причины возникновения и способы применения

При коммутации электрических приборов или перенапряжений в цепи между токоведущими частями может появится электрическая дуга. Она может использоваться в полезных технологических целях и в то же время нести вред оборудованию. В настоящее время инженеры разработали ряд методов борьбы и использования в полезных целях электрической дуги. В этой статье мы рассмотрим, как она возникает, ее последствия и область применения.

• Образование дуги, её строение и свойства
• Почему возникает электрическая дуга
• Вред и борьба с ней
• Полезное применение

Образование дуги, её строение и свойства

Представим, что мы в лаборатории проводим эксперимент. У нас есть два проводника, например, металлических гвоздя. Расположим их острием друг к другу на небольшом расстоянии и подключим к гвоздям выводы регулируемого источника напряжения. Если постепенно увеличивать напряжение источника питания, то при определенном его значении мы увидим искры, после чего образуется устойчивое свечение подобное молнии.

Таким образом можно наблюдать процесс её образования. Свечение, которое образуется между электродами — это плазма. Фактически это и есть электрическая дуга или протекание электрического тока через газовую среду между электродами. На рисунке ниже вы видите её строение и вольт-амперную характеристику:

А здесь – приблизительные величины температур:

Почему возникает электрическая дуга

Всё очень просто, мы рассматривали в статье об электрическом поле, а также в статье о распределении зарядов в проводнике, что если любое проводящее тело (стальной гвоздь, например) внести в электрическое поле — на его поверхности начнут скапливаться заряды. При том, чем меньше радиус изгиба поверхности, тем их больше скапливается. Говоря простым языком — заряды скапливаются на острие гвоздя.

Между нашими электродами воздух — это газ. Под действием электрического поля происходит его ионизация. В результате всего этого возникают условия для образования электрической дуги.

Напряжение, при котором возникает дуга, зависит от конкретной среды и её состояния: давления, температуры и прочих факторов.

Интересно: по одной из версий это явление так называется из-за её формы. Дело в том, что в процессе горения разряда воздух или другой окружающий её газ разогревается и поднимается вверх, в результате чего происходит искажение прямолинейной формы и мы видим дугу или арку.

Для зажигания дуги нужно либо преодолеть напряжение пробоя среды между электродами, либо разорвать электрическую цепь. Если в цепи есть большая индуктивность, то, согласно законам коммутации, ток в ней не может прерваться мгновенно, он будет протекать и далее. В связи с этим будет возрастать напряжение между разъединенными контактами, а дуга будет гореть пока не исчезнет напряжение и не рассеется энергия, накопленная в магнитном поле катушки индуктивности.

Рассмотрим условия зажигания и горения:

Между электродами должен быть воздух или другой газ. Для преодоления напряжения пробоя среды потребуется высокое напряжение в десятки тысяч вольт – это зависит от расстояния между электродами и других факторов. Для поддержания горения дуги достаточно 50-60 Вольт и тока в 10 и больше Ампер. Конкретные величины зависят от окружающей среды, формы электродов и расстояния между ними.

Вред и борьба с ней

Мы рассмотрели причины возникновения электрической дуги, теперь давайте разберемся какой вред она наносит и способы её гашения. Электрическая дуга наносит вред коммутационной аппаратуре. Вы замечали, что, если включить мощный электроприбор в сеть и через какое-то время выдернуть вилку из розетки — происходит небольшая вспышка. Это дуга образуется между контактами вилки и розетки в результате разрыва электрической цепи.

Важно! Во время горения электрической дуги выделяется много тепла, температура её горения достигает значений более 3000 градусов Цельсия. В высоковольтных цепях длина дуги достигает метра и более. Возникает опасность как нанесения вреда здоровью людей, так и состоянию оборудования.

Тоже самое происходит и в выключателях освещения, другой коммутационной аппаратуре среди которых:

• автоматические выключатели;
• магнитные пускатели;
• контакторы и прочее.

В аппаратах, которые используются в сетях 0,4 кВ, в том числе и привычные 220 В, используют специальные средства защиты – дугогасительные камеры. Они нужны чтобы уменьшить вред, наносимый контактам.

