Parlando delle caratteristiche di un arco voltaico, vale la pena ricordare che ha una tensione inferiore a una scarica a bagliore e si basa sulla radiazione termoionica di elettroni dagli elettrodi che supportano l'arco. Nei paesi di lingua inglese, il termine è considerato arcaico e obsoleto.

Le tecniche di soppressione dell'arco possono essere utilizzate per ridurre la durata dell'arco o la probabilità di formazione dell'arco.

Alla fine del 1800 l'arco voltaico era ampiamente utilizzato per l'illuminazione pubblica. Alcuni archi elettrici a bassa pressione sono utilizzati in molte applicazioni. Ad esempio, per l'illuminazione vengono utilizzate lampade fluorescenti, lampade al mercurio, al sodio e ad alogenuri metallici. Le lampade ad arco allo xeno sono state utilizzate per i proiettori cinematografici.

Apertura dell'arco voltaico

Si ritiene che il fenomeno sia stato descritto per la prima volta da Sir Humphry Davy in un articolo del 1801 pubblicato sul Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts di William Nicholson. Tuttavia, il fenomeno descritto da Davy non era un arco elettrico, ma solo una scintilla. I ricercatori successivi hanno scritto: “Questa è ovviamente una descrizione non di un arco, ma di una scintilla. L'essenza del primo è che deve essere continuo, ei suoi poli non devono toccarsi dopo che è sorto. La scintilla creata da Sir Humphry Davy non era chiaramente continua, e sebbene fosse rimasta carica per qualche tempo dopo il contatto con atomi di carbonio, molto probabilmente non c'era alcuna connessione dell'arco, che è necessaria per la sua classificazione come voltaica.

Nello stesso anno, Davy dimostrò pubblicamente l'effetto davanti alla Royal Society facendo passare una corrente elettrica attraverso due barre di carbonio che si toccavano e poi allontanandole a breve distanza l'una dall'altra. La dimostrazione ha mostrato un arco "debole", difficilmente distinguibile da una scintilla fissa, tra i punti di carbone. La comunità scientifica gli fornì una batteria più potente di 1000 piastre e nel 1808 dimostrò la presenza di un arco voltaico su larga scala. È anche accreditato con il suo nome in inglese (arco elettrico). Lo ha chiamato arco perché assume la forma di un arco verso l'alto quando la distanza tra gli elettrodi si avvicina. Ciò è dovuto alle proprietà conduttive del gas caldo.

Come è apparso l'arco voltaico? Il primo arco continuo fu registrato in modo indipendente nel 1802 e descritto nel 1803 come "un fluido speciale con proprietà elettriche" dallo scienziato russo Vasily Petrov, che stava sperimentando una batteria rame-zinco composta da 4200 dischi.

Ulteriori studi

Alla fine dell'ottocento l'arco voltaico era largamente utilizzato per l'illuminazione pubblica. La tendenza degli archi elettrici a tremolare e sibilare era un grosso problema. Nel 1895 Hertha Marx Ayrton scrisse una serie di articoli sull'elettricità, spiegando che l'arco voltaico era il risultato del contatto dell'ossigeno con le barre di carbonio utilizzate per creare l'arco.

Nel 1899, fu la prima donna in assoluto a dare il proprio documento davanti all'Institute of Electrical Engineers (IEE). Il suo rapporto era intitolato "Il meccanismo dell'arco elettrico". Poco dopo, Ayrton fu eletta prima donna membro dell'Institute of Electrical Engineers. La donna successiva fu ammessa all'istituto già nel 1958. Ayrton ha presentato una petizione per leggere un documento davanti alla Royal Society, ma non gli è stato permesso di farlo a causa del suo sesso e The Mechanism of the Electric Arc è stato letto da John Perry al suo posto nel 1901.

Descrizione

L'arco elettrico è il tipo con la densità di corrente più alta. La massima corrente assorbita attraverso l'arco è limitata solo dall'ambiente, non dall'arco stesso.

L'arco tra due elettrodi può essere avviato dalla ionizzazione e dalla scarica a bagliore quando la corrente attraverso gli elettrodi viene aumentata. La tensione di rottura dello spazio tra gli elettrodi è una funzione combinata di pressione, distanza tra gli elettrodi e tipo di gas che circonda gli elettrodi. Quando un arco si avvia, la sua tensione terminale è molto inferiore a quella di una scarica a bagliore e la corrente è maggiore. Un arco nei gas vicino alla pressione atmosferica è caratterizzato da luce visibile, alta densità di corrente e alta temperatura. Si differenzia da una scarica a bagliore in quanto le temperature effettive sia degli elettroni che degli ioni positivi sono approssimativamente le stesse e in una scarica a bagliore gli ioni hanno un'energia termica molto inferiore rispetto agli elettroni.

Durante la saldatura

Un arco esteso può essere avviato da due elettrodi che sono inizialmente in contatto e separati durante l'esperimento. Questa azione può innescare un arco senza una scarica a bagliore ad alta tensione. Questo è il modo in cui il saldatore inizia a saldare il giunto toccando istantaneamente l'elettrodo di saldatura con l'oggetto.

Un altro esempio è la separazione dei contatti elettrici su interruttori, relè o interruttori automatici. Nei circuiti ad alta energia, potrebbe essere necessaria la soppressione dell'arco per prevenire danni ai contatti.

Arco voltaico: caratteristiche

La resistenza elettrica lungo un arco continuo crea calore che ionizza più molecole di gas (dove il grado di ionizzazione è determinato dalla temperatura), e secondo questa sequenza, il gas si trasforma gradualmente in un plasma termico, che è in equilibrio termico, poiché la temperatura è distribuito in modo relativamente uniforme su tutti gli atomi, molecole, ioni ed elettroni. L'energia trasferita dagli elettroni viene rapidamente dispersa con le particelle più pesanti da collisioni elastiche a causa della loro elevata mobilità e dei loro grandi numeri.

La corrente nell'arco è mantenuta dalla termoionica e dall'emissione di campo di elettroni al catodo. La corrente può essere concentrata in un punto caldo molto piccolo sul catodo, dell'ordine di un milione di ampere per centimetro quadrato. In contrasto con una scarica a bagliore, l'arco ha una struttura sottile, poiché la colonna positiva è abbastanza luminosa e si estende quasi fino agli elettrodi su entrambe le estremità. La caduta del catodo e la caduta dell'anodo di pochi volt si verificano entro una frazione di millimetro da ciascun elettrodo. La colonna positiva ha un gradiente di tensione inferiore e può essere assente in archi molto brevi.

arco a bassa frequenza

Un arco CA a bassa frequenza (meno di 100 Hz) assomiglia a un arco CC. Ad ogni ciclo, l'arco viene avviato da un guasto e gli elettrodi cambiano ruolo quando la corrente cambia direzione. All'aumentare della frequenza della corrente, non c'è abbastanza tempo per la ionizzazione alla divergenza in ogni semiciclo e non è più necessaria la rottura per mantenere l'arco: la caratteristica di tensione e corrente diventa più ohmica.

