Valokaari: syyt ja käyttötavat

Kytkettäessä sähkölaitteita tai ylijännitteitä jännitteisten osien välisessä piirissä voi ilmaantua valokaari. Sitä voidaan käyttää hyödyllisiin teknisiin tarkoituksiin ja samalla olla haitallinen laitteille. Tällä hetkellä insinöörit ovat kehittäneet useita menetelmiä sähkökaaren torjumiseksi ja käyttämiseksi hyödyllisiin tarkoituksiin. Tässä artikkelissa tarkastelemme sen syntyä, sen vaikutuksia ja laajuutta.

Kaaren muodostuminen, sen rakenne ja ominaisuudet

Kuvitellaan, että teemme koetta laboratoriossa. Meillä on kaksi johdinta, esimerkiksi metallinaulat. Asetamme ne kärjellä toisiinsa lyhyen matkan päässä ja yhdistämme säädettävän jännitelähteen johdot nauloihin. Jos lisäämme vähitellen virtalähteen jännitettä, niin sen tietyllä arvolla näemme kipinöitä, minkä jälkeen muodostuu salaman kaltainen vakaa hehku.

Siten voit tarkkailla sen muodostumisprosessia. Elektrodien väliin muodostuva hehku on plasmaa. Itse asiassa tämä on sähkökaari tai sähkövirran virtaus elektrodien välisen kaasuväliaineen läpi. Alla olevasta kuvasta näet sen rakenteen ja virta-jännite-ominaisuuden:

Ja tässä on lämpötilojen likimääräiset arvot:

Miksi sähkökaari syntyy?

Kaikki on hyvin yksinkertaista, mietimme artikkelissa sähkökenttäja myös artikkelissa aiheesta varausten jakautuminen johtimessaettä jos jokin johtava kappale (esimerkiksi teräsnaula) viedään sähkökenttään, sen pinnalle alkaa kerääntyä varauksia. Lisäksi mitä pienempi pinnan taivutussäde on, sitä enemmän niitä kerääntyy. Yksinkertaisesti sanottuna maksut kerääntyvät kynnen kärkeen.

Ilma on kaasua elektrodien välissä. Sähkökentän vaikutuksesta se ionisoituu. Kaiken tämän seurauksena syntyy edellytykset sähkökaaren muodostumiselle.

Jännite, jolla kaari syntyy, riippuu tietystä ympäristöstä ja sen tilasta: paine, lämpötila ja muut tekijät.

Mielenkiintoista: erään version mukaan tätä ilmiötä kutsutaan muodon vuoksi niin. Tosiasia on, että purkauksen polttoprosessissa sitä ympäröivä ilma tai muu kaasu lämpenee ja nousee, minkä seurauksena tapahtuu suoraviivaisen muodon vääristyminen ja näemme kaaren tai kaaren.

Kaaren sytyttämiseksi on tarpeen joko voittaa väliaineen läpilyöntijännite elektrodien välillä tai katkaista sähköpiiri. Jos piirissä on suuri induktanssi, niin kommutointilakien mukaan siinä olevaa virtaa ei voida katkaista välittömästi, se jatkaa virtaamista. Tässä suhteessa irrotettujen koskettimien välinen jännite kasvaa ja kaari palaa, kunnes jännite katoaa ja induktorin magneettikenttään kertynyt energia haihtuu.

Ota huomioon sytytys- ja palamisolosuhteet:

Elektrodien välissä on oltava ilmaa tai muuta kaasua. Väliaineen läpilyöntijännitteen voittamiseksi tarvitaan kymmenien tuhansien volttien korkea jännite - tämä riippuu elektrodien välisestä etäisyydestä ja muista tekijöistä. Kaaren palamisen ylläpitämiseksi riittää 50-60 volttia ja vähintään 10 ampeerin virta. Tarkat arvot riippuvat ympäristöstä, elektrodien muodosta ja niiden välisestä etäisyydestä.

Vahinko ja taistele sitä vastaan

Olemme pohtineet sähkökaaren esiintymisen syitä, nyt selvitetään, mitä haittaa se aiheuttaa ja kuinka se sammutetaan. Valokaari vaurioittaa kojeistoa. Oletko huomannut, että jos kytket tehokkaan sähkölaitteen verkkoon ja irrotat pistokkeen hetken kuluttua pistorasiasta, tapahtuu pieni välähdys. Tämä kaari syntyy pistokkeen nastojen ja pistorasian väliin sähköpiirin katkeamisen seurauksena.