В общем виде дугогасительная камера представляет собой набор проводящих перегородок особой конфигурации и формы, скрепленных стенками из диэлектрического материала.

При размыкании контактов образовавшаяся плазма изгибается в сторону камеры дугогашения, где разъединяется на небольшие участки. В результате она охлаждается и гасится.

В высоковольтных сетях используют масляные, вакуумные, газовые выключатели. В масляном выключателе гашение происходит коммутацией контактов в масляной ванне. При горении электрической дуги в масле оно разлагается на водород и газы. Вокруг контактов образуется газовый пузырь, который стремиться вырваться из камеры с большой скоростью и дуга охлаждается, так как водород обладает хорошей теплопроводностью.

В вакуумных выключателях не ионизируются газы и нет условий для горения дуги. Также есть выключатели, заполненные газом под высоким давлением. При образовании электрической дуги температура в них не повышается, повышается давление, а из-за этого уменьшается ионизация газов или происходит деионизация. Перспективным направлением считаются элегазовые выключатели.

Также возможна коммутация при нулевом значении переменного тока.

Полезное применение

Рассмотренное явление нашло и целый ряд полезных применений, например:

1. Осветительные приборы. Например, дугоразрядные лампы (ДРЛ, ксеноновые и другие виды). Если добавить на электроды соли определенных металлов — цвет электрической дуги изменится.
2. Электродуговая сварка. При касании электродом поверхности металла протекает высокий ток, который разогревает металл. Когда вы отрываете электрод, ток не может прерваться, разогретые поверхности эмитируют электроды и возникает дуга. При оплавлении металлических свариваемых поверхностей и расплавлении самого электрода возможно соединение двух частей или их разрезание. Есть различные виды сварки, например, с использованием электродов или газа — углекислого или аргона. Она используется повсеместно и внесла огромный вклад в жилое и промышленное строительство.
3. Дуговая плавка. Электрическая дуга зависит от электрических параметров источников питания, таким образом можно регулировать её горение. Благодаря высокой температуре удается расплавить большое число металлов.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

Теперь вы знаете, что такое электрическая дуга, какие причины возникновения данного явления и возможные сферы применения. Надеемся, предоставленная информация была для вас понятной и полезной!

Материалы по теме:

• Причины возникновения короткого замыкания
• Кабель для сварочного аппарата
• Сварка проводов в распределительной коробке

Электрическая дуга | это… Что такое Электрическая дуга?

Электрическая дуга в воздухе

Электрическая дуга (Вольтова дуга, Дуговой разряд) — физическое явление, один из видов электрического разряда в газе.

Впервые была описана в 1802 году русским учёным В. В. Петровым, однако большой вклад в развитие данного раздела внес ученый Никола Тесла. Электрическая дуга является частным случаем четвёртой формы состояния вещества — плазмы — и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа. Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги.

Электрическая дуга между двумя электродами в воздухе при атмосферном давлении образуется следующим образом:

При увеличении напряжения между двумя электродами до определённого уровня в воздухе между электродами возникает электрический пробой.

Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами и пр. Зачастую, для инициирования пробоя при имеющемся напряжении электроды приближают друг к другу. Во время пробоя между электродами обычно возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь.

Электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточной мощности источника напряжения, в воздушном промежутке образуется достаточное количество плазмы для того, чтобы напряжение пробоя (или сопротивление воздушного промежутка) в этом месте значительно упало. При этом искровые разряды превращаются в дуговой разряд — плазменный шнур между электродами, являющийся плазменным тоннелем. Эта дуга является по сути проводником, и замыкает электрическую цепь между электродами, средний ток увеличивается ещё больше нагревая дугу до 5000–50000 K. При этом считается, что поджиг дуги завершён.

Взаимодействие электродов с плазмой дуги приводит к их нагреву, частичному расплавлению, испарению, окислению и другим видам коррозии.

После поджига, дуга может быть устойчива при разведении электрических контактов до некоторого расстояния.