Posto tra gli altri fenomeni fisici

Varie forme di archi elettrici stanno emergendo proprietà di modelli non lineari di corrente e campo elettrico. L'arco si verifica in uno spazio pieno di gas tra due elettrodi conduttivi (spesso tungsteno o carbonio), determinando temperature molto elevate in grado di fondere o vaporizzare la maggior parte dei materiali. Un arco elettrico è una scarica continua, mentre una scarica elettrica simile è istantanea. Un arco voltaico può verificarsi sia nei circuiti CC che nei circuiti CA. In quest'ultimo caso, può colpire ripetutamente ogni semiciclo dell'occorrenza corrente. Un arco elettrico differisce da una scarica a bagliore in quanto la densità di corrente è piuttosto alta e la caduta di tensione all'interno dell'arco è bassa. Al catodo, la densità di corrente può raggiungere un megaampere per centimetro quadrato.

Potenziale distruttivo

Un arco elettrico ha una relazione non lineare tra corrente e tensione. Una volta che l'arco è stato creato (progredendo da una scarica a bagliore o toccando momentaneamente gli elettrodi e poi separandoli), l'aumento della corrente si traduce in una tensione inferiore tra i terminali dell'arco. Questo effetto di resistenza negativo richiede una qualche forma di impedenza positiva (come un reattore elettrico) da posizionare nel circuito per mantenere un arco stabile. Questa proprietà è il motivo per cui gli archi elettrici incontrollati nell'apparato diventano così distruttivi, poiché una volta che l'arco si verifica, assorbirà sempre più corrente dalla sorgente di tensione CC fino a quando il dispositivo non viene distrutto.

Uso pratico

Su scala industriale, gli archi elettrici vengono utilizzati per la saldatura, il taglio al plasma, la lavorazione di scariche elettriche, come lampada ad arco nei proiettori cinematografici e nell'illuminazione. I forni elettrici ad arco vengono utilizzati per produrre acciaio e altre sostanze. In questo modo si ottiene il carburo di calcio, poiché è necessaria una grande quantità di energia per ottenere una reazione endotermica (a temperature di 2500 ° C).

Le luci ad arco di carbonio furono le prime luci elettriche. Sono stati utilizzati per i lampioni nel 19° secolo e per dispositivi specializzati come i proiettori fino alla seconda guerra mondiale. Oggi gli archi elettrici a bassa pressione sono utilizzati in molti settori. Ad esempio, per l'illuminazione vengono utilizzate lampade fluorescenti, al mercurio, al sodio e ad alogenuri metallici, mentre per i proiettori cinematografici vengono utilizzate lampade ad arco allo xeno.

La formazione di un intenso arco elettrico, come un lampo d'arco su piccola scala, è alla base dei detonatori esplosivi. Quando gli scienziati hanno appreso cos'è un arco voltaico e come può essere utilizzato, la varietà di armi mondiali è stata reintegrata con esplosivi efficaci.

La principale applicazione rimanente è il quadro di alta tensione per le reti di trasmissione. I dispositivi moderni utilizzano anche esafluoruro di zolfo ad alta pressione.

Conclusione

Nonostante la frequenza delle ustioni dell'arco voltaico, è considerato un fenomeno fisico molto utile, ancora ampiamente utilizzato nell'industria, nella produzione e nella creazione di oggetti decorativi. Ha la sua estetica ed è spesso presente nei film di fantascienza. La sconfitta dell'arco voltaico non è fatale.

CONFERENZA 5

ARCO ELETTRICO

Evento e processi fisici in un arco elettrico. L'apertura del circuito elettrico a correnti e tensioni significative è accompagnata da una scarica elettrica tra contatti divergenti. Il traferro tra i contatti viene ionizzato e diventa conduttivo, un arco brucia al suo interno. Il processo di disconnessione consiste nella deionizzazione del traferro tra i contatti, ovvero nella terminazione della scarica elettrica e nel ripristino delle proprietà dielettriche. In condizioni particolari: basse correnti e tensioni, un'interruzione del circuito in corrente alternata nel momento in cui la corrente passa per lo zero, può verificarsi senza una scarica elettrica. Questo arresto è chiamato pausa antiscintilla.

La dipendenza della caduta di tensione attraverso il gap di scarica dalla corrente della scarica elettrica nei gas è mostrata in Fig. uno.

L'arco elettrico è accompagnato da alta temperatura. Pertanto, l'arco non è solo un fenomeno elettrico, ma anche termico. In condizioni normali, l'aria è un buon isolante. La rottura di un traferro di 1 cm richiede una tensione di 30 kV. Affinché il traferro diventi un conduttore, è necessario creare una certa concentrazione di particelle cariche al suo interno: elettroni liberi e ioni positivi. Viene chiamato il processo di separazione degli elettroni da una particella neutra e la formazione di elettroni liberi e ioni caricati positivamente ionizzazione. La ionizzazione del gas avviene sotto l'influenza dell'alta temperatura e del campo elettrico. Per i processi ad arco in apparecchiature elettriche, i processi agli elettrodi (termoelettronica ed emissione di campo) e i processi nel gap dell'arco (ionizzazione termica e da impatto) sono della massima importanza.

Emissione termoionica è chiamata emissione di elettroni da una superficie riscaldata. Quando i contatti divergono, la resistenza di contatto del contatto e la densità di corrente nell'area di contatto aumentano notevolmente. La piattaforma si riscalda, si scioglie e dal metallo fuso si forma un istmo di contatto. L'istmo si rompe quando i contatti divergono ulteriormente e il metallo dei contatti evapora. Sull'elettrodo negativo si forma un'area calda (punto catodico), che funge da base dell'arco e fonte di radiazione elettronica. L'emissione termoionica è la causa del verificarsi di un arco elettrico all'apertura dei contatti. La densità di corrente di emissione termoionica dipende dalla temperatura e dal materiale dell'elettrodo.

Emissione autoelettronica chiamato il fenomeno dell'emissione di elettroni dal catodo sotto l'influenza di un forte campo elettrico. Quando i contatti sono aperti, viene applicata la tensione di rete. Quando i contatti sono chiusi, man mano che il contatto mobile si avvicina a quello fisso, l'intensità del campo elettrico tra i contatti aumenta. A una distanza critica tra i contatti, l'intensità del campo raggiunge 1000 kV/mm. Tale intensità di campo elettrico è sufficiente per espellere elettroni da un catodo freddo. La corrente di emissione del campo è piccola e serve solo come inizio di una scarica ad arco.

