Mikä on sähkökaari ja miten se syntyy

Kaaren muodostuminen, sen rakenne ja ominaisuudet

Kuvittele, että teemme kokeilua laboratoriossa. Meillä on kaksi johdinta, esimerkiksi metallinaulat. Osoitamme ne toisiinsa lyhyen matkan päässä ja liitämme säädettävän jännitelähteen navat nauloihin. Jos nostat virtalähteen jännitettä vähitellen, niin tietyllä arvolla näemme kipinöitä, minkä jälkeen muodostuu valaistuksen kaltainen vakaa hehku.

Siten voidaan seurata sen muodostumisprosessia. Elektrodien välillä muodostuva hehku on plasma. Itse asiassa tämä on sähkökaari tai sähkövirran virtaus kaasuväliaineen läpi elektrodien välillä. Alla olevassa kuvassa näet sen rakenteen ja virta-jänniteominaisuudet:

Ja tässä ovat likimääräiset lämpötilat:

Miksi tapahtuu sähkökaari?

Kaikki on hyvin yksinkertaista, tutkimme artikkelissa aiheesta sähkökenttäsamoin kuin artikkelissa varauksen jakautuminen johtimessaettä mikäli johtava kappale (esimerkiksi teräsnaula) viedään sähkökenttään, sen pinnalle alkaa kertyä varauksia. Lisäksi mitä pienempi pinnan taivutussäde, sitä enemmän niitä kertyy. Yksinkertaisesti sanottuna, varaukset kerääntyvät kynnen kärkeen.

Elektrodien välissä ilma on kaasua. Sähkökentän vaikutuksesta sen ionisaatio tapahtuu. Kaiken tämän seurauksena syntyy olosuhteet sähkökaarin muodostumiselle.

Jännite, jolla valokaari esiintyy, riippuu kulloisestakin väliaineesta ja sen kunnosta: paineesta, lämpötilasta ja muista tekijöistä.

Ihmettelen: yhden version mukaan tätä ilmiötä kutsutaan muodonsa vuoksi ns. Tosiasia on, että purkauksen aikana sitä ympäröivä ilma tai muu kaasu lämpenee ja nousee, mikä johtaa suoraviivaisen muodon vääristymiseen ja näemme kaaren.

Kaaren sytyttämiseksi sinun on joko ylitettävä elektrodien välinen väliaineen häiriöjännite tai katkaistava sähköpiiri. Jos piirissä on suuri induktanssi, kytkentälakien mukaan siinä olevaa virtaa ei voida katkaista välittömästi, se jatkaa virtaustaan. Tässä suhteessa jännite irrotettujen koskettimien välillä kasvaa ja valokaari palaa, kunnes jännite katoaa ja kelan magneettikenttään kertynyt energia häviää.

Tarkastellaan syttymis- ja palamisolosuhteita:

Elektrodien välillä tulisi olla ilmaa tai muuta kaasua. Väliaineen hajoamisjännitteen voittamiseksi tarvitaan korkea kymmenien tuhansien volttien jännite - tämä riippuu elektrodien välisestä etäisyydestä ja muista tekijöistä. Kaaripolton ylläpitämiseksi riittää 50–60 volttia ja vähintään 10 ampeerin virta. Erityiset arvot riippuvat ympäristöstä, elektrodien muodosta ja niiden välisestä etäisyydestä.

Haittaa ja taistele hänen kanssaan

Tutkimme sähkökaarin esiintymisen syitä, nyt tarkastellaan kuinka paljon haittaa se aiheuttaa ja kuinka se sammutetaan. Sähkökaari vaurioittaa kytkentälaitetta. Huomasit, että jos kytket tehokkaan sähkölaitteen verkkoon ja vedät jonkin ajan kuluttua pistokkeen pistorasiasta, tapahtuu pieni salama. Tämä kaari muodostuu pistokkeen ja ulostulon kontaktien väliin avoimen piirin seurauksena.

