Elektrikaar: põhjused ja kasutusviisid

Elektriseadmete ümberlülitamisel või pinge all olevate osade vahelises ahelas võib tekkida elektrikaar. Seda saab kasutada kasulikel tehnoloogilistel eesmärkidel ja samal ajal olla seadmetele kahjulik. Praegu on insenerid välja töötanud mitmeid meetodeid elektrikaare vastu võitlemiseks ja selle kasutamiseks kasulikel eesmärkidel. Käesolevas artiklis vaatleme, kuidas see tekib, selle tagajärjed ja ulatus.

Kaare teke, selle struktuur ja omadused

Kujutagem ette, et teeme laboris katset. Meil on kaks juhti, näiteks metallnaelad. Asetame need otsaga üksteise külge väikese vahemaa tagant ja ühendame reguleeritava pingeallika juhtmed naeltega. Kui tõstame järk-järgult toiteallika pinget, siis selle teatud väärtusel näeme sädemeid, mille järel tekib stabiilne välgulaadne kuma.

Seega saate jälgida selle moodustamise protsessi. Elektroodide vahele tekkiv kuma on plasma. Tegelikult on see elektrikaar või elektrivoolu vool läbi elektroodide vahelise gaasikeskkonna. Alloleval joonisel näete selle struktuuri ja voolu-pinge karakteristikut:

Ja siin on temperatuuride ligikaudsed väärtused:

Miks tekib elektrikaar?

Kõik on väga lihtne, käsitlesime artiklis elektrivälija ka artiklis teemal laengute jaotus juhiset kui elektrivälja viia mõni juhtiv keha (näiteks terasnael), hakkavad selle pinnale kogunema laengud. Veelgi enam, mida väiksem on pinna painderaadius, seda rohkem need kogunevad. Lihtsamalt öeldes kogunevad laengud küüne otsa.

Õhk on gaas meie elektroodide vahel. Elektrivälja mõjul see ioniseerub. Kõige selle tulemusena tekivad tingimused elektrikaare tekkeks.

Pinge, mille juures kaar tekib, sõltub konkreetsest keskkonnast ja selle olekust: rõhust, temperatuurist ja muudest teguritest.

Huvitav: ühe versiooni kohaselt nimetatakse seda nähtust selle kuju tõttu nn. Fakt on see, et heitgaasi põletamise käigus soojeneb ja tõuseb õhk või muu seda ümbritsev gaas, mille tagajärjel tekib sirgjoonelise kuju moonutamine ja näeme kaare või kaare.

Kaare süütamiseks on vaja ületada elektroodide vahelise keskkonna läbilöögipinge või katkestada elektriahel. Kui ahelas on suur induktiivsus, siis kommutatsiooniseaduste kohaselt ei saa selles olevat voolu hetkega katkestada, see voolab edasi. Sellega seoses suureneb pinge lahtiühendatud kontaktide vahel ja kaar põleb, kuni pinge kaob ja induktiivpooli magnetväljas kogunenud energia hajub.

Võtke arvesse süüte- ja põlemistingimusi:

Elektroodide vahel peab olema õhku või muud gaasi. Söötme läbilöögipinge ületamiseks on vaja kümnete tuhandete voltide kõrget pinget - see sõltub elektroodide vahelisest kaugusest ja muudest teguritest. Kaare põlemise säilitamiseks piisab 50-60 voltist ja voolust 10 või enam amprit. Konkreetsed väärtused sõltuvad keskkonnast, elektroodide kujust ja nendevahelisest kaugusest.

Kahjustada ja selle vastu võidelda

Oleme kaalunud elektrikaare tekkimise põhjuseid, nüüd mõelgem välja, millist kahju see teeb ja kuidas seda kustutada. Elektrikaar kahjustab jaotusseadet. Kas olete märganud, et kui lülitate võrku võimsa elektriseadme ja mõne aja pärast eemaldate pistiku pistikupesast, tekib väike sähvatus. See kaar tekib pistiku tihvtide ja pistikupesa vahele elektriahela katkestuse tagajärjel.

Tähtis! Elektrikaare põlemisel eraldub palju soojust, selle põlemistemperatuur ulatub üle 3000 kraadi Celsiuse järgi. Kõrgepingeahelates ulatub kaare pikkus meetrini või rohkemgi. On oht kahjustada inimeste tervist ja seadmete seisukorda.

Sama juhtub valguslülitite ja muude lülitusseadmetega, sealhulgas:

• automaatsed lülitid;
• magnetkäivitajad;
• kontaktorid ja palju muud.

Seadmetes, mida kasutatakse 0,4 kV võrkudes, sealhulgas tavalises 220 V, kasutatakse spetsiaalseid kaitsevahendeid - kaare kustutuskambreid. Neid on vaja kontaktidele tekitatava kahju vähendamiseks.

Üldiselt on kaarekustutuskamber spetsiaalse konfiguratsiooni ja kujuga juhtivate vaheseinte komplekt, mis on kinnitatud dielektrilisest materjalist seintega.

Kontaktide avamisel paindub moodustunud plasma kaare kustutuskambri poole, kus see eraldatakse väikesteks osadeks. Selle tulemusena see jahutatakse ja kustub.

Kõrgepingevõrkudes kasutatakse õli-, vaakum-, gaasilüliteid. Õlikaitselülitis toimub summutamine õlivannis olevate kontaktide ümberlülitamisega. Kui elektrikaar põleb õlis, laguneb see vesinikuks ja gaasideks. Kontaktide ümber tekib gaasimull, mis kipub suurel kiirusel kambrist välja pääsema ja kaar jahtub, kuna vesinikul on hea soojusjuhtivus.

Vaakumkaitselülitites ei ioniseerita gaase ja puuduvad tingimused kaare tekkeks. Samuti on kõrgsurvegaasiga täidetud lülitid. Elektrikaare tekkimisel temperatuur neis ei tõuse, rõhk tõuseb ja seetõttu väheneb gaaside ionisatsioon või toimub deioniseerumine. Arvatakse, et valdkond on paljutõotav SF6 kaitselülitid.

Võimalik on ka null-AC ümberlülitus.

Kasulik rakendus

Vaadeldav nähtus on leidnud mitmeid kasulikke rakendusi, näiteks:

1. Valgustus. Näiteks kaarlahenduslambid (DRL, ksenoon ja muud tüüpi). Kui lisate elektroodidele teatud metallide soolasid, muutub elektrikaare värvus.
2. Kaarkeevitus. Kui elektrood puudutab metallpinda, voolab tugev vool, mis soojendab metalli. Elektroodi katkestamisel ei saa voolu katkeda, kuumenenud pinnad kiirgavad elektroode ja tekib kaar. Kui keevitatavad metallpinnad on sulanud ja elektrood ise sulanud, on võimalik kaks osa ühendada või lõigata. Keevitamiseks on erinevaid tüüpe, näiteks kasutades elektroode või gaasi – süsinikdioksiidi või argooni. Seda kasutatakse universaalselt ja see on andnud tohutu panuse elamu- ja tööstusehitusse.
3. Kaare sulamine. Elektrikaar sõltub jõuallikate elektrilistest parameetritest, seega on võimalik reguleerida selle põlemist. Kõrge temperatuuri tõttu on võimalik sulatada suur hulk metalle.

Lõpuks soovitame vaadata kasulikku videot artikli teemal:

Nüüd teate, mis on elektrikaar, millised on selle nähtuse põhjused ja võimalikud rakendused. Loodame, et esitatud teave oli teile selge ja kasulik!

Seotud materjalid:

• Lühise põhjused
• Keevituskaabel
• Keevitusjuhtmed harukarbis