Pertanto, il verificarsi di una scarica d'arco su contatti divergenti è spiegato dalla presenza di emissioni termoioniche e autoelettroniche. Il verificarsi di un arco elettrico quando i contatti sono chiusi è dovuto all'emissione autoelettronica.

ionizzazione d'impatto chiamato l'emergere di elettroni liberi e ioni positivi nella collisione di elettroni con una particella neutra. Un elettrone libero rompe una particella neutra. Il risultato è un nuovo elettrone libero e uno ione positivo. Il nuovo elettrone, a sua volta, ionizza la particella successiva. Affinché un elettrone possa ionizzare una particella di gas, deve muoversi a una certa velocità. La velocità di un elettrone dipende dalla differenza di potenziale sul cammino libero medio. Pertanto, di solito non viene indicata la velocità dell'elettrone, ma la minima differenza di potenziale lungo la lunghezza del percorso libero, in modo che l'elettrone acquisisca la velocità necessaria. Questa differenza di potenziale è chiamata potenziale di ionizzazione. Il potenziale di ionizzazione di una miscela di gas è determinato dal più basso dei potenziali di ionizzazione dei componenti inclusi nella miscela di gas e dipende poco dalla concentrazione dei componenti. Il potenziale di ionizzazione per i gas è 13 ÷ 16V (azoto, ossigeno, idrogeno), per i vapori metallici è circa due volte inferiore: 7,7V per i vapori di rame.

Ionizzazione termica avviene sotto l'influenza di alte temperature. La temperatura dell'albero dell'arco raggiunge 4000÷7000 K e talvolta 15000 K. A questa temperatura, il numero e la velocità delle particelle di gas in movimento aumentano notevolmente. In caso di collisione, atomi e molecole vengono distrutti, formando particelle cariche. La caratteristica principale della ionizzazione termica è il grado di ionizzazione, che è il rapporto tra il numero di atomi ionizzati e il numero totale di atomi nel gap dell'arco. Il mantenimento della scarica dell'arco generato da un numero sufficiente di cariche gratuite è fornito dalla ionizzazione termica.

Contemporaneamente ai processi di ionizzazione nell'arco, si verificano processi inversi deionizzazione– riunioni di particelle cariche e formazione di molecole neutre. Quando si verifica un arco, predominano i processi di ionizzazione, in un arco costantemente acceso, i processi di ionizzazione e deionizzazione sono ugualmente intensi, con la predominanza dei processi di deionizzazione, l'arco si spegne.

La deionizzazione si verifica principalmente a causa della ricombinazione e della diffusione. ri combinazione è il processo mediante il quale particelle con carica diversa, venendo a contatto, formano particelle neutre. Diffusione di particelle cariche è il processo di trasporto di particelle cariche dal gap dell'arco nello spazio circostante, che riduce la conduttività dell'arco. La diffusione è dovuta a fattori sia elettrici che termici. La densità di carica nell'albero dell'arco aumenta dalla periferia al centro. In considerazione di ciò, si crea un campo elettrico che costringe gli ioni a spostarsi dal centro alla periferia e ad abbandonare la regione dell'arco. Anche la differenza di temperatura tra l'albero dell'arco e lo spazio circostante agisce nella stessa direzione. In un arco stabilizzato e che brucia liberamente, la diffusione gioca un ruolo insignificante. In un arco soffiato con aria compressa, così come in un arco aperto in rapido movimento, la deionizzazione dovuta alla diffusione può avere un valore vicino alla ricombinazione. In un arco che brucia in una fessura stretta o in una camera chiusa, la deionizzazione si verifica a causa della ricombinazione.

CADUTA DI TENSIONE IN ARCO ELETTRICO

La caduta di tensione lungo l'arco stazionario è distribuita in modo non uniforme. Modello di caduta di tensione u D e gradiente di tensione longitudinale (caduta di tensione per unità di lunghezza d'arco) e D lungo l'arco è mostrato in Fig. 2.

Progresso delle prestazioni u D e e D nelle regioni del vicino elettrodo differisce nettamente dal comportamento delle caratteristiche nel resto dell'arco. Agli elettrodi, nelle regioni vicino al catodo e vicino all'anodo, nell'intervallo dell'ordine di 10 -3 mm, c'è un forte calo di tensione, chiamato vicino al catodo u a e anodo u ma . IN catodo regione, si forma un deficit di elettroni a causa della loro elevata mobilità. In questa regione si forma una carica positiva di volume, che provoca una differenza di potenziale u a, circa 10÷20V. L'intensità di campo nella regione vicino al catodo raggiunge 10 5 V/cm e garantisce il rilascio di elettroni dal catodo a causa dell'emissione di campo. Inoltre, la tensione al catodo assicura il rilascio dell'energia necessaria per riscaldare il catodo e fornire l'emissione termoionica.

Riso. 2. Distribuzione della tensione ai capi arco CC stazionario

IN anodo regione, si forma una carica spaziale negativa, che causa una differenza di potenziale u ma. Gli elettroni diretti verso l'anodo vengono accelerati e eliminano gli elettroni secondari dall'anodo che esistono vicino all'anodo.

Il valore totale delle cadute di tensione dell'anodo e del catodo è chiamato caduta di tensione del vicino elettrodo:
ed è 20-30V.

Nel resto dell'arco, chiamato stelo dell'arco, la tensione scende u D direttamente proporzionale alla lunghezza dell'arco:

,

dove e STè il gradiente di sollecitazione longitudinale nell'albero dell'arco, l STè la lunghezza dell'albero dell'arco.

Il gradiente qui è costante lungo lo stelo. Dipende da molti fattori e può variare ampiamente, arrivando a 100÷200 V/cm.

Pertanto, la caduta di tensione attraverso il gap dell'arco:

STABILITÀ DELL'ARCO ELETTRICO CC

Per estinguere un arco elettrico in corrente continua, è necessario creare condizioni in cui i processi di deionizzazione nel gap dell'arco superino i processi di ionizzazione a tutti i valori di corrente.

