Was ist ein Lichtbogen und wie entsteht er?
Lichtbogenbildung, ihre Struktur und Eigenschaften
Stellen Sie sich vor, wir führen ein Experiment in einem Labor durch. Wir haben zwei Leiter, zum Beispiel Metallnägel. Wir richten sie in kurzer Entfernung aufeinander und verbinden die Klemmen der geregelten Spannungsquelle mit den Nägeln. Wenn Sie die Spannung der Stromquelle allmählich erhöhen, sehen wir bei einem bestimmten Wert Funken, nach denen sich ein stabiles Leuchten wie ein Blitz bildet.
So kann man den Entstehungsprozess beobachten. Das Leuchten, das sich zwischen den Elektroden bildet, ist Plasma. Tatsächlich ist dies der Lichtbogen oder der Stromfluss durch das Gasmedium zwischen den Elektroden. In der folgenden Abbildung sehen Sie die Struktur und die Strom-Spannungs-Kennlinie:
Und hier sind die ungefähren Temperaturen:
Warum ein Lichtbogen auftritt
Alles ist sehr einfach, haben wir in einem Artikel über untersucht elektrisches Feldsowie im Artikel über Ladungsverteilung im LeiterWenn ein leitender Körper (z. B. ein Stahlnagel) in ein elektrisches Feld eingeführt wird, beginnen sich Ladungen auf seiner Oberfläche anzusammeln. Je kleiner der Biegeradius der Oberfläche ist, desto mehr sammeln sie sich an. In einfachen Worten, Ladungen sammeln sich an der Spitze eines Nagels.
Luft ist zwischen unseren Elektroden Gas. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes tritt seine Ionisation auf. Infolgedessen ergeben sich Bedingungen für die Bildung eines Lichtbogens.
Die Spannung, bei der der Lichtbogen auftritt, hängt vom jeweiligen Medium und seinem Zustand ab: Druck, Temperatur und andere Faktoren.
Interessant: Nach einer Version wird dieses Phänomen aufgrund seiner Form so genannt. Tatsache ist, dass sich beim Verbrennen einer Entladung die Luft oder das andere Gas, das sie umgibt, erwärmt und aufsteigt, was zu einer Verzerrung einer geradlinigen Form führt und wir einen Bogen oder Bogen sehen.
Um den Lichtbogen zu zünden, müssen Sie entweder die Durchbruchspannung des Mediums zwischen den Elektroden überwinden oder den Stromkreis unterbrechen. Wenn der Stromkreis eine große Induktivität aufweist, kann der darin enthaltene Strom gemäß den Schaltgesetzen nicht sofort unterbrochen werden, sondern fließt weiter. In dieser Hinsicht steigt die Spannung zwischen den getrennten Kontakten an und der Lichtbogen brennt, bis die Spannung verschwindet und die im Magnetfeld des Induktors akkumulierte Energie abgeführt wird.
Beachten Sie die Zünd- und Verbrennungsbedingungen:
Zwischen den Elektroden sollte sich Luft oder anderes Gas befinden. Um die Durchbruchspannung des Mediums zu überwinden, ist eine hohe Spannung von Zehntausenden von Volt erforderlich - dies hängt vom Abstand zwischen den Elektroden und anderen Faktoren ab. Um das Brennen des Lichtbogens aufrechtzuerhalten, sind 50-60 Volt und ein Strom von 10 Ampere oder mehr ausreichend. Spezifische Werte hängen von der Umgebung, der Form der Elektroden und dem Abstand zwischen ihnen ab.
Schaden und kämpfe mit ihr
Wir haben die Ursachen für das Auftreten eines Lichtbogens untersucht. Schauen wir uns nun an, wie viel Schaden er anrichtet und wie er gelöscht werden kann. Ein Lichtbogen beschädigt die Schaltanlage. Sie haben festgestellt, dass ein kleiner Blitz auftritt, wenn Sie ein leistungsstarkes elektrisches Gerät im Netzwerk einschalten und nach einiger Zeit den Stecker aus der Steckdose ziehen. Dieser Lichtbogen entsteht zwischen den Kontakten des Steckers und der Steckdose infolge eines offenen Stromkreises.