Tärkeää! Sähkökaarun palamisen aikana syntyy paljon lämpöä, sen palamislämpötila saavuttaa arvot yli 3000 celsiusastetta. Suurjännitepiireissä kaaren pituus saavuttaa vähintään metrin. On olemassa vaara sekä vahingoittaa ihmisten terveyttä että laitteiden kuntoa.

Sama asia tapahtuu valokatkaisimissa, muissa kytkentälaitteissa, muun muassa:

• katkaisijat;
• magneettiset käynnistimet;
• kontaktorit ja muut asiat.

Laitteissa, joita käytetään 0,4 kV verkoissa, mukaan lukien tavallinen 220 V, ne käyttävät erityisiä suojavarusteita - valokaaria. Niitä tarvitaan kosketimille aiheutuvien vahinkojen vähentämiseksi.

Kaarenkammio on yleensä joukko johtavia väliseiniä, joilla on erityinen muoto ja muoto, kiinnitettyinä yhteen dielektrisen materiaalin seinillä.

Kun koskettimet avataan, muodostettu plasma taipuu kohti kaarikammiota, missä se irroitetaan pieniksi osiksi. Seurauksena on, että se jäähtyy ja kosteuttaa.

Käytä korkeajänniteverkoissa öljy-, tyhjiö-, kaasukytkimiä. Öljykytkimessä vaimennus tapahtuu vaihtamalla kosketin öljyhauteessa. Poltettaessa sähkökaarta öljyssä, se hajoaa vedyksi ja kaasuiksi. Koskettimien ympärille muodostuu kaasukupla, jolla on taipumus murtautua kammiosta suurella nopeudella ja valokaari jäähtyy, koska vedyllä on hyvä lämmönjohtavuus.

Tyhjiökatkaisijoissa kaasut eivät ionisoidu, eikä valokaaripolttoon ole ehtoja. On myös kytkimiä, jotka on täytetty korkeapainekaasulla. Sähkökaarin muodostuessa niiden lämpötila ei nouse, paine nousee, ja sen vuoksi kaasujen ionisoituminen vähenee tai tapahtuu deionisaatio. Lupaavia alueita harkitaan SF6-katkaisijat.

On myös mahdollista kytkeä nollaan AC.

Hyödyllinen sovellus

Tarkasteltava ilmiö on löytänyt useita hyödyllisiä sovelluksia, esimerkiksi:

1. Valaisimet. Esimerkiksi purkauslamput (DRL, ksenoni ja muut tyypit). Jos lisäät tiettyihin metalleihin suoloja elektrodeihin, sähkökaarin väri muuttuu.
2. Sähkökaarihitsaus. Kun elektrodi koskettaa metallin pintaa, virtaa korkea virta, joka lämmittää metallin. Kun revität elektrodin, virtaa ei voida katkaista, lämmitetyt pinnat lähettävät elektrodit ja syntyy kaari. Sulattaessa metallihitsattuja pintoja ja itse elektrodia voidaan yhdistää kaksi osaa tai leikata ne. Hitsausta on erityyppisiä, esimerkiksi elektrodien tai kaasu-hiilidioksidin tai argonin avulla. Sitä käytetään kaikkialla ja se on antanut valtavan panoksen asuin- ja teollisuusrakentamiseen.
3. Kaari sulaa. Sähkökaari riippuu virtalähteiden sähköparametreista, joten voit hallita sen palamista. Korkean lämpötilan takia on mahdollista sulata suuri määrä metalleja.

Lopuksi suosittelemme katsomaan hyödyllistä videota artikkelin aiheesta:

Nyt tiedät, mikä on sähkökaari, mitkä ovat tämän ilmiön syyt ja mahdolliset käyttökentät. Toivomme, että annetut tiedot olivat sinulle ymmärrettäviä ja hyödyllisiä!

Aiheeseen liittyvät materiaalit:

• Oikosulun syyt
• Hitsauskaapeli
• Liitäntäkotelon hitsaus