Per un circuito (Fig. 3) contenente resistenza R, induttanza l, traferro d'arco con caduta di tensione u D, Sorgente di tensione CC u, in modalità di transizione ( ) vale l'equazione di Kirchhoff: , (1) dove - caduta di tensione ai capi dell'induttanza al variare della corrente. Con un arco costantemente acceso (stato stazionario ) l'espressione (1) assume la forma: . (2) Per estinguere l'arco, è necessario che la corrente al suo interno diminuisca continuamente. Significa che :

Quando un circuito elettrico viene aperto, si verifica una scarica elettrica nella forma arco elettrico. Per la comparsa di un arco elettrico, è sufficiente che la tensione ai contatti sia superiore a 10 V con una corrente nel circuito dell'ordine di 0,1 A o più. A tensioni e correnti significative, la temperatura all'interno dell'arco può raggiungere 3 - 15 mila ° C, a seguito della quale i contatti e le parti che trasportano corrente si sciolgono.

A tensioni di 110 kV e oltre, la lunghezza dell'arco può raggiungere diversi metri. Pertanto, un arco elettrico, specialmente nei circuiti di potenza ad alta potenza, a tensioni superiori a 1 kV è un grande pericolo, sebbene gravi conseguenze possano verificarsi in installazioni a tensioni inferiori a 1 kV. Di conseguenza, l'arco elettrico deve essere limitato il più possibile e spento rapidamente nei circuiti per tensioni sia superiori che inferiori a 1 kV.

Il processo di formazione di un arco elettrico può essere semplificato come segue. Quando i contatti divergono, la pressione di contatto diminuisce prima e, di conseguenza, la superficie di contatto aumenta (iniziano la densità di corrente e la temperatura - il surriscaldamento locale (in alcune parti dell'area di contatto), che contribuisce ulteriormente all'emissione termoionica, quando è sotto l'influenza di temperatura aumenta la velocità degli elettroni che fuoriescono dalla superficie dell'elettrodo.

Al momento della divergenza dei contatti, cioè un'interruzione del circuito, la tensione viene rapidamente ripristinata sulla distanza tra i contatti. Poiché in questo caso la distanza tra i contatti è piccola, si verifica un'alta tensione, sotto l'influenza della quale gli elettroni fuoriescono dalla superficie dell'elettrodo. Accelerano in un campo elettrico e, quando colpiscono un atomo neutro, gli conferiscono la loro energia cinetica. Se questa energia è sufficiente per strappare almeno un elettrone dal guscio di un atomo neutro, si verifica il processo di ionizzazione.

Gli elettroni e gli ioni liberi risultanti costituiscono il plasma dell'albero dell'arco, ovvero il canale ionizzato in cui brucia l'arco e viene assicurato il movimento continuo delle particelle. In questo caso, particelle cariche negativamente, principalmente elettroni, si muovono in una direzione (verso l'anodo), e atomi e molecole di gas, prive di uno o più elettroni - particelle cariche positivamente - nella direzione opposta (verso il catodo). La conducibilità del plasma è vicina a quella dei metalli.

Una grande corrente scorre nell'albero dell'arco e viene generata una temperatura elevata. Una tale temperatura dell'albero dell'arco porta alla ionizzazione termica - il processo di formazione di ioni dovuto alla collisione di molecole e atomi che hanno un'elevata energia cinetica ad alte velocità del loro movimento (molecole e atomi del mezzo in cui l'arco brucia decadono in elettroni e ioni caricati positivamente). L'intensa ionizzazione termica mantiene un'elevata conduttività del plasma. Pertanto, la caduta di tensione lungo la lunghezza dell'arco è piccola.

In un arco elettrico procedono continuamente due processi: oltre alla ionizzazione, c'è anche la deionizzazione di atomi e molecole. Quest'ultimo avviene principalmente per diffusione, cioè il trasferimento di particelle cariche nell'ambiente, e la ricombinazione di elettroni e ioni caricati positivamente, che si ricombinano in particelle neutre con il ritorno dell'energia spesa per il loro decadimento. In questo caso, il calore viene rimosso nell'ambiente.

Pertanto, si possono distinguere tre fasi del processo in esame: accensione dell'arco, quando, a causa della ionizzazione per impatto e dell'emissione di elettroni dal catodo, inizia una scarica d'arco e l'intensità di ionizzazione è superiore alla deionizzazione, combustione stabile dell'arco, supportata dalla ionizzazione termica nell'albero dell'arco, quando l'intensità della ionizzazione e della deionizzazione è la stessa, estinzione dell'arco quando l'intensità della deionizzazione è superiore alla ionizzazione.

Metodi per l'estinzione dell'arco nei dispositivi elettrici di commutazione

Per disconnettere gli elementi del circuito elettrico ed escludere così danni al dispositivo di commutazione, è necessario non solo aprire i suoi contatti, ma anche estinguere l'arco che si forma tra di loro. I processi di estinzione dell'arco, così come la combustione, sono diversi per corrente alternata e continua. Ciò è determinato dal fatto che nel primo caso la corrente nell'arco passa per zero ogni semiciclo. In questi momenti, il rilascio di energia nell'arco si interrompe e l'arco si spegne spontaneamente ogni volta, per poi riaccendersi.

In pratica, la corrente nell'arco si avvicina allo zero poco prima del passaggio per lo zero, poiché al diminuire della corrente diminuisce l'energia fornita all'arco, la temperatura dell'arco diminuisce di conseguenza e la ionizzazione termica si interrompe. In questo caso, il processo di deionizzazione procede intensamente nel gap dell'arco. Se al momento si aprono e si separano rapidamente i contatti, è possibile che non si verifichi il successivo guasto elettrico e il circuito verrà disconnesso senza arco. Tuttavia, è estremamente difficile farlo in pratica, e quindi vengono prese misure speciali per accelerare l'estinzione dell'arco, che assicurano il raffreddamento dello spazio dell'arco e una diminuzione del numero di particelle cariche.

Come risultato della deionizzazione, la rigidità dielettrica del gap aumenta gradualmente e, allo stesso tempo, aumenta la tensione di recupero ai suoi capi. Dipende dal rapporto di questi valori se l'arco si accenderà per la metà successiva del periodo o meno. Se la rigidità dielettrica del gap aumenta più velocemente ed è maggiore della tensione di ripristino, l'arco non si accenderà più, altrimenti l'arco sarà stabile. La prima condizione definisce il problema dell'estinzione dell'arco.

Nei dispositivi di commutazione vengono utilizzati vari metodi di spegnimento dell'arco.

Estensione dell'arco

Quando i contatti divergono nel processo di spegnimento del circuito elettrico, l'arco che si è formato si allunga. In questo caso, le condizioni per il raffreddamento dell'arco sono migliorate, poiché la sua superficie aumenta e per la combustione è necessaria una maggiore tensione.