Wichtig! Während des Brennens eines Lichtbogens wird viel Wärme erzeugt, seine Brenntemperatur erreicht Werte von mehr als 3000 Grad Celsius. In Hochspannungsschaltungen erreicht die Lichtbogenlänge einen Meter oder mehr. Es besteht die Gefahr, dass sowohl die menschliche Gesundheit als auch der Zustand der Geräte beeinträchtigt werden.
Das gleiche passiert bei den Lichtschaltern, zu denen auch andere Schaltgeräte gehören:
- Leistungsschalter;
- magnetische Starter;
- Schütze und so.
In Geräten, die in 0,4-kV-Netzen verwendet werden, einschließlich der üblichen 220 V, verwenden sie spezielle Schutzausrüstung - Lichtbogenkammern. Sie werden benötigt, um den Schaden an Kontakten zu verringern.
Im Allgemeinen ist die Lichtbogenkammer ein Satz leitender Trennwände mit einer speziellen Konfiguration und Form, die durch Wände aus dielektrischem Material miteinander verbunden sind.
Wenn die Kontakte geöffnet werden, biegt sich das gebildete Plasma in Richtung der Lichtbogenkammer, wo es in kleine Abschnitte getrennt wird. Dadurch kühlt es ab und dämpft.
Verwenden Sie in Hochspannungsnetzen Öl-, Vakuum- und Gasschalter. Beim Ölschalter erfolgt die Unterdrückung durch Schaltkontakte im Ölbad. Beim Verbrennen eines Lichtbogens in Öl zerfällt dieser in Wasserstoff und Gase. Um die Kontakte herum bildet sich eine Gasblase, die dazu neigt, mit hoher Geschwindigkeit aus der Kammer auszubrechen, und der Lichtbogen kühlt ab, da Wasserstoff eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.
In Vakuum-Leistungsschaltern werden Gase nicht ionisiert und es gibt keine Bedingungen für die Lichtbogenverbrennung. Es gibt auch Schalter, die mit Hochdruckgas gefüllt sind. Mit der Bildung eines Lichtbogens steigt die Temperatur in ihnen nicht an, der Druck steigt an und aus diesem Grund nimmt die Ionisierung von Gasen ab oder es kommt zu einer Deionisierung. Vielversprechende Bereiche sind SF6 Leistungsschalter.
Es ist auch möglich, auf Null Wechselstrom zu schalten.
Nützliche Anwendung
Das betrachtete Phänomen hat eine Reihe nützlicher Anwendungen gefunden, zum Beispiel:
- Beleuchtung. Zum Beispiel Entladungslampen (DRL, Xenon und andere Typen). Wenn Sie den Elektroden Salze bestimmter Metalle hinzufügen, ändert sich die Farbe des Lichtbogens.
- Lichtbogenschweißen. Wenn die Elektrode die Oberfläche des Metalls berührt, fließt ein hoher Strom, der das Metall erwärmt. Wenn Sie die Elektrode abreißen, kann der Strom nicht unterbrochen werden, die erhitzten Oberflächen geben die Elektroden ab und es entsteht ein Lichtbogen. Beim Schmelzen von geschweißten Metalloberflächen und beim Schmelzen der Elektrode selbst können zwei Teile verbunden oder geschnitten werden. Es gibt verschiedene Arten des Schweißens, beispielsweise mit Elektroden oder Gas - Kohlendioxid oder Argon. Es wird überall eingesetzt und hat einen großen Beitrag zum Wohn- und Industriebau geleistet.
- Lichtbogenschmelzen. Der Lichtbogen hängt von den elektrischen Parametern der Stromquellen ab, sodass Sie die Verbrennung steuern können. Aufgrund der hohen Temperatur ist es möglich, eine große Anzahl von Metallen zu schmelzen.
Schließlich empfehlen wir, ein nützliches Video zum Thema des Artikels anzusehen:
Jetzt wissen Sie, was ein Lichtbogen ist, was die Ursachen für dieses Phänomen sind und welche Anwendungsbereiche möglich sind. Wir hoffen, dass die bereitgestellten Informationen für Sie verständlich und nützlich waren!
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