Qu'est-ce qu'un arc électrique et comment apparaît-il
La formation de l'arc, sa structure et ses propriétés
Imaginez que nous menons une expérience dans un laboratoire. Nous avons deux conducteurs, par exemple des clous métalliques. Nous les pointons les uns aux autres à une courte distance et connectons les bornes de la source de tension régulée aux ongles. Si vous augmentez progressivement la tension de la source d'alimentation, alors à une certaine valeur, nous verrons des étincelles, après quoi une lueur stable semblable à la foudre se forme.
Ainsi, on peut observer le processus de sa formation. La lueur qui se forme entre les électrodes est le plasma. En fait, il s'agit de l'arc électrique ou de la circulation du courant électrique à travers le milieu gazeux entre les électrodes. Dans la figure ci-dessous, vous voyez sa structure et la caractéristique courant-tension:
Et voici les températures approximatives:
Pourquoi un arc électrique se produit
Tout est très simple, nous avons examiné dans un article sur champ électriqueainsi que dans l'article sur répartition des charges dans le conducteurque si un corps conducteur (clou en acier, par exemple) est introduit dans un champ électrique, des charges commenceront à s'accumuler à sa surface. De plus, plus le rayon de courbure de la surface est petit, plus ils s'accumulent. En termes simples, les charges s'accumulent sur la pointe d'un ongle.
Entre nos électrodes, l'air est du gaz. Sous l'influence d'un champ électrique, son ionisation se produit. À la suite de tout cela, des conditions se présentent pour la formation d'un arc électrique.
La tension à laquelle l'arc se produit dépend du milieu spécifique et de son état: pression, température et autres facteurs.
Intéressant: selon une version, ce phénomène est appelé ainsi en raison de sa forme. Le fait est qu'en train de brûler une décharge, l'air ou tout autre gaz qui l'entoure se réchauffe et monte, entraînant une distorsion de forme rectiligne et nous voyons un arc ou une arche.
Pour allumer l'arc, vous devez soit surmonter la tension de claquage du milieu entre les électrodes, soit couper le circuit électrique. S'il y a une grande inductance dans le circuit, alors, selon les lois de commutation, le courant ne peut pas être interrompu instantanément, il continuera à circuler. À cet égard, la tension entre les contacts déconnectés augmentera et l'arc brûlera jusqu'à ce que la tension disparaisse et que l'énergie accumulée dans le champ magnétique de l'inductance soit dissipée.
Tenez compte des conditions d'allumage et de combustion:
Il doit y avoir de l'air ou un autre gaz entre les électrodes. Pour surmonter la tension de claquage du milieu, une tension élevée de dizaines de milliers de volts sera nécessaire - cela dépend de la distance entre les électrodes et d'autres facteurs. Pour maintenir la combustion de l'arc, 50-60 volts et un courant de 10 ampères ou plus sont suffisants. Les valeurs spécifiques dépendent de l'environnement, de la forme des électrodes et de la distance entre elles.
Nuire et se battre avec elle
Nous avons examiné les causes de l'apparition d'un arc électrique, regardons maintenant combien de mal il fait et comment l'éteindre. Un arc électrique endommage l'équipement de commutation. Vous avez remarqué que si vous allumez un appareil électrique puissant dans le réseau et après un certain temps débranchez la fiche de la prise, un petit flash se produit. Cet arc est formé entre les contacts de la fiche et la sortie à la suite d'un circuit ouvert.
Important! Pendant la combustion d'un arc électrique, beaucoup de chaleur est générée, sa température de combustion atteint des valeurs de plus de 3000 degrés Celsius. Dans les circuits haute tension, la longueur de l'arc atteint un mètre ou plus. Il existe un danger à la fois de nuire à la santé humaine et à l'état de l'équipement.
La même chose se produit dans les interrupteurs d'éclairage, d'autres équipements de commutation parmi lesquels:
- disjoncteurs;
- démarreurs magnétiques;
- contacteurs et autres.
Dans les appareils utilisés dans les réseaux à 0,4 kV, y compris le 220 V habituel, ils utilisent un équipement de protection spécial - des chambres à arc. Ils sont nécessaires pour réduire les dommages causés aux contacts.
En général, la chambre d'arc est un ensemble de cloisons conductrices d'une configuration et d'une forme spéciales, fixées ensemble par des parois en matériau diélectrique.
Lorsque les contacts sont ouverts, le plasma formé se plie vers la chambre d'arc, où il est déconnecté en petites sections. En conséquence, il refroidit et amortit.
Dans les réseaux à haute tension, utilisez des interrupteurs à huile, à vide et à gaz. Dans le commutateur d'huile, la suppression se produit en commutant les contacts dans le bain d'huile. Lors de la combustion d'un arc électrique dans le pétrole, il se décompose en hydrogène et en gaz. Une bulle de gaz se forme autour des contacts, qui a tendance à sortir de la chambre à grande vitesse et l'arc se refroidit, car l'hydrogène a une bonne conductivité thermique.
Dans les disjoncteurs à vide, les gaz ne sont pas ionisés et il n'y a pas de conditions pour la combustion à l'arc. Il existe également des interrupteurs remplis de gaz haute pression. Avec la formation d'un arc électrique, la température en eux n'augmente pas, la pression augmente, et à cause de cela, l'ionisation des gaz diminue ou la désionisation se produit. Les zones prometteuses sont considérées Disjoncteurs SF6.
Il est également possible de commuter à zéro AC.
Application utile
Le phénomène considéré a trouvé un certain nombre d'applications utiles, par exemple:
- Éclairage. Par exemple, les lampes à décharge (DRL, xénon et autres types). Si vous ajoutez des sels de certains métaux aux électrodes, la couleur de l'arc électrique changera.
- Soudage à l'arc. Lorsque l'électrode touche la surface du métal, un courant élevé circule, qui chauffe le métal. Lorsque vous arrachez l'électrode, le courant ne peut pas être interrompu, les surfaces chauffées émettent les électrodes et un arc se forme. Lors de la fusion de surfaces soudées en métal et de la fusion de l'électrode elle-même, il est possible de joindre deux parties ou de les couper. Il existe différents types de soudage, par exemple, à l'aide d'électrodes ou de gaz - dioxyde de carbone ou argon. Il est utilisé partout et a grandement contribué à la construction résidentielle et industrielle.
- La fusion de l'arc. L'arc électrique dépend des paramètres électriques des sources d'énergie, vous pouvez donc contrôler sa combustion. En raison de la température élevée, il est possible de faire fondre un grand nombre de métaux.
Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo utile sur le sujet de l'article:
Vous savez maintenant ce qu'est un arc électrique, quelles sont les causes de ce phénomène et les champs d'application possibles. Nous espérons que les informations fournies vous seront compréhensibles et utiles!
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