Dividere un arco lungo in una serie di archi corti

Se l'arco formato all'apertura dei contatti viene suddiviso in K archi corti, ad esempio stringendolo in una griglia metallica, si spegnerà. L'arco viene solitamente trascinato in un reticolo metallico sotto l'influenza di un campo elettromagnetico indotto nelle piastre del reticolo da correnti parassite. Questo metodo di spegnimento dell'arco è ampiamente utilizzato nei dispositivi di commutazione per tensioni inferiori a 1 kV, in particolare negli interruttori automatici aperti.

Raffreddamento ad arco in fessure strette

L'estinzione dell'arco in un piccolo volume è facilitata. Pertanto, gli scivoli ad arco con fessure longitudinali sono ampiamente utilizzati (l'asse di tale fenditura coincide in direzione con l'asse dell'albero dell'arco). Tale spazio è solitamente formato in camere realizzate con materiali isolanti resistenti all'arco. A causa del contatto dell'arco con superfici fredde, si verificano il suo raffreddamento intensivo, la diffusione di particelle cariche nell'ambiente e, di conseguenza, una rapida deionizzazione.

Oltre alle fessure con pareti parallele al piano, vengono utilizzate anche fessure con nervature, sporgenze ed estensioni (tasche). Tutto ciò porta alla deformazione dell'albero dell'arco e contribuisce ad aumentare l'area del suo contatto con le pareti fredde della camera.

Il disegno dell'arco in fessure strette di solito avviene sotto l'influenza di un campo magnetico che interagisce con l'arco, che può essere considerato un conduttore di corrente.

L'esterno per muovere l'arco è il più delle volte fornito da una bobina collegata in serie con i contatti tra i quali si verifica l'arco. L'estinzione dell'arco in fessure strette viene utilizzata nei dispositivi per tutte le tensioni.

Spegnimento dell'arco ad alta pressione

A temperatura costante, il grado di ionizzazione del gas diminuisce all'aumentare della pressione, mentre aumenta la conducibilità termica del gas. A parità di altre condizioni, questo porta ad un maggiore raffreddamento dell'arco. L'estinzione dell'arco con l'aiuto dell'alta pressione, creata dall'arco stesso in camere ben chiuse, è ampiamente utilizzata nei fusibili e in numerosi altri dispositivi.

Spegnimento dell'arco in olio

Se poste in olio, l'arco che si forma quando si aprono porta ad un'intensa evaporazione dell'olio. Di conseguenza, attorno all'arco si forma una bolla di gas (guscio), costituita principalmente da idrogeno (70 ... 80%), oltre a vapore d'olio. I gas emessi ad alta velocità penetrano direttamente nella zona dell'albero dell'arco, provocano la miscelazione di gas freddo e caldo nella bolla, forniscono un raffreddamento intensivo e, di conseguenza, la deionizzazione dell'intervallo dell'arco. Inoltre, la capacità deionizzante dei gas aumenta la pressione creata durante la rapida decomposizione dell'olio all'interno della bolla.

L'intensità del processo di estinzione dell'arco nell'olio è maggiore, più l'arco entra in contatto con l'olio e più velocemente si muove rispetto all'arco. Detto questo, lo spazio dell'arco è limitato da un dispositivo isolante chiuso - scivolo ad arco. In queste camere viene creato un contatto più stretto dell'olio con l'arco e, con l'aiuto di piastre isolanti e fori di scarico, si formano canali di lavoro attraverso i quali si muovono olio e gas, fornendo un'intensa soffiatura (soffiaggio) dell'arco.

Scivoli ad arco secondo il principio di funzionamento, sono divisi in tre gruppi principali: con autosoffiaggio, quando si creano alta pressione e velocità di movimento del gas nella zona dell'arco a causa dell'energia rilasciata nell'arco, con soffiaggio forzato dell'olio tramite pompaggio speciale meccanismi idraulici, con spegnimento magnetico in olio, quando l'arco è sotto l'azione del campo magnetico si sposta in strette fessure.

Il più efficiente e semplice scivoli ad arco con autoblast. A seconda della posizione dei canali e dei fori di scarico, si distinguono le camere in cui è previsto il soffiaggio intensivo della miscela gas-vapore e dell'olio lungo l'arco (soffio longitudinale) o attraverso l'arco (soffio trasversale). I metodi considerati per l'estinzione dell'arco sono ampiamente utilizzati negli interruttori automatici per tensioni superiori a 1 kV.

Altri modi per spegnere l'arco in dispositivi per tensioni superiori a 1 kV

Oltre ai metodi di spegnimento dell'arco sopra descritti, utilizzano anche: aria compressa, il cui flusso soffia lungo o trasversalmente l'arco, fornendo il suo raffreddamento intensivo (al posto dell'aria vengono utilizzati anche altri gas, spesso ottenuti da gas solido- materiali che generano - fibra, plastica vinilica, ecc. - perché a causa della loro decomposizione da parte dell'arco di combustione stesso), che ha una forza elettrica superiore all'aria e all'idrogeno, per cui l'arco che brucia in questo gas si spegne rapidamente anche a pressione atmosferica, gas altamente rarefatto (vuoto), quando si aprono i contatti in cui l'arco non si riaccende (si spegne) dopo il primo passaggio di corrente per lo zero.

1. Condizioni per l'innesco e la combustione di un arco

L'apertura del circuito elettrico in presenza di corrente al suo interno è accompagnata da una scarica elettrica tra i contatti. Se nel circuito scollegato la corrente e la tensione tra i contatti sono maggiori di quelle critiche per queste condizioni, allora a arco, il cui tempo di combustione dipende dai parametri del circuito e dalle condizioni di deionizzazione del gap dell'arco. La formazione di un arco quando si aprono i contatti in rame è possibile già con una corrente di 0,4-0,5 A e una tensione di 15 V.

Riso. uno. Posizione in un arco CC stazionario tensione U(a) e intensitàE(B).

Nell'arco si distinguono lo spazio vicino al catodo, l'albero dell'arco e lo spazio vicino all'anodo (Fig. 1). Tutto lo stress è distribuito tra queste aree u a, u sd, u ma. La caduta di tensione del catodo nell'arco CC è di 10–20 V e la lunghezza di questa sezione è di 10–4–10–5 cm, quindi si osserva un'elevata intensità del campo elettrico (105–106 V/cm) vicino al catodo . A intensità così elevate, si verifica la ionizzazione per impatto. La sua essenza sta nel fatto che gli elettroni strappati dal catodo dalle forze di un campo elettrico (emissione di campo) o dal riscaldamento del catodo (emissione termoionica), vengono accelerati in un campo elettrico e, quando colpiscono un atomo neutro , dargli la loro energia cinetica. Se questa energia è sufficiente per strappare un elettrone dal guscio di un atomo neutro, si verificherà la ionizzazione. Gli elettroni e gli ioni liberi risultanti costituiscono il plasma dell'albero dell'arco.