При эксплуатации высоковольтных электроустановок, в которых неизбежно появление электрической дуги, борьба с электрической дугой осуществляется при помощи электромагнитных катушек, совмещённых с дугогасительными камерами. Среди других способов известны использование вакуумных и масляных выключателей, а также методы отвода тока на временную нагрузку, самостоятельно разрывающую электрическую цепь.

Электрическая дуга используется при электросварке металлов, для выплавки стали (Дуговая сталеплавильная печь) и в освещении (в дуговых лампах).

См. также

• Дуговой разряд с накалённым катодом
• Сварка
• Электросварка
• Дуговая сварка
• Свойства электрической (сварочной) дуги.

Литература

1. Дуга электрическая — статья из Большой советской энциклопедии
2. Искровой разряд — статья из Большой советской энциклопедии
3. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — 2-е изд. — М.: Наука, 1992. — 536 с. — ISBN 5-02014615-3

Что такое электрическая дуга?

Обслуживание территории Большого Кливленда

РАСПИСАНИЕ ОБСЛУЖИВАНИЯ

ЗВОНИТЕ 440-424-4640

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Clover Electric Blog
Полезные советы и рекомендации по электротехнике для вашего дома
Blog Home

Электрическая дуга возникает, когда электричество переходит из одного соединения в другое. Эта вспышка электричества достигает температуры 35 000°F. Дугообразование может и вызовет пожар в вашем доме. Вы когда-нибудь слышали жужжание выключателя или розетки? Это искрение. Тепло от дуги сжигает изоляцию вокруг проводов, оставляя путь для дуги, чтобы достичь изоляции или деревянного каркаса в вашем доме.

Ознакомьтесь с этим списком распространенных проблем с электричеством, при которых может возникнуть искрение.

Ослабленные вилки в розетке

Вилки, которые слишком свободно вставлены в розетку, могут вызвать электрическую дугу. Эта искра может вызвать пожар.

Розетки, которые не работают

Кажется, это не так уж и важно. Но, на самом деле, это так. Неисправная розетка означает, что что-то не так с самой розеткой или соединение разорвано. Любое условие может вызвать электрическую дугу.

Тусклое или мерцающее освещение

Мигающие огни означают, что где-то в вашей электрической системе есть плохой контакт. Это может быть из-за разорванного соединения, проржавевшего провода или даже повреждения от животных. Когда свет мерцает или тускнеет, есть вероятность возникновения дуги!

Автоматические выключатели отключения

В перегруженных цепях отключаются автоматические выключатели. В вашем электрическом щите часто возникает дуга. Срабатывание выключателя является признаком серьезной проблемы.

Розетки или выключатели для горячего или курения

Если электрическая розетка или выключатель горячие на ощупь или дымятся, вам необходимо немедленно решить эту проблему! Горячие или дымящиеся розетки являются явным признаком возникновения дуги и высокой вероятности возгорания. Немедленно отключите все питание от этой розетки или переключите ее.

Лампочки, которые слишком часто перегорают

Перегоревшие лампочки могут означать несколько вещей. Во-первых, у вас может быть плохое соединение между лампочкой и патроном. Во-вторых, у вас может быть плохое соединение между прибором и вашей электрической системой. В-третьих, вы можете испытывать скачки напряжения в вашем доме. Все эти условия являются серьезными и требуют вашего немедленного внимания. Возможно возникновение дуги.

Если вы столкнулись с какой-либо из этих опасных электрических ситуаций, немедленно позвоните нам. Электрическая дуга не может игнорироваться. Безопасность вашей семьи и дома зависит от быстрых действий.

Что говорят ваши соседи

Мы работаем по вашему графику

Предварительная цена

Лицензированные, высококвалифицированные электрики

Уважение к вам и вашему дому

100% удовлетворение гарантировано

Мы находимся в вашем районе Кливленда

Звоните в любое время для оперативного профессионального обслуживания по всей территории Кливленда

440-424-4640
216-367-5541
330-426-8050

РАСПИСАНИЕ ОБСЛУЖИВАНИЯ
3SERICE WE 90 0 LOC

© 2022 Клевер Электрик, Все права защищены.

