Elektriskais loks: cēloņi un pielietošanas metodes

Pārslēdzot elektriskās ierīces vai pārspriegumu ķēdē starp zemsprieguma daļām, var parādīties elektriskā loka. To var izmantot noderīgiem tehnoloģiskiem mērķiem un tajā pašā laikā kaitēt iekārtām. Pašlaik inženieri ir izstrādājuši vairākas metodes, lai apkarotu un izmantotu elektrisko loku lietderīgiem mērķiem. Šajā rakstā mēs apskatīsim, kā tas rodas, tā sekas un darbības joma.

Loka veidošanās, struktūra un īpašības

Iedomāsimies, ka mēs veicam eksperimentu laboratorijā. Mums ir divi vadītāji, piemēram, metāla naglas. Novietojam tos ar galu vienu pie otra nelielā attālumā un pievienojam regulējama sprieguma avota vadus pie naglām. Ja pakāpeniski palielināsim strāvas avota spriegumu, tad pie noteiktas tā vērtības redzēsim dzirksteles, pēc kurām veidojas vienmērīgs zibenim līdzīgs spīdums.

Tādējādi jūs varat novērot tā veidošanās procesu. Mirdzums, kas veidojas starp elektrodiem, ir plazma. Faktiski tas ir elektriskā loka vai elektriskās strāvas plūsma caur gāzes vidi starp elektrodiem. Zemāk esošajā attēlā var redzēt tā struktūru un strāvas-sprieguma raksturlielumus:

Un šeit ir aptuvenās temperatūru vērtības:

Kāpēc rodas elektriskā loka?

Viss ir ļoti vienkārši, mēs apsvērām rakstā par elektriskais lauksun arī rakstā par lādiņu sadalījums vadītājāja kāds vadošs ķermenis (piemēram, tērauda nagla) tiek ievadīts elektriskajā laukā, uz tā virsmas sāks uzkrāties lādiņi. Turklāt, jo mazāks ir virsmas lieces rādiuss, jo vairāk tie uzkrājas. Vienkārši sakot, uz naga gala uzkrājas lādiņi.

Gaiss ir gāze starp mūsu elektrodiem. Elektriskā lauka ietekmē tas tiek jonizēts. Tā visa rezultātā rodas apstākļi elektriskā loka veidošanai.

Spriegums, pie kura rodas loks, ir atkarīgs no konkrētās vides un tās stāvokļa: spiediena, temperatūras un citiem faktoriem.

Interesanti: saskaņā ar vienu versiju šī parādība tiek saukta tās formas dēļ. Fakts ir tāds, ka izlādes sadedzināšanas laikā gaiss vai cita gāze, kas to ieskauj, uzsilst un paceļas, kā rezultātā tiek izkropļota taisnvirziena forma un mēs redzam loku vai arku.

Lai aizdedzinātu loku, ir nepieciešams vai nu pārvarēt barotnes sabrukšanas spriegumu starp elektrodiem, vai arī pārtraukt elektrisko ķēdi. Ja ķēdē ir liela induktivitāte, tad saskaņā ar komutācijas likumiem strāva tajā nevar tikt pārtraukta uzreiz, tā turpinās plūst. Šajā sakarā palielināsies spriegums starp atvienotajiem kontaktiem, un loks degs, līdz spriegums pazūd un induktora magnētiskajā laukā uzkrātā enerģija tiks izkliedēta.

Apsveriet aizdegšanās un degšanas apstākļus:

Starp elektrodiem jābūt gaisam vai citai gāzei. Lai pārvarētu barotnes pārrāvuma spriegumu, ir nepieciešams desmitiem tūkstošu voltu augsts spriegums - tas ir atkarīgs no attāluma starp elektrodiem un citiem faktoriem. Lai uzturētu loka degšanu, pietiek ar 50-60 voltiem un 10 vai vairāk ampēru strāvu. Konkrētās vērtības ir atkarīgas no vides, elektrodu formas un attāluma starp tiem.