Riso. 2. .

La conducibilità del plasma si avvicina a quella dei metalli [ a\u003d 2500 1 / (Ohm × cm)] / Una grande corrente passa nell'albero dell'arco e viene creata un'alta temperatura. La densità di corrente può raggiungere 10.000 A/cm2 o più e la temperatura può variare da 6.000 K a pressione atmosferica a 18.000 K o più a pressioni elevate.

Le alte temperature nell'albero dell'arco portano a un'intensa ionizzazione termica, che mantiene l'elevata conduttività del plasma.

La ionizzazione termica è il processo di formazione di ioni dovuto alla collisione di molecole e atomi con elevata energia cinetica ad alte velocità del loro movimento.

Maggiore è la corrente nell'arco, minore è la sua resistenza e quindi è necessaria una minore tensione per bruciare l'arco, ovvero è più difficile estinguere un arco con una grande corrente.

Con corrente alternata, la tensione di alimentazione tu cd cambia in modo sinusoidale, cambia anche la corrente nel circuito io(Fig. 2) e la corrente è in ritardo rispetto alla tensione di circa 90 °. Tensione d'arco tu e, bruciando tra i contatti dell'interruttore, a intermittenza. A basse correnti, la tensione aumenta a un valore tu h (tensione di accensione), quindi all'aumentare della corrente nell'arco e della ionizzazione termica, la tensione diminuisce. Alla fine del semiciclo, quando la corrente si avvicina allo zero, l'arco si spegne alla tensione di spegnimento tu d. Nel semiciclo successivo, il fenomeno si ripete se non vengono prese misure per deionizzare il gap.

Se l'arco si spegne in un modo o nell'altro, la tensione tra i contatti dell'interruttore deve essere ripristinata alla tensione di rete - tu vz (Fig. 2, punto A). Tuttavia, poiché nel circuito sono presenti resistenze induttive, attive e capacitive, si verifica un processo transitorio, compaiono fluttuazioni di tensione (Fig. 2), la cui ampiezza u c,max può superare significativamente la tensione normale. Per la disconnessione delle apparecchiature, è importante a quale velocità viene ripristinata la tensione nella sezione AB. Riassumendo, si può notare che la scarica dell'arco inizia a causa della ionizzazione per impatto e dell'emissione di elettroni dal catodo e, dopo l'accensione, l'arco viene mantenuto dalla ionizzazione termica nell'albero dell'arco.

Nei dispositivi di commutazione, è necessario non solo aprire i contatti, ma anche estinguere l'arco che si è formato tra di loro.

Nei circuiti AC, la corrente nell'arco passa per zero ogni semiciclo (Fig. 2), in questi momenti l'arco si spegne spontaneamente, ma nel semiciclo successivo può riapparire. Come mostrano gli oscillogrammi, la corrente nell'arco si avvicina allo zero un po' prima del naturale passaggio per lo zero (Fig. 3, ma). Ciò è spiegato dal fatto che quando la corrente diminuisce, l'energia fornita all'arco diminuisce, quindi la temperatura dell'arco diminuisce e la ionizzazione termica si interrompe. Durata del tempo morto T n è piccolo (da decine a diverse centinaia di microsecondi), ma svolge un ruolo importante nell'estinzione dell'arco. Se si aprono i contatti durante un tempo morto e li si separa a una velocità sufficiente a una distanza tale che non si verifichi un'interruzione elettrica, il circuito verrà disconnesso molto rapidamente.

Durante la pausa senza corrente, l'intensità della ionizzazione diminuisce drasticamente, poiché non si verifica alcuna ionizzazione termica. Nei dispositivi di commutazione, inoltre, vengono adottate misure artificiali per raffreddare lo spazio dell'arco e ridurre il numero di particelle cariche. Questi processi di deionizzazione portano ad un graduale aumento della rigidità dielettrica del gap tu pr (Fig. 3, B).

Un forte aumento della forza elettrica dello spazio vuoto dopo che la corrente è passata attraverso lo zero si verifica principalmente a causa di un aumento della forza dello spazio vicino al catodo (nei circuiti CA 150-250 V). Allo stesso tempo, la tensione di ripristino aumenta tu in. Se in qualsiasi momento tu pr > tu il divario non verrà interrotto, l'arco non si riaccenderà dopo che la corrente è passata per zero. Se a un certo punto tu pr = tu c, quindi l'arco viene riacceso nello spazio vuoto.

Riso. 3. :

ma- estinzione dell'arco durante il passaggio naturale della corrente allo zero; B– aumento della rigidità elettrica del gap d'arco quando la corrente passa per zero

Pertanto, il compito di estinguere l'arco si riduce a creare condizioni tali che la rigidità dielettrica dello spazio tra i contatti tu pr c'era più tensione tra di loro tu in.

Il processo di aumento della tensione tra i contatti del dispositivo da spegnere può essere di natura diversa a seconda dei parametri del circuito commutato. Se il circuito con una predominanza di resistenza attiva viene spento, la tensione viene ripristinata secondo la legge aperiodica; se il circuito è dominato dalla resistenza induttiva, si verificano oscillazioni le cui frequenze dipendono dal rapporto tra capacità e induttanza del circuito. Il processo oscillatorio porta a tassi di recupero di tensione significativi e maggiore è il tasso du in/ dt, tanto più probabile è la rottura del gap e la riaccensione dell'arco. Per facilitare le condizioni di spegnimento dell'arco, nel circuito della corrente disinserita vengono introdotte resistenze attive, quindi la natura del ripristino della tensione sarà aperiodica (Fig. 3, B).

3. Metodi di spegnimento dell'arco in dispositivi di commutazione fino a 1000IN

Nei dispositivi di commutazione fino a 1 kV, sono ampiamente utilizzati i seguenti metodi di estinzione dell'arco:

Allungamento dell'arco ad una rapida divergenza di contatti.

Più lungo è l'arco, maggiore è la tensione richiesta per la sua esistenza. Se la tensione della fonte di alimentazione è inferiore, l'arco si spegne.

La divisione di un lungo arco in una serie di brevi (Fig. 4, ma).
Come mostrato in fig. 1, la tensione dell'arco è la somma del catodo u a e anodo u e cadute di tensione e tensione dell'albero dell'arco u sd:

u d= u k+ u a+ u sd= u e+ u sd.

