Električni lok: vzroki in načini uporabe

Pri preklapljanju električnih naprav ali prenapetosti v tokokrogu med deli pod napetostjo se lahko pojavi električni lok. Lahko se uporablja v uporabne tehnološke namene in je hkrati škodljiv za opremo. Trenutno so inženirji razvili številne metode za boj proti in uporabo električnega loka v koristne namene. V tem članku si bomo ogledali, kako nastane, njegove posledice in obseg.

Nastanek loka, njegova struktura in lastnosti

Predstavljajmo si, da izvajamo poskus v laboratoriju. Imamo dva vodnika, na primer kovinske žeblje. Postavimo jih s konico drug proti drugemu na kratki razdalji in na žeblje povežemo vodnike nastavljivega vira napetosti. Če postopoma povečujemo napetost vira energije, bomo pri določeni vrednosti videli iskre, po katerih nastane enakomeren sijaj, podoben streli.

Tako lahko opazujete proces njegovega nastanka. Sij, ki nastane med elektrodama, je plazma. Pravzaprav je to električni lok oziroma tok električnega toka skozi plinski medij med elektrodama. Na spodnji sliki si lahko ogledate njegovo strukturo in tokovno-napetostno karakteristiko:

In tukaj so približne vrednosti temperatur:

Zakaj nastane električni lok?

Vse je zelo preprosto, obravnavali smo v članku o električno poljein tudi v članku o porazdelitev nabojev v prevodnikuda če se katero koli prevodno telo (na primer jekleni žebelj) vnese v električno polje, se bodo na njegovi površini začeli kopičiti naboji. Poleg tega je manjši polmer upogibanja površine, več se kopičijo. Preprosto povedano, naboji se kopičijo na konici nohta.

Zrak je plin med našimi elektrodami. Pod vplivom električnega polja se ionizira. Zaradi vsega tega nastanejo pogoji za nastanek električnega loka.

Napetost, pri kateri nastane lok, je odvisna od specifičnega okolja in njegovega stanja: tlaka, temperature in drugih dejavnikov.

zanimivo: po eni različici se ta pojav tako imenuje zaradi svoje oblike. Dejstvo je, da se v procesu gorenja izpust, zrak ali drug plin, ki ga obdaja, segreje in dvigne, zaradi česar pride do popačenja pravokotne oblike in vidimo lok ali lok.

Za vžig loka je potrebno bodisi premagati razpadno napetost medija med elektrodami bodisi prekiniti električni tokokrog. Če je v vezju velika induktivnost, potem v skladu z zakoni komutacije toka v njem ni mogoče takoj prekiniti, bo še naprej tekel. V zvezi s tem se bo napetost med odklopljenimi kontakti povečala in lok bo gorel, dokler napetost ne izgine in se energija, nabrana v magnetnem polju induktorja, razprši.

Upoštevajte pogoje vžiga in zgorevanja:

Med elektrodama mora biti zrak ali drug plin. Za premagovanje razpadne napetosti medija je potrebna visoka napetost več deset tisoč voltov - to je odvisno od razdalje med elektrodami in drugih dejavnikov. Za vzdrževanje gorenja loka je dovolj 50-60 voltov in tok 10 ali več amperov. Specifične vrednosti so odvisne od okolja, oblike elektrod in razdalje med njimi.

Škoda in boj proti njej

Preučili smo vzroke za nastanek električnega loka, zdaj pa ugotovimo, kakšno škodo povzroča in kako ga pogasiti. Električni lok poškoduje stikalno napravo. Ste opazili, da če v omrežje vklopite močan električni aparat in čez nekaj časa iztaknete vtič iz vtičnice, se pojavi majhen utrip. Ta lok nastane med zatiči vtiča in vtičnice kot posledica prekinitve električnega tokokroga.

Pomembno! Med gorenjem električnega loka se sprosti veliko toplote, temperatura njegovega zgorevanja doseže vrednosti več kot 3000 stopinj Celzija. V visokonapetostnih vezjih dolžina loka doseže meter ali več. Obstaja nevarnost škode za zdravje ljudi in stanje opreme.

Enako se dogaja pri stikalih za luči, drugi stikalni opremi, vključno z:

• avtomatska stikala;
• magnetni zaganjalniki;
• kontaktorji in drugo.

V napravah, ki se uporabljajo v omrežjih 0,4 kV, vključno z običajnimi 220 V, se uporabljajo posebna zaščitna sredstva - komore za gašenje obloka. Potrebni so za zmanjšanje škode, povzročene stikom.

Na splošno je komora za gašenje obloka niz prevodnih predelnih sten posebne konfiguracije in oblike, pritrjenih s stenami iz dielektričnega materiala.

Ko se kontakti odprejo, se nastala plazma upogne proti komori za gašenje obloka, kjer se loči na majhne dele. Posledično se ohladi in ugasne.

V visokonapetostnih omrežjih se uporabljajo oljna, vakuumska, plinska stikala. V oljnem odklopniku se dušenje izvede s preklopom kontaktov v oljni kopeli. Ko električni lok gori v olju, se razpade na vodik in pline. Okoli kontaktov nastane plinski mehurček, ki pri visoki hitrosti pobegne iz komore in se lok ohladi, saj ima vodik dobro toplotno prevodnost.

V vakuumskih odklopnikih se plini ne ionizirajo in ni pogojev za vžig. Obstajajo tudi visokotlačna plinska stikala. Ko nastane električni lok, se temperatura v njih ne poveča, tlak se dvigne in zaradi tega se ionizacija plinov zmanjša ali pride do deionizacije. Šteje se za obetavno področje SF6 odklopniki.

Možno je tudi preklapljanje brez izmeničnega toka.

Uporabna aplikacija

Obravnavani pojav je našel številne uporabne aplikacije, na primer:

1. Osvetlitev. Na primer žarnice z obločnim razelektritvijo (DRL, ksenon in druge vrste). Če elektrodam dodate soli določenih kovin, se spremeni barva električnega loka.
2. Obločno varjenje. Ko se elektroda dotakne kovinske površine, teče visok tok, ki segreje kovino. Ko odlomite elektrodo, toka ni mogoče prekiniti, segrete površine oddajajo elektrode in nastane lok. Ko se kovinske površine, ki jih varimo, stopijo in se sama elektroda stopi, je možno dva dela povezati ali razrezati. Obstajajo različne vrste varjenja, na primer z uporabo elektrod ali plina - ogljikov dioksid ali argon. Uporablja se univerzalno in je ogromno prispeval k stanovanjski in industrijski gradnji.
3. Taljenje loka. Električni lok je odvisen od električnih parametrov virov energije, zato je možno regulirati njegovo zgorevanje. Zaradi visoke temperature se lahko stopi veliko število kovin.

Na koncu priporočamo ogled uporabnega videoposnetka na temo članka:

Zdaj veste, kaj je električni lok, kakšni so vzroki za ta pojav in možne aplikacije. Upamo, da so bile posredovane informacije jasne in koristne za vas!

Povezani materiali:

• Vzroki za kratek stik
• Varilni kabel
• Varilne žice v razvodni omarici