Elektrický oblúk: príčiny a spôsoby aplikácie

Pri prepínaní elektrických zariadení alebo prepätí v obvode medzi živými časťami môže vzniknúť elektrický oblúk. Môže byť použitý na užitočné technologické účely a zároveň môže byť škodlivý pre zariadenia. V súčasnosti inžinieri vyvinuli množstvo metód boja proti elektrickému oblúku a jeho využitia na užitočné účely. V tomto článku sa pozrieme na to, ako vzniká, aké sú jeho dôsledky a rozsah.

Obsah:

Tvorba oblúka, jeho štruktúra a vlastnosti
Prečo vzniká elektrický oblúk?
Škodiť a bojovať proti tomu
Užitočná aplikácia

Tvorba oblúka, jeho štruktúra a vlastnosti

Predstavme si, že robíme experiment v laboratóriu. Máme dva vodiče, napríklad kovové klince. Priložíme ich hrotom k sebe na krátku vzdialenosť a na klince pripojíme vývody regulovateľného zdroja napätia. Ak postupne zvyšujeme napätie zdroja energie, potom pri určitej hodnote uvidíme iskry, po ktorých sa vytvorí stála žiara podobná blesku.

Môžete tak sledovať proces jeho formovania. Žiara, ktorá sa tvorí medzi elektródami, je plazma. V skutočnosti ide o elektrický oblúk alebo tok elektrického prúdu cez plynné médium medzi elektródami. Na obrázku nižšie môžete vidieť jeho štruktúru a charakteristiku prúdového napätia:

A tu sú približné hodnoty teplôt:

Prečo vzniká elektrický oblúk?

Všetko je veľmi jednoduché, o čom sme uvažovali v článku elektrické polea tiež v článku o rozloženie nábojov vo vodičiže ak sa do elektrického poľa zavedie akékoľvek vodivé teleso (napríklad oceľový klinec), na jeho povrchu sa začnú hromadiť náboje. Navyše, čím menší je polomer ohybu povrchu, tým viac sa ich hromadí. Jednoducho povedané, náboje sa hromadia na špičke nechtu.

Vzduch je plyn medzi našimi elektródami. Pod vplyvom elektrického poľa sa ionizuje. V dôsledku toho všetkého vznikajú podmienky pre vznik elektrického oblúka.

Napätie, pri ktorom vzniká oblúk, závisí od konkrétneho prostredia a jeho stavu: tlaku, teploty a iných faktorov.

zaujímavé: podľa jednej verzie sa tento jav nazýva kvôli svojmu tvaru. Faktom je, že v procese spaľovania výboja sa vzduch alebo iný plyn, ktorý ho obklopuje, zahrieva a stúpa, v dôsledku čoho dochádza k skresleniu priamočiareho tvaru a vidíme oblúk alebo oblúk.

Na zapálenie oblúka je potrebné buď prekonať prierazné napätie média medzi elektródami, alebo prerušiť elektrický obvod. Ak je v obvode veľká indukčnosť, potom podľa zákonov komutácie prúd v ňom nemôže byť okamžite prerušený, bude naďalej prúdiť. V tomto ohľade sa napätie medzi odpojenými kontaktmi zvýši a oblúk bude horieť, kým napätie nezmizne a energia nahromadená v magnetickom poli induktora sa nerozptýli.

Zvážte podmienky vznietenia a horenia:

Medzi elektródami musí byť vzduch alebo iný plyn. Na prekonanie prierazného napätia média je potrebné vysoké napätie desiatok tisíc voltov - to závisí od vzdialenosti medzi elektródami a iných faktorov. Na udržanie horenia oblúka stačí 50-60 voltov a prúd 10 alebo viac ampérov. Konkrétne hodnoty závisia od prostredia, tvaru elektród a vzdialenosti medzi nimi.

Škodiť a bojovať proti tomu

Uvažovali sme o príčinách výskytu elektrického oblúka, teraz poďme zistiť, aké škody spôsobuje a ako ho uhasiť. Elektrický oblúk poškodzuje rozvádzač. Všimli ste si, že ak zapnete do siete výkonný elektrický spotrebič a po chvíli vytiahnete zástrčku zo zásuvky, dôjde k malému záblesku. Tento oblúk vzniká medzi kolíkmi zástrčky a zásuvky v dôsledku prerušenia elektrického obvodu.

Dôležité! Pri horení elektrického oblúka sa uvoľňuje veľa tepla, teplota jeho spaľovania dosahuje hodnoty viac ako 3000 stupňov Celzia. Vo vysokonapäťových obvodoch dosahuje dĺžka oblúka meter alebo viac. Existuje nebezpečenstvo poškodenia ľudského zdravia a stavu zariadenia.

To isté sa deje v spínačoch svetiel, iných spínacích zariadeniach vrátane:

automatické spínače;
magnetické štartéry;
stýkače a ďalšie.

V zariadeniach, ktoré sa používajú v sieťach 0,4 kV, vrátane obvyklých 220 V, sa používajú špeciálne ochranné prostriedky - zhášacie komory. Sú potrebné na zníženie škody spôsobenej kontaktom.

Vo všeobecnosti je komora na zhášanie oblúka súborom vodivých priečok špeciálnej konfigurácie a tvaru, ktoré sú pripevnené stenami z dielektrického materiálu.

Pri otvorení kontaktov sa vytvorená plazma ohýba smerom do zhášacej komory, kde sa rozdelí na malé časti. V dôsledku toho sa ochladí a zhasne.

Vo vysokonapäťových sieťach sa používajú olejové, vákuové, plynové spínače. V olejovom ističi prebieha tlmenie prepínaním kontaktov v olejovom kúpeli. Keď elektrický oblúk horí v oleji, rozkladá sa na vodík a plyny. Okolo kontaktov sa vytvorí bublina plynu, ktorá má tendenciu uniknúť z komory vysokou rýchlosťou a oblúk sa ochladí, pretože vodík má dobrú tepelnú vodivosť.

Vo vákuových ističoch nie sú plyny ionizované a nie sú tu žiadne podmienky na vznik elektrického oblúka. Existujú tiež vysokotlakové spínače plnené plynom. Pri vzniku elektrického oblúka sa v nich nezvyšuje teplota, stúpa tlak a kvôli tomu klesá ionizácia plynov alebo dochádza k deionizácii. Uvažuje sa o perspektívnej oblasti ističe SF6.

Možné je aj nulové striedavé prepínanie.

Užitočná aplikácia

Uvažovaný fenomén našiel množstvo užitočných aplikácií, napríklad:

Osvetlenie. Napríklad oblúkové výbojky (DRL, xenónové a iné typy). Ak do elektród pridáte soli určitých kovov, farba elektrického oblúka sa zmení.
Oblúkové zváranie. Keď sa elektróda dotkne povrchu kovu, preteká vysoký prúd, ktorý zahrieva kov. Keď elektródu odlomíte, prúd sa nedá prerušiť, zohriate povrchy vyžarujú elektródy a vznikne oblúk. Keď sú kovové povrchy, ktoré sa majú zvárať, roztavené a samotná elektróda je roztavená, je možné spojiť dve časti alebo ich odrezať. Existujú rôzne druhy zvárania, napríklad pomocou elektród alebo plynu - oxidu uhličitého alebo argónu. Používa sa univerzálne a má obrovský prínos pre bytovú a priemyselnú výstavbu.
Tavenie oblúka. Elektrický oblúk závisí od elektrických parametrov zdrojov energie, preto je možné regulovať jeho horenie. Vďaka vysokej teplote sa môže roztaviť veľké množstvo kovov.