Se un lungo arco, che si è verificato quando i contatti sono stati aperti, viene tirato in una griglia di piastre metalliche che estingue l'arco, sarà diviso in n archi corti. Ogni arco corto avrà le proprie cadute di tensione del catodo e dell'anodo. u e. L'arco si spegne se:

u n u eh,

dove u- tensione di rete; u e - la somma delle cadute di tensione del catodo e dell'anodo (20-25 V in un arco CC).

L'arco AC può anche essere suddiviso in n archi corti. Nel momento in cui la corrente passa per lo zero, lo spazio vicino al catodo acquisisce istantaneamente una forza elettrica di 150-250 V.

L'arco si spegne se

Spegnimento dell'arco in spazi ristretti.

Se l'arco brucia in una fessura stretta formata da un materiale resistente all'arco, a causa del contatto con superfici fredde, si verifica un raffreddamento intensivo e la diffusione di particelle cariche nell'ambiente. Ciò si traduce in una rapida deionizzazione e spegnimento dell'arco.

Riso. 4.

ma- divisione di un arco lungo in arco corto; B– trascinare l'arco in una fessura stretta dello scivolo dell'arco; in– rotazione dell'arco in un campo magnetico; G- spegnimento dell'arco in olio: 1 - contatto fisso; 2 - tronco ad arco; 3 – guscio di idrogeno; 4 – zona gas; 5 – zona di vapori d'olio; 6 - contatto mobile

Moto dell'arco in un campo magnetico.

Un arco elettrico può essere considerato un conduttore di corrente. Se l'arco è in un campo magnetico, è influenzato da una forza determinata dalla regola della mano sinistra. Se crei un campo magnetico diretto perpendicolarmente all'asse dell'arco, riceverà un movimento di traslazione e verrà attirato nella fessura dello scivolo dell'arco (Fig. 4, B).

In un campo magnetico radiale, l'arco riceverà un movimento rotatorio (Fig. 4, in). Il campo magnetico può essere creato da magneti permanenti, bobine speciali o dal circuito stesso che trasporta la corrente. La rapida rotazione e movimento dell'arco contribuisce al suo raffreddamento e deionizzazione.

Gli ultimi due metodi di spegnimento dell'arco (in fessure strette e in un campo magnetico) sono utilizzati anche nei dispositivi di commutazione con tensioni superiori a 1 kV.

4. I principali metodi di estinzione dell'arco nei dispositivi superiori a 1kV.

Nei dispositivi di commutazione superiori a 1 kV, i metodi 2 e 3 descritti in p.p. 1.3. e i seguenti metodi di estinzione dell'arco sono ampiamente utilizzati:

1. Spegnimento dell'arco in olio .

Se i contatti del dispositivo di sezionamento sono posti in olio, l'arco che si verifica durante l'apertura porta a un'intensa formazione di gas ed evaporazione dell'olio (Fig. 4, G). Attorno all'arco si forma una bolla di gas, costituita principalmente da idrogeno (70-80%); la rapida decomposizione dell'olio porta ad un aumento della pressione nella bolla, che contribuisce al suo migliore raffreddamento e deionizzazione. L'idrogeno ha elevate proprietà di estinzione dell'arco. A diretto contatto con l'albero dell'arco, contribuisce alla sua deionizzazione. All'interno della bolla di gas c'è un movimento continuo di gas e vapore d'olio. L'estinzione dell'arco in olio è ampiamente utilizzata negli interruttori automatici.

2. Gas-aria raffica .

Il raffreddamento dell'arco è migliorato se viene creato un movimento diretto di gas: esplosione. Soffiare lungo o attraverso l'arco (Fig. 5) contribuisce alla penetrazione di particelle di gas nel suo albero, all'intensa diffusione e al raffreddamento dell'arco. Il gas viene creato quando l'olio viene decomposto da un arco (interruttori dell'olio) o da materiali che generano gas solido (esplosione di autogas). È più efficiente soffiare con aria fredda non ionizzata proveniente da speciali bombole di aria compressa (interruttori dell'aria).

3. Interruzione multipla del circuito di corrente .

Spegnere l'alta corrente ad alte tensioni è difficile. Ciò è spiegato dal fatto che a valori elevati dell'energia in ingresso e della tensione di recupero, la deionizzazione del gap dell'arco diventa più complicata. Pertanto, negli interruttori ad alta tensione, vengono utilizzate più interruzioni dell'arco in ciascuna fase (Fig. 6). Tali interruttori hanno diversi dispositivi di estinzione progettati per una parte della corrente nominale. filato. Il numero di interruzioni per fase dipende dal tipo di interruttore e dalla sua tensione. Negli interruttori automatici da 500-750 kV possono esserci 12 o più interruzioni. Per facilitare l'estinzione dell'arco, la tensione di ripristino deve essere distribuita uniformemente tra le interruzioni. Sulla fig. 6 mostra schematicamente un interruttore olio con due interruzioni per fase.

Quando un cortocircuito monofase viene interrotto, la tensione di ripristino verrà distribuita tra le interruzioni come segue:

u 1/u 2 = (C 1+C 2)/C 1

dove u 1 ,u 2 - sollecitazioni applicate alla prima e alla seconda discontinuità; DA 1 - capacità tra i contatti di questi spazi vuoti; C 2 - capacità del sistema di contatti rispetto a terra.

Riso. 6. Distribuzione della tensione in caso di interruzione dell'interruttore: a - distribuzione della tensione in caso di interruzione dell'interruttore dell'olio; b - divisori di tensione capacitivi; c - divisori di tensione attivi.

Perché DA 2 molto di più C 1, quindi la tensione u 1 > u 2 e, di conseguenza, gli estintori opereranno in condizioni differenti. Per equalizzare la tensione, i condensatori o le resistenze attive sono collegati in parallelo ai contatti principali dell'interruttore (GK) (Fig. 16, B, in). I valori delle capacità e delle resistenze shunt attive sono selezionati in modo che la tensione attraverso le interruzioni sia distribuita uniformemente. Negli interruttori con resistenze shunt, dopo lo spegnimento dell'arco tra il GC, la corrente di accompagnamento, limitata in valore dalle resistenze, viene interrotta dai contatti ausiliari (AC).

I resistori di shunt riducono la velocità di aumento della tensione di ripristino, facilitando l'estinzione dell'arco.

4. Tempra ad arco sotto vuoto .

Un gas altamente rarefatto (10-6-10-8 N/cm2) ha una forza elettrica dieci volte maggiore di un gas a pressione atmosferica. Se i contatti si aprono nel vuoto, subito dopo il primo passaggio della corrente nell'arco attraverso lo zero, la forza del divario viene ripristinata e l'arco non si accende più.

