Arco elétrico: causas e métodos de aplicação

Ao alternar dispositivos elétricos ou sobretensões no circuito entre as partes energizadas, um arco elétrico pode aparecer. Pode ser usado para fins tecnológicos úteis e, ao mesmo tempo, ser prejudicial ao equipamento. Atualmente, os engenheiros desenvolveram vários métodos para combater e usar o arco elétrico para fins úteis. Neste artigo, veremos como ela surge, suas implicações e seu escopo.

Formação do arco, sua estrutura e propriedades

Vamos imaginar que estejamos conduzindo um experimento em um laboratório. Temos dois condutores, por exemplo pregos de metal. Nós os colocamos com a ponta um no outro a uma curta distância e conectamos os cabos de uma fonte de voltagem ajustável aos pregos. Se aumentarmos gradualmente a voltagem da fonte de energia, então, a um certo valor dela, veremos faíscas, após as quais um brilho constante semelhante ao de um raio é formado.

Assim, você pode observar o processo de sua formação. O brilho que se forma entre os eletrodos é plasma. Na verdade, este é um arco elétrico ou o fluxo de uma corrente elétrica através de um meio gasoso entre os eletrodos. Na figura abaixo você pode ver sua estrutura e característica corrente-tensão:

E aqui estão os valores aproximados das temperaturas:

Por que ocorre um arco elétrico?

Tudo é muito simples, consideramos no artigo sobre campo elétricoe também no artigo sobre distribuição de cargas no condutorque se algum corpo condutor (um prego de aço, por exemplo) for introduzido em um campo elétrico, cargas começarão a se acumular em sua superfície. Além disso, quanto menor o raio de curvatura da superfície, mais eles se acumulam. Em termos simples, as cargas se acumulam na ponta da unha.

O ar é o gás entre nossos eletrodos. Sob a influência de um campo elétrico, é ionizado. Como resultado de tudo isso, surgem condições para a formação de um arco elétrico.

A tensão na qual o arco ocorre depende do ambiente específico e de seu estado: pressão, temperatura e outros fatores.

Interessante: de acordo com uma versão, esse fenômeno é assim chamado por causa de sua forma. O fato é que no processo de queima da descarga, o ar ou outro gás ao seu redor se aquece e sobe, como resultado, ocorre uma distorção da forma retilínea e vemos um arco ou um arco.

Para acender o arco, é necessário superar a tensão de ruptura do meio entre os eletrodos ou interromper o circuito elétrico. Se houver uma grande indutância no circuito, então, de acordo com as leis da comutação, a corrente nele não pode ser interrompida instantaneamente, ele continuará a fluir. Nesse sentido, a tensão entre os contatos desconectados aumentará e o arco queimará até que a tensão desapareça e a energia acumulada no campo magnético do indutor seja dissipada.

Considere as condições de ignição e combustão:

Deve haver ar ou outro gás entre os eletrodos. Para superar a tensão de ruptura do meio, uma alta tensão de dezenas de milhares de volts é necessária - isso depende da distância entre os eletrodos e outros fatores. Para manter a queima do arco, 50-60 Volts e uma corrente de 10 ou mais Amperes são suficientes. Os valores específicos dependem do ambiente, da forma dos eletrodos e da distância entre eles.

Prejudicar e lutar contra isso

Já consideramos as causas da ocorrência de um arco elétrico, agora vamos descobrir quais os danos que ele causa e como extingui-lo. Um arco elétrico danifica o quadro. Você notou que se você ligar um potente aparelho elétrico na rede e depois de algum tempo desconectar o plugue da tomada, ocorre um pequeno flash. Este arco é criado entre os pinos do plugue e o soquete como resultado de uma interrupção no circuito elétrico.

Importante! Durante a queima de um arco elétrico, muito calor é liberado, a temperatura de sua combustão atinge valores superiores a 3000 graus Celsius. Em circuitos de alta tensão, o comprimento do arco atinge um metro ou mais. Existe o perigo de prejudicar a saúde humana e o estado do equipamento.

A mesma coisa acontece em interruptores de luz, outros equipamentos de comutação, incluindo:

• interruptores automáticos;
• iniciadores magnéticos;
• contatores e muito mais.

Em dispositivos que são utilizados em redes de 0,4 kV, incluindo os habituais 220 V, são utilizados meios de proteção especiais - câmaras de extinção de arco. Eles são necessários para reduzir o dano causado aos contatos.

Em geral, uma câmara de extinção de arco é um conjunto de partições condutoras de uma configuração e forma especiais, fixadas por paredes de um material dielétrico.

Quando os contatos são abertos, o plasma formado se curva em direção à câmara de extinção de arco, onde é separado em pequenas seções. Como resultado, ele é resfriado e extinto.

Em redes de alta tensão, são usados ​​interruptores de óleo, vácuo e gás. No disjuntor de óleo, o amortecimento ocorre pela comutação dos contatos no banho de óleo. Quando um arco elétrico queima em óleo, ele se decompõe em hidrogênio e gases. Uma bolha de gás se forma ao redor dos contatos, que tende a escapar da câmara em alta velocidade e o arco esfria, já que o hidrogênio tem boa condutividade térmica.

Os gases não são ionizados em disjuntores a vácuo e não há condições para formação de arco. Existem também interruptores preenchidos com gás de alta pressão. Quando um arco elétrico é formado, a temperatura neles não aumenta, a pressão sobe e, por causa disso, a ionização dos gases diminui ou ocorre a desionização. Uma área promissora é considerada Disjuntores SF6.

A comutação Zero AC também é possível.

Aplicativo útil

O fenômeno considerado encontrou uma série de aplicações úteis, por exemplo:

1. Iluminação. Por exemplo, lâmpadas de descarga de arco (DRL, xenon e outros tipos). Se você adicionar sais de certos metais aos eletrodos, a cor do arco elétrico mudará.
2. Soldagem a arco. Quando o eletrodo toca a superfície do metal, uma alta corrente flui, que aquece o metal. Quando você quebra o eletrodo, a corrente não pode ser interrompida, as superfícies aquecidas emitem os eletrodos e ocorre um arco. Quando as superfícies de metal a serem soldadas são derretidas e o próprio eletrodo é derretido, é possível conectar duas partes ou cortá-las. Existem diferentes tipos de soldagem, por exemplo, usando eletrodos ou gás - dióxido de carbono ou argônio. Ele é usado universalmente e tem feito uma grande contribuição para a construção residencial e industrial.
3. Derretimento do arco. O arco elétrico depende dos parâmetros elétricos das fontes de energia, portanto é possível regular sua combustão. Devido à alta temperatura, um grande número de metais pode ser derretido.

Por fim, recomendamos assistir a um vídeo útil sobre o tema do artigo:

Agora você sabe o que é um arco elétrico, quais são as causas desse fenômeno e as possíveis aplicações. Esperamos que as informações fornecidas tenham sido claras e úteis para você!

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