Elektrische boog: oorzaken en toepassingsmethoden

Bij het schakelen van elektrische apparaten of overspanningen in het circuit tussen spanningvoerende delen kan een elektrische boog ontstaan. Het kan worden gebruikt voor nuttige technologische doeleinden en tegelijkertijd schadelijk zijn voor apparatuur. Momenteel hebben ingenieurs een aantal methoden ontwikkeld om de elektrische boog te bestrijden en voor nuttige doeleinden te gebruiken. In dit artikel zullen we kijken naar hoe het ontstaat, de implicaties en de reikwijdte ervan.

Boogvorming, de structuur en eigenschappen ervan

Laten we ons voorstellen dat we een experiment uitvoeren in een laboratorium. We hebben twee geleiders, bijvoorbeeld metalen spijkers. We plaatsen ze met een punt aan elkaar op korte afstand en verbinden de snoeren van een instelbare spanningsbron met de spijkers. Als we de spanning van de stroombron geleidelijk verhogen, zullen we bij een bepaalde waarde ervan vonken zien, waarna een stabiele gloed wordt gevormd die lijkt op bliksem.

Zo kunt u het proces van zijn vorming observeren. De gloed die zich tussen de elektroden vormt, is plasma. In feite is dit een elektrische boog of de stroom van een elektrische stroom door een gasmedium tussen de elektroden. In de onderstaande afbeelding ziet u de structuur en de stroom-spanningskarakteristiek:

En hier zijn de geschatte waarden van de temperaturen:

Waarom ontstaat er een elektrische boog?

Alles is heel eenvoudig, we hebben overwogen in het artikel over elektrisch velden ook in het artikel over verdeling van ladingen in de geleiderdat als een geleidend lichaam (bijvoorbeeld een stalen spijker) in een elektrisch veld wordt geïntroduceerd, er ladingen op het oppervlak zullen beginnen te accumuleren. Bovendien, hoe kleiner de buigradius van het oppervlak, hoe meer ze zich ophopen. In eenvoudige bewoordingen hopen zich ladingen op op de punt van de nagel.

Lucht is gas tussen onze elektroden. Onder invloed van een elektrisch veld wordt het geïoniseerd. Als gevolg van dit alles ontstaan ​​omstandigheden voor de vorming van een elektrische boog.

De spanning waarbij de boog optreedt, hangt af van de specifieke omgeving en de toestand: druk, temperatuur en andere factoren.

Interessant: volgens één versie wordt dit fenomeen zo genoemd vanwege zijn vorm. Feit is dat tijdens het verbranden van de ontlading lucht of ander gas eromheen opwarmt en opstijgt, waardoor een vervorming van de rechtlijnige vorm optreedt en we een boog of een boog zien.

Om de boog te ontsteken, moet u ofwel de doorslagspanning van het medium tussen de elektroden overwinnen of het elektrische circuit verbreken. Als er een grote inductantie in het circuit is, kan volgens de commutatiewetten de stroom erin niet onmiddellijk worden onderbroken, deze blijft stromen. In dit opzicht zal de spanning tussen de losgekoppelde contacten toenemen en zal de boog branden totdat de spanning verdwijnt en de energie die is geaccumuleerd in het magnetische veld van de inductor wordt gedissipeerd.

Houd rekening met de ontstekings- en verbrandingsomstandigheden:

Er moet lucht of ander gas tussen de elektroden zijn. Om de doorslagspanning van het medium te overwinnen, is een hoogspanning van tienduizenden volt nodig - dit hangt af van de afstand tussen de elektroden en andere factoren. Om het branden van de boog te behouden, is 50-60 Volt en een stroomsterkte van 10 Ampère of meer voldoende. De specifieke waarden zijn afhankelijk van de omgeving, de vorm van de elektroden en de afstand ertussen.

Schade en vecht ertegen

We hebben de oorzaken van het optreden van een elektrische boog overwogen, laten we nu eens kijken welke schade deze veroorzaakt en hoe deze te blussen. Een elektrische boog beschadigt de schakelapparatuur. Is het u opgevallen dat als u een krachtig elektrisch apparaat op het netwerk aansluit en na een tijdje de stekker uit het stopcontact trekt, er een kleine flits optreedt. Deze boog ontstaat tussen de pinnen van de stekker en het stopcontact als gevolg van een onderbreking in het elektrische circuit.

