ionizzazione dei gas diminuisce o si verifica la deionizzazione. Un'area promettente è considerata Interruttori in SF6.

È anche possibile la commutazione zero AC.

Applicazione utile

Il fenomeno considerato ha trovato numerose applicazioni utili, ad esempio:

1. Illuminazione. Ad esempio, lampade a scarica ad arco (DRL, xeno e altri tipi). Se si aggiungono sali di alcuni metalli agli elettrodi, il colore dell'arco elettrico cambierà.
2. Saldatura ad arco. Quando l'elettrodo tocca la superficie metallica, scorre una corrente elevata che riscalda il metallo. Quando si interrompe l'elettrodo, la corrente non può essere interrotta, le superfici riscaldate emettono gli elettrodi e si verifica un arco. Quando le superfici metalliche da saldare sono fuse e l'elettrodo stesso è fuso, è possibile collegare due parti o tagliarle. Esistono diversi tipi di saldatura, ad esempio utilizzando elettrodi o gas - anidride carbonica o argon. È usato universalmente e ha dato un enorme contributo all'edilizia residenziale e industriale.
3. Fusione ad arco. L'arco elettrico dipende dai parametri elettrici dei generatori, quindi è possibile regolarne la combustione. A causa dell'elevata temperatura, è possibile fondere un gran numero di metalli.

Infine, ti consigliamo di guardare un video utile sull'argomento dell'articolo:

Ora sai cos'è un arco elettrico, quali sono le cause di questo fenomeno e le possibili applicazioni. Speriamo che le informazioni fornite siano state chiare e utili per te!

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