Tärkeä! Sähkökaaren palamisen aikana vapautuu paljon lämpöä, sen palamislämpötila saavuttaa yli 3000 celsiusasteen arvot. Suurjännitepiireissä kaaren pituus saavuttaa metrin tai enemmän. On olemassa vaara ihmisten terveydelle ja laitteiden kunnosta.

Sama tapahtuu valokytkimissä, muissa kytkentälaitteissa, mukaan lukien:

• automaattiset kytkimet;
• magneettiset käynnistimet;
• kontaktorit ja paljon muuta.

Laitteissa, joita käytetään 0,4 kV verkoissa, mukaan lukien tavallinen 220 V, käytetään erityisiä suojavälineitä - kaarisammutuskammioita. Niitä tarvitaan kontakteille aiheutuvien haittojen vähentämiseksi.

Yleisesti ottaen valokaaren sammutuskammio on joukko johtavia väliseiniä, joilla on erityinen konfiguraatio ja muoto ja jotka on kiinnitetty dielektrisen materiaalin seinillä.

Kun koskettimet avataan, muodostunut plasma taipuu valokaaren sammutuskammioon, jossa se jaetaan pieniin osiin. Tämän seurauksena se jäähtyy ja sammuu.

Suurjänniteverkoissa käytetään öljy-, alipaine- ja kaasukytkimiä. Öljykatkaisijassa vaimennus tapahtuu kytkemällä koskettimet öljyhauteeseen. Kun valokaari palaa öljyssä, se hajoaa vedyksi ja kaasuksi. Koskettimien ympärille muodostuu kaasukupla, joka pyrkii karkaamaan kammiosta suurella nopeudella ja kaari jäähtyy, koska vedyllä on hyvä lämmönjohtavuus.

Kaasut eivät ionisoidu tyhjökatkaisijoissa, eikä valokaarille ole ehtoja. On myös korkeapainekaasulla täytettyjä kytkimiä. Kun muodostuu sähkökaari, lämpötila niissä ei nouse, paine nousee, ja tämän vuoksi kaasujen ionisaatio vähenee tai tapahtuu deionisaatiota. Lupaavaa aluetta pidetään SF6 katkaisijat.

Nollavaihtovirta on myös mahdollista.

Hyödyllinen sovellus

Käsiteltävä ilmiö on löytänyt useita hyödyllisiä sovelluksia, esimerkiksi:

1. Valaistus. Esimerkiksi kaaripurkauslamput (DRL, xenon ja muut tyypit). Jos lisäät tiettyjen metallien suoloja elektrodeihin, valokaaren väri muuttuu.
2. Kaarihitsaus. Kun elektrodi koskettaa metallipintaa, virtaa suuri virta, joka lämmittää metallin. Kun elektrodi katkeaa, virtaa ei voi katkaista, kuumennetut pinnat lähettävät elektrodeja ja syntyy kaari. Kun hitsattavat metallipinnat sulavat ja itse elektrodi sulaa, voidaan kaksi osaa yhdistää tai leikata. Hitsausta on erilaisia, esimerkiksi käyttämällä elektrodeja tai kaasua - hiilidioksidia tai argonia. Sitä käytetään yleisesti ja se on antanut valtavan panoksen asuin- ja teollisuusrakentamiseen.
3. Kaaren sulaminen. Valokaari riippuu teholähteiden sähköisistä parametreista, joten sen palamista on mahdollista säädellä. Korkean lämpötilan ansiosta suuri määrä metalleja voi sulaa.

Lopuksi suosittelemme katsomaan hyödyllisen videon artikkelin aiheesta:

Nyt tiedät mitä sähkökaari on, mitkä ovat tämän ilmiön syyt ja mahdolliset sovellukset. Toivomme, että antamasi tiedot olivat sinulle selkeitä ja hyödyllisiä!

Aiheeseen liittyvät materiaalit:

• Oikosulun syyt
• Hitsauskaapeli
• Hitsauslangat kytkentärasiassa