Co to jest łuk elektryczny i jak powstaje
Tworzenie łuku, jego struktura i właściwości
Wyobraź sobie, że przeprowadzamy eksperyment w laboratorium. Mamy dwa przewodniki, na przykład gwoździe metalowe. Kierujemy je do siebie w niewielkiej odległości i łączymy zaciski regulowanego źródła napięcia z gwoździami. Jeśli stopniowo zwiększysz napięcie źródła zasilania, wówczas przy określonej wartości zobaczymy iskry, po których powstanie stabilny blask jak błyskawica.
W ten sposób można obserwować proces jego powstawania. Blask powstający między elektrodami jest plazmą. W rzeczywistości jest to łuk elektryczny lub przepływ prądu elektrycznego przez medium gazowe między elektrodami. Na poniższym rysunku pokazano jego strukturę i charakterystykę prądowo-napięciową:
A oto przybliżone temperatury:
Dlaczego występuje łuk elektryczny
Wszystko jest bardzo proste, zbadaliśmy w artykule na temat pole elektrycznejak również w artykule na temat rozkład ładunku w przewodnikuże jeśli jakikolwiek element przewodzący (na przykład gwoździe stalowe) zostanie wprowadzony do pola elektrycznego, na jego powierzchni zaczną gromadzić się ładunki. Co więcej, im mniejszy promień gięcia powierzchni, tym bardziej się kumulują. Mówiąc prosto, opłaty gromadzą się na czubku gwoździa.
Między naszymi elektrodami powietrze jest gazem. Pod wpływem pola elektrycznego następuje jego jonizacja. W wyniku tego wszystkiego powstają warunki do powstania łuku elektrycznego.
Napięcie, przy którym występuje łuk, zależy od konkretnego ośrodka i jego stanu: ciśnienia, temperatury i innych czynników.
Ciekawy: według jednej wersji zjawisko to nazywane jest ze względu na swój kształt. Faktem jest, że w procesie spalania wyładowania powietrze lub inny otaczający je gaz rozgrzewa się i unosi, powodując zniekształcenie prostoliniowego kształtu i widzimy łuk lub łuk.
Aby zapalić łuk, musisz pokonać napięcie przebicia ośrodka między elektrodami lub przerwać obwód elektryczny. Jeśli w obwodzie jest duża indukcyjność, to zgodnie z prawami przełączania, prąd w nim nie może zostać natychmiast przerwany, będzie nadal płynął. W związku z tym napięcie między odłączonymi stykami wzrośnie, a łuk będzie palił się, dopóki napięcie nie zniknie, a energia zgromadzona w polu magnetycznym cewki indukcyjnej zostanie rozproszona.
Rozważ warunki zapłonu i spalania:
Pomiędzy elektrodami powinno znajdować się powietrze lub inny gaz. Aby pokonać napięcie przebicia ośrodka, wymagane będzie wysokie napięcie o wartości dziesiątek tysięcy woltów - zależy to od odległości między elektrodami i innych czynników. Aby utrzymać wypalanie łuku, wystarczy 50–60 woltów i prąd o wartości 10 amperów lub więcej. Konkretne wartości zależą od środowiska, kształtu elektrod i odległości między nimi.
Krzywdź i walcz z nią
Przeanalizowaliśmy przyczyny pojawienia się łuku elektrycznego, teraz spójrzmy, ile szkód wyrządza i jak go ugasić. Łuk elektryczny niszczy urządzenia przełączające. Zauważyłeś, że jeśli włączysz potężne urządzenie elektryczne w sieci i po pewnym czasie wyciągniesz wtyczkę z gniazdka, nastąpi niewielki błysk. Łuk ten powstaje między stykami wtyczki i gniazdka w wyniku otwartego obwodu.
Ważny! Podczas spalania łuku elektrycznego wytwarzane jest dużo ciepła, jego temperatura spalania osiąga wartości ponad 3000 stopni Celsjusza. W obwodach wysokiego napięcia długość łuku sięga metra lub więcej. Istnieje niebezpieczeństwo zarówno zdrowia ludzi, jak i stanu sprzętu.
To samo dzieje się w przełącznikach światła, innych urządzeniach przełączających, wśród których:
- wyłączniki;
- startery magnetyczne;
- styczniki i takie tam.
W urządzeniach stosowanych w sieciach 0,4 kV, w tym zwykle 220 V, stosują one specjalne wyposażenie ochronne - komory łukowe. Są one potrzebne do zmniejszenia szkód wyrządzonych kontaktom.
Ogólnie komora łukowa jest zestawem przewodzących przegród o specjalnej konfiguracji i kształcie, połączonych ze sobą ściankami z materiału dielektrycznego.
Po otwarciu styków utworzona plazma wygina się w kierunku komory łukowej, gdzie jest rozłączana na małe sekcje. W rezultacie ochładza się i tłumi.
W sieciach wysokiego napięcia używaj przełączników olejowych, próżniowych, gazowych. W przełączniku oleju tłumienie następuje poprzez zamianę styków w kąpieli olejowej. Podczas spalania łuku elektrycznego w oleju rozkłada się na wodór i gazy. Wokół styków tworzy się pęcherzyk gazu, który z dużą prędkością ma tendencję do wydostawania się z komory, a łuk ochładza się, ponieważ wodór ma dobrą przewodność cieplną.
W wyłącznikach próżniowych gazy nie są zjonizowane i nie ma warunków do spalania łuku. Są też przełączniki wypełnione gazem pod wysokim ciśnieniem. Wraz z powstaniem łuku elektrycznego temperatura w nich nie rośnie, ciśnienie wzrasta, z tego powodu jonizacja gazów zmniejsza się lub następuje dejonizacja. Obiecujące obszary są Wyłączniki SF6.
Możliwe jest również przełączanie przy zerowym AC.
Przydatna aplikacja
Rozważane zjawisko znalazło szereg użytecznych zastosowań, na przykład:
- Oświetlenie. Na przykład lampy wyładowcze (DRL, ksenonowe i inne typy). Jeśli dodasz sole niektórych metali do elektrod, zmieni się kolor łuku elektrycznego.
- Spawanie łukowe. Gdy elektroda dotyka powierzchni metalu, przepływa wysoki prąd, który ogrzewa metal. Po oderwaniu elektrody nie można przerwać prądu, podgrzewane powierzchnie emitują elektrody i powstaje łuk. Podczas topienia spawanych powierzchni metalowych i topienia samej elektrody można połączyć dwie części lub je przeciąć. Istnieją różne rodzaje spawania, na przykład przy użyciu elektrod lub gazu - dwutlenku węgla lub argonu. Jest stosowany wszędzie i ma ogromny wkład w budownictwo mieszkaniowe i przemysłowe.
- Topienie łuku. Łuk elektryczny zależy od parametrów elektrycznych źródeł zasilania, więc możesz kontrolować jego spalanie. Ze względu na wysoką temperaturę można stopić dużą liczbę metali.
Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnego filmu na temat tego artykułu:
Teraz wiesz, co to jest łuk elektryczny, jakie są przyczyny tego zjawiska i możliwe obszary jego zastosowania. Mamy nadzieję, że podane informacje były dla Ciebie zrozumiałe i przydatne!
Powiązane materiały:
Ładowanie...