Belangrijk! Tijdens het branden van een elektrische boog komt veel warmte vrij, de temperatuur van de verbranding bereikt waarden van meer dan 3000 graden Celsius. In hoogspanningscircuits bereikt de booglengte een meter of meer. Er bestaat gevaar voor schade aan de menselijke gezondheid en de toestand van de apparatuur.

Hetzelfde gebeurt in lichtschakelaars, andere schakelapparatuur, waaronder:

• automatische schakelaars;
• magnetische starters;
• schakelaars en meer.

In apparaten die worden gebruikt in 0,4 kV-netwerken, inclusief de gebruikelijke 220 V, worden speciale beschermingsmiddelen gebruikt - boogbluskamers. Ze zijn nodig om de schade aan contacten te verminderen.

Over het algemeen is de boogdovende kamer een reeks geleidende scheidingswanden met een speciale configuratie en vorm, bevestigd door wanden van een diëlektrisch materiaal.

Wanneer de contacten worden geopend, buigt het gevormde plasma zich naar de boogdovende kamer, waar het in kleine secties wordt gescheiden. Als gevolg hiervan wordt het gekoeld en gedoofd.

In hoogspanningsnetwerken worden olie-, vacuüm- en gasschakelaars gebruikt. In de olie-stroomonderbreker vindt de demping plaats door het schakelen van de contacten in het oliebad. Wanneer een elektrische boog in olie brandt, valt deze uiteen in waterstof en gassen. Rond de contacten vormt zich een gasbel, die de neiging heeft om met hoge snelheid uit de kamer te ontsnappen en de boog afkoelt, aangezien waterstof een goede thermische geleidbaarheid heeft.

Gassen worden niet geïoniseerd in vacuümstroomonderbrekers en er zijn geen voorwaarden voor vonkontlading. Er zijn ook hogedruk gasgevulde schakelaars. Wanneer een elektrische boog wordt gevormd, neemt de temperatuur daarin niet toe, de druk stijgt en hierdoor neemt de ionisatie van gassen af ​​of treedt deïonisatie op. Een veelbelovend gebied wordt beschouwd SF6 stroomonderbrekers.

Nul AC schakelen is ook mogelijk.

Handige applicatie

Het beschouwde fenomeen heeft een aantal nuttige toepassingen gevonden, bijvoorbeeld:

1. Verlichting. Bijvoorbeeld boogontladingslampen (DRL, xenon en andere typen). Als u zouten van bepaalde metalen aan de elektroden toevoegt, verandert de kleur van de elektrische boog.
2. Boog lassen. Wanneer de elektrode het metalen oppervlak raakt, vloeit er een hoge stroom, die het metaal opwarmt. Wanneer u de elektrode afbreekt, kan de stroom niet worden onderbroken, de verwarmde oppervlakken zenden de elektroden uit en er ontstaat een boog. Wanneer de te lassen metalen oppervlakken zijn gesmolten en de elektrode zelf is gesmolten, is het mogelijk om twee delen te verbinden of te snijden. Er zijn verschillende soorten lassen, bijvoorbeeld met behulp van elektroden of gas - kooldioxide of argon. Het wordt universeel gebruikt en heeft een enorme bijdrage geleverd aan de woning- en industriebouw.
3. Boog smelten. De elektrische boog hangt af van de elektrische parameters van de stroombronnen, dus het is mogelijk om de verbranding ervan te regelen. Door de hoge temperatuur kan een groot aantal metalen worden gesmolten.

Ten slotte raden we aan een nuttige video over het onderwerp van het artikel te bekijken:

Nu weet je wat een elektrische boog is, wat de oorzaken zijn van dit fenomeen en mogelijke toepassingen. We hopen dat de verstrekte informatie duidelijk en nuttig voor u was!

Gerelateerde materialen:

• Oorzaken van een kortsluiting
• Laskabel:
• Lasdraden in een aansluitdoos