Что такое электрическая дуга?

Электрическая дуга возникает, когда электрический ток проходит через разрыв в цепи или между двумя электродами (проводниками электричества). Возможно, вы знакомы с этим упражнением из классического научного эксперимента — «Лестницы Иакова». Однако искрение может вызвать вспышку дуги, когда электричество течет или разряжается по непреднамеренному пути. Эти вспышки воспламеняются от частиц в окружающей среде, которые могут быть чем угодно, от пыли до газа. Дуги могут превышать 10 000 ° F, и вероятным результатом этих вспышек дуги являются электрические возгорания.

Дуговые разряды в электрических панелях

Вспышки дуги могут произойти везде, где протекает электрический ток. Тридцать шесть процентов вспышек дуги происходят в электрических панелях и корпусах. Электрические панели содержат множество различных цепей, шин и соединений. Дугообразование обычно происходит, когда цепь перегружается и перегревается. Перегрев приводит к повреждению не только автоматического выключателя, но и его соединения с шиной. После повреждения автоматический выключатель может выйти из строя и продолжать пропускать электричество между его соединениями, а не отключаться. Автоматический выключатель предназначен для отключения или разрыва соединения цепи и не работает до тех пор, пока он не будет сброшен. Однако, если поврежденный автоматический выключатель продолжает пропускать электричество, возможно возникновение дуги.

Другие причины возникновения электрической дуги

Проводка в электрическом щите может быть повреждена, даже если она закрыта и защищена от потенциальной опасности. Возможные причины включают:

• Проводка, которая оборвана или отсоединена во время текущего обслуживания или новых установок
• Изоляция, покрывающая провод, повреждается и оголяется
• Электрический шкаф оставлен открытым или поврежден, что делает его восприимчивым к элементам
• Слишком много предохранителей, когда внутри электрической панели установлено слишком много предохранителей
• Неисправное оборудование или компоненты

Как электрическая дуга вызывает пожар

В соответствии с Национальной ассоциацией противопожарной защиты — NFPA 921, раздел 14. 9.1, для воспламенения от источника электричества должно произойти следующее:

• Электрическая проводка, оборудование или компонент должны иметь был запитан от электропроводки здания, аварийной системы, батареи или какого-либо другого источника.
• Теплота и температура, достаточные для воспламенения близкого горючего материала, должны быть произведены электрической энергией в точке происхождения от источника электричества.

Как указано выше, вспышки дуги вызывают температуру, которая может превышать 10 000°F. Это тепло намного выше точки плавления изоляции провода, которая обычно составляет 194°F. Пожары дуги обычно начинаются с возгорания изоляции провода (пластикового покрытия), но также могут возникать из-за частиц пыли и других загрязняющих веществ в окружающей среде.

Предотвращение вспышки электрической дуги

Внутри электрического щита вместо стандартного автоматического выключателя можно установить дугогасительные прерыватели. AFCI предназначены для обнаружения широкого спектра дуговых электрических неисправностей. Они обнаруживают эти неисправности, используя передовые электронные технологии для контроля цепи на наличие «нормальных» и «опасных» условий искрения. Одним из недостатков AFCI является цена. AFCI обычно стоит 30-40 долларов каждый, в то время как обычный автоматический выключатель стоит 2-5 долларов каждый. Существует много споров о том, работают ли они на самом деле, потому что искрение все еще происходит при установке AFCI, хотя они значительно снижают риск.

Электрическая противопожарная защита

Хотя не все дуговые замыкания можно предотвратить, электрические панели можно защитить от возгорания внутри шкафа, вызванного вспышкой дуги. Автоматические системы пожаротушения могут быть установлены внутри электрощита и обеспечат круглосуточную бесперебойную противопожарную защиту. В системе используется находящаяся под давлением трубка обнаружения пожара, которая разрывается и выпускает чистый агент в шкаф при воздействии пламени.