¿Qué es un arco eléctrico y cómo surge?
Formación de arco, su estructura y propiedades.
Imagine que estamos realizando un experimento en un laboratorio. Tenemos dos conductores, por ejemplo, clavos metálicos. Los apuntamos entre sí a una corta distancia y conectamos los terminales de la fuente de voltaje regulada a los clavos. Si aumenta gradualmente el voltaje de la fuente de energía, entonces, a un cierto valor, veremos chispas, después de lo cual se formará un brillo estable como un rayo.
Así, uno puede observar el proceso de su formación. El brillo que se forma entre los electrodos es plasma. De hecho, este es el arco eléctrico o el flujo de corriente eléctrica a través del medio gaseoso entre los electrodos. En la figura a continuación puede ver su estructura y la característica de corriente-voltaje:
Y aquí están las temperaturas aproximadas:
Por qué ocurre un arco eléctrico
Todo es muy simple, lo examinamos en un artículo sobre campo eléctricoasí como en el artículo sobre distribución de carga en el conductorque si se introduce un cuerpo conductor (clavo de acero, por ejemplo) en un campo eléctrico, las cargas comenzarán a acumularse en su superficie. Además, cuanto más pequeño es el radio de curvatura de la superficie, más se acumulan. En términos simples, las cargas se acumulan en la punta de una uña.
Entre nuestros electrodos, el aire es gas. Bajo la influencia de un campo eléctrico, se produce su ionización. Como resultado de todo esto, surgen condiciones para la formación de un arco eléctrico.
El voltaje al que ocurre el arco depende del medio específico y su condición: presión, temperatura y otros factores.
Interesante: Según una versión, este fenómeno se llama así debido a su forma. El hecho es que en el proceso de quemar una descarga, el aire u otro gas que lo rodea se calienta y se eleva, lo que resulta en una distorsión de una forma rectilínea y vemos un arco o arco.
Para encender el arco, debe superar el voltaje de ruptura del medio entre los electrodos o romper el circuito eléctrico. Si hay una gran inductancia en el circuito, entonces, de acuerdo con las leyes de conmutación, la corriente no puede interrumpirse instantáneamente, continuará fluyendo. En este sentido, el voltaje entre los contactos desconectados aumentará, y el arco se quemará hasta que el voltaje desaparezca y la energía acumulada en el campo magnético del inductor se disipe.
Considere las condiciones de ignición y combustión:
Debe haber aire u otro gas entre los electrodos. Para superar el voltaje de ruptura del medio, se requerirá un alto voltaje de decenas de miles de voltios, esto depende de la distancia entre los electrodos y otros factores. Para mantener la combustión del arco, 50-60 voltios y una corriente de 10 amperios o más son suficientes. Los valores específicos dependen del entorno, la forma de los electrodos y la distancia entre ellos.
Daña y pelea con ella
Examinamos las causas de la aparición de un arco eléctrico, ahora veamos cuánto daño hace y cómo extinguirlo. Un arco eléctrico daña el equipo de conmutación. Notó que si enciende un dispositivo eléctrico potente en la red y después de un tiempo desconecta el enchufe, se produce un pequeño destello. Este arco se forma entre los contactos del enchufe y la salida como resultado de un circuito abierto.
¡Importante! Durante la combustión de un arco eléctrico se genera mucho calor, su temperatura de combustión alcanza valores de más de 3000 grados Celsius. En circuitos de alto voltaje, la longitud del arco alcanza un metro o más. Existe el peligro de dañar tanto la salud humana como la condición del equipo.
Lo mismo sucede en los interruptores de luz, otros equipos de conmutación entre los cuales:
- rompedores de circuito;
- arrancadores magnéticos;
- contactores y esas cosas.
En los dispositivos que se utilizan en redes de 0,4 kV, incluidos los habituales 220 V, utilizan equipos de protección especiales: cámaras de arco. Son necesarios para reducir el daño causado a los contactos.
En general, la cámara de arco es un conjunto de particiones conductoras de una configuración y forma especiales, unidas entre sí por paredes de material dieléctrico.
Cuando se abren los contactos, el plasma formado se dobla hacia la cámara de arco, donde se desconecta en pequeñas secciones. Como resultado, se enfría y se humedece.
En redes de alta tensión, utilice interruptores de aceite, vacío y gas. En el interruptor de aceite, la supresión se produce al cambiar los contactos en el baño de aceite. Al quemar un arco eléctrico en aceite, se descompone en hidrógeno y gases. Se forma una burbuja de gas alrededor de los contactos, que tiende a salir de la cámara a alta velocidad y el arco se enfría, ya que el hidrógeno tiene buena conductividad térmica.
En los interruptores automáticos de vacío, los gases no están ionizados y no hay condiciones para la quema de arco. También hay interruptores llenos de gas a alta presión. Con la formación de un arco eléctrico, la temperatura en ellos no aumenta, la presión aumenta y, debido a esto, la ionización de los gases disminuye o se produce la desionización. Se consideran áreas prometedoras Disyuntores SF6.
También es posible cambiar a cero AC.
Aplicación útil
El fenómeno considerado ha encontrado una serie de aplicaciones útiles, por ejemplo:
- Encendiendo. Por ejemplo, lámparas de descarga (DRL, xenón y otros tipos). Si agrega sales de ciertos metales a los electrodos, el color del arco eléctrico cambiará.
- Soldadura por arco. Cuando el electrodo toca la superficie del metal, fluye una corriente alta, que calienta el metal. Cuando arranca el electrodo, la corriente no se puede interrumpir, las superficies calientes emiten los electrodos y surge un arco. Al fundir superficies soldadas de metal y fundir el electrodo en sí, es posible unir dos partes o cortarlas. Existen varios tipos de soldadura, por ejemplo, usando electrodos o gas: dióxido de carbono o argón. Se usa en todas partes y ha hecho una gran contribución a la construcción residencial e industrial.
- Arco de fusión. El arco eléctrico depende de los parámetros eléctricos de las fuentes de energía, por lo que puede controlar su combustión. Debido a la alta temperatura, es posible fundir una gran cantidad de metales.
Finalmente, recomendamos ver un video útil sobre el tema del artículo:
Ahora ya sabe qué es un arco eléctrico, cuáles son las causas de este fenómeno y los posibles campos de aplicación. ¡Esperamos que la información proporcionada sea comprensible y útil para usted!
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