Kaitējiet un cīnieties pret to

Mēs esam apsvēruši elektriskās loka rašanās cēloņus, tagad izdomāsim, kādu kaitējumu tas nodara un kā to dzēst. Elektriskais loks sabojā sadales iekārtu. Vai esat ievērojuši, ka, ieslēdzot tīklā jaudīgu elektroierīci un pēc kāda laika atvienojot kontaktdakšu no kontaktligzdas, notiek neliela zibspuldze. Šis loks tiek izveidots starp spraudņa tapām un kontaktligzdu elektriskās ķēdes pārtraukuma rezultātā.

Svarīgs! Elektriskās loka degšanas laikā izdalās daudz siltuma, tā sadegšanas temperatūra sasniedz vairāk nekā 3000 grādus pēc Celsija. Augstsprieguma ķēdēs loka garums sasniedz metru vai vairāk. Pastāv draudi kaitēt cilvēku veselībai un iekārtas stāvoklim.

Tas pats notiek gaismas slēdžos, citās komutācijas iekārtās, tostarp:

• automātiskie slēdži;
• magnētiskie starteri;
• kontaktori un citi.

Ierīcēs, kuras tiek izmantotas 0,4 kV tīklos, tai skaitā parastajos 220 V, tiek izmantoti speciāli aizsardzības līdzekļi - loka dzēšanas kameras. Tie ir nepieciešami, lai samazinātu kontaktiem nodarīto kaitējumu.

Parasti loka dzēšanas kamera ir īpašas konfigurācijas un formas vadošu starpsienu komplekts, kas piestiprināts ar dielektriskā materiāla sienām.

Atverot kontaktus, izveidotā plazma noliecas pret loka dzēšanas kameru, kur tiek sadalīta mazās daļās. Rezultātā tas tiek atdzesēts un nodzēsts.

Augstsprieguma tīklos tiek izmantoti eļļas, vakuuma, gāzes slēdži. Eļļas slēdžā amortizācija notiek, pārslēdzot kontaktus eļļas vannā. Kad elektriskā loka deg eļļā, tā sadalās ūdeņradī un gāzēs. Ap kontaktiem veidojas gāzes burbulis, kam ir tendence lielā ātrumā izplūst no kameras un loks atdziest, jo ūdeņradim ir laba siltumvadītspēja.

Gāzes netiek jonizētas vakuuma slēdžos, un nav apstākļu loka rašanai. Ir arī augstspiediena gāzes pildīti slēdži. Veidojot elektrisko loku, temperatūra tajās nepaaugstinās, spiediens paaugstinās, un tāpēc samazinās gāzu jonizācija vai notiek dejonizācija. Tiek uzskatīts par daudzsološu jomu SF6 automātiskie slēdži.

Ir iespējama arī nulles maiņstrāvas pārslēgšana.

Noderīga aplikācija

Aplūkotā parādība ir atradusi vairākus noderīgus lietojumus, piemēram:

1. Apgaismojums. Piemēram, loka izlādes spuldzes (DRL, ksenona un citi veidi). Ja elektrodiem pievienosiet noteiktu metālu sāļus, mainīsies elektriskā loka krāsa.
2. Loka metināšana. Kad elektrods pieskaras metāla virsmai, plūst liela strāva, kas uzsilda metālu. Nolaužot elektrodu, strāvu nevar pārtraukt, apsildāmās virsmas izstaro elektrodus un rodas loks. Kad metināmās metāla virsmas ir izkausētas un pats elektrods ir izkusis, iespējams savienot divas daļas vai tās sagriezt. Ir dažādi metināšanas veidi, piemēram, izmantojot elektrodus vai gāzi – oglekļa dioksīdu vai argonu. Tas tiek izmantots universāli un ir devis milzīgu ieguldījumu dzīvojamo un rūpniecisko ēku celtniecībā.
3. Loka kušana. Elektriskais loks ir atkarīgs no strāvas avotu elektriskajiem parametriem, līdz ar to ir iespējams regulēt tā degšanu. Augstās temperatūras dēļ ir iespējams izkausēt lielu skaitu metālu.

Visbeidzot, mēs iesakām noskatīties noderīgu videoklipu par raksta tēmu:

Tagad jūs zināt, kas ir elektriskā loka, kādi ir šīs parādības cēloņi un iespējamie pielietojumi. Mēs ceram, ka sniegtā informācija jums bija skaidra un noderīga!

Saistītie materiāli:

• Īssavienojuma cēloņi
• Metināšanas kabelis
• Metināšanas vadi sadales kārbā