5. Spegnimento dell'arco in gas ad alta pressione .

L'aria a una pressione di 2 MPa o più ha un'elevata rigidità elettrica. Ciò consente di creare dispositivi piuttosto compatti per l'estinzione dell'arco in un'atmosfera di aria compressa. Ancora più efficace è l'uso di gas ad alta resistenza, come l'esafluoruro di zolfo SF6 (SF6). L'SF6 non ha solo una maggiore resistenza elettrica rispetto all'aria e all'idrogeno, ma ha anche migliori proprietà di estinzione dell'arco anche a pressione atmosferica.

Quando si cambiano apparecchi elettrici o sovratensioni nel circuito tra le parti che trasportano corrente, potrebbe apparire un arco elettrico. Può essere utilizzato per utili scopi tecnologici e allo stesso tempo essere dannoso per le apparecchiature. Attualmente, gli ingegneri hanno sviluppato una serie di metodi per combattere e utilizzare l'arco elettrico per scopi utili. In questo articolo, esamineremo come si verifica, le sue conseguenze e la sua portata.

Formazione dell'arco, sua struttura e proprietà

Immagina di fare un esperimento in un laboratorio. Abbiamo due conduttori, ad esempio chiodi di metallo. Li posizioniamo con una punta l'uno verso l'altro a breve distanza e colleghiamo i cavi di una fonte di tensione regolabile ai chiodi. Se aumenti gradualmente la tensione della fonte di alimentazione, a un certo valore vedremo scintille, dopo di che si forma un bagliore costante simile al fulmine.

Pertanto, è possibile osservare il processo della sua formazione. Il bagliore che si forma tra gli elettrodi è plasma. In realtà, questo è l'arco elettrico o il flusso di corrente elettrica attraverso il mezzo gassoso tra gli elettrodi. Nella figura seguente ne vedete la struttura e le caratteristiche corrente-tensione:

Ed ecco le temperature approssimative:

Perché si verifica un arco elettrico?

Tutto è molto semplice, abbiamo considerato nell'articolo su, oltre che nell'articolo su, che se un corpo conduttivo (un chiodo d'acciaio, per esempio) viene introdotto in un campo elettrico, le cariche inizieranno ad accumularsi sulla sua superficie. Inoltre, minore è il raggio di curvatura della superficie, più si accumulano. In parole povere, le cariche si accumulano sulla punta dell'unghia.

Tra i nostri elettrodi, l'aria è un gas. Sotto l'azione di un campo elettrico, si ionizza. Di conseguenza, sorgono le condizioni per la formazione di un arco elettrico.

La tensione alla quale si verifica un arco dipende dal mezzo specifico e dalle sue condizioni: pressione, temperatura e altri fattori.

Interessante: secondo una versione, questo fenomeno è così chiamato per la sua forma. Il fatto è che nel processo di combustione dello scarico, l'aria o altro gas che lo circonda si riscalda e sale, a seguito della quale una forma rettilinea viene distorta e vediamo un arco o arco.

Per accendere l'arco, è necessario superare la tensione di rottura del mezzo tra gli elettrodi o interrompere il circuito elettrico. Se c'è una grande induttanza nel circuito, quindi, secondo le leggi della commutazione, la corrente in esso non può essere interrotta istantaneamente, continuerà a fluire. A questo proposito, la tensione tra i contatti scollegati aumenterà e l'arco brucerà fino a quando la tensione non scompare e l'energia accumulata nel campo magnetico dell'induttore si dissipa.

Considera le condizioni di accensione e combustione:

Ci deve essere aria o altro gas tra gli elettrodi. Per superare la tensione di rottura del mezzo, è necessaria un'alta tensione di decine di migliaia di volt, che dipende dalla distanza tra gli elettrodi e altri fattori. Per mantenere l'arco sono sufficienti 50-60 volt e una corrente di 10 o più ampere. I valori specifici dipendono dall'ambiente, dalla forma degli elettrodi e dalla distanza tra loro.

Danneggia e combatti contro di essa

Abbiamo esaminato le cause del verificarsi di un arco elettrico, ora scopriamo che danno fa e come estinguerlo. L'arco elettrico danneggia l'apparecchiatura di commutazione. Hai notato che se accendi un potente elettrodomestico in rete e dopo un po' stacca la spina dalla presa, si verifica un piccolo lampeggio. Questo arco si forma tra i contatti della spina e della presa a seguito di un'interruzione del circuito elettrico.

Importante! Durante la combustione di un arco elettrico viene rilasciato molto calore, la temperatura della sua combustione raggiunge valori di oltre 3000 gradi Celsius. Nei circuiti ad alta tensione, la lunghezza dell'arco raggiunge un metro o più. Esiste il pericolo sia di danni alla salute umana che delle condizioni dell'apparecchiatura.

La stessa cosa accade negli interruttori della luce, in altre apparecchiature di commutazione, tra cui:

• interruttori automatici;
• avviatori magnetici;
• contattori e altro.

Nei dispositivi utilizzati nelle reti da 0,4 kV, inclusi i soliti 220 V, vengono utilizzati dispositivi di protezione speciali: scivoli ad arco. Sono necessari per ridurre i danni causati ai contatti.

In generale, lo scivolo ad arco è un insieme di partizioni conduttive di configurazione e forma speciali, fissate con pareti di materiale dielettrico.

Quando i contatti vengono aperti, il plasma formato si piega verso la camera di estinzione dell'arco, dove viene separato in piccole sezioni. Di conseguenza, si raffredda e si spegne.

Nelle reti ad alta tensione vengono utilizzati interruttori del petrolio, del vuoto, del gas. In un interruttore automatico dell'olio, lo smorzamento avviene commutando i contatti in un bagno d'olio. Quando un arco elettrico brucia in olio, si decompone in idrogeno e gas. Intorno ai contatti si forma una bolla di gas, che tende a fuoriuscire dalla camera ad alta velocità e l'arco si raffredda, poiché l'idrogeno ha una buona conduttività termica.

Gli interruttori automatici in vuoto non ionizzano i gas e non ci sono condizioni per la formazione di archi. Ci sono anche interruttori riempiti con gas ad alta pressione. Quando si forma un arco elettrico, la temperatura al loro interno non aumenta, la pressione aumenta e, per questo motivo, la ionizzazione dei gas diminuisce o si verifica la deionizzazione. Sono considerati una direzione promettente.

È possibile anche la commutazione a zero AC.

Applicazione utile

Il fenomeno considerato ha trovato anche alcune utili applicazioni, ad esempio:

Ora sai cos'è un arco elettrico, cosa causa questo fenomeno e le possibili applicazioni. Ci auguriamo che le informazioni fornite siano state chiare e utili per te!

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