El principio y método de extinción de la generación de arco en dispositivos electrónicos como fusibles.

¿Qué es un arco eléctrico?

Cuando se funde el fusible en el circuito, cuando el voltaje y la corriente alcanzan un cierto valor, el eslabón fusible acaba de derretirse y desconectarse, y se producirá un arco entre los eslabones fusibles recién separados, lo que se llama arco. Se debe al fuerte campo eléctrico, que ioniza el gas y hace que la corriente pase a través del medio normalmente aislante. El uso de arcos eléctricos puede tener muchas aplicaciones, como soldadura, hornos de arco eléctrico en plantas siderúrgicas, etc. Pero si el arco se genera en un estado no controlado, causará daños a los equipos electrónicos y de transmisión de energía. Por eso debemos entender y controlar el arco.

Composición del arco eléctrico.

1. Zona de columna de arco

La región de la columna de arco es eléctricamente neutra y está compuesta de moléculas, átomos, átomos excitados, iones positivos, iones negativos y electrones. Entre ellos, los iones cargados positivamente son casi iguales a los iones cargados negativamente, por eso también se le llama plasma. Las partículas cargadas se mueven direccionalmente en el plasma sin consumir mucha energía, razón por la cual pueden transmitir altas corrientes en condiciones de bajo voltaje. Las principales partículas cargadas que transmiten corriente son los electrones, que representan aproximadamente el 99,9% del número total de partículas cargadas, siendo el resto iones positivos. Debido a la longitud extremadamente corta de las regiones del cátodo y del ánodo, la longitud de la región de la columna del arco puede considerarse como la longitud del arco. La intensidad del campo eléctrico en la región de la columna del arco es relativamente baja, normalmente sólo 5-10 V/cm.

2. Área del cátodo

El cátodo se considera la fuente de electrones. Proporciona el 99,9% de las partículas cargadas (electrones) a la columna del arco. La capacidad del cátodo para emitir electrones tiene un impacto significativo en la estabilidad del arco. La longitud de la región catódica es de 10-5-10-6 cm. Si la caída de voltaje del cátodo es de 10 V, la intensidad del campo eléctrico de la región del cátodo es de 106-107 V/cm.

3. Área del ánodo

La región del ánodo es la principal responsable de aceptar electrones, pero también debe proporcionar el 0,1% de las partículas cargadas (iones positivos) a la columna del arco. La longitud de la región del ánodo suele ser de 10-2-10-3 cm, por lo que la intensidad del campo eléctrico de la región del ánodo es de 103-104 V/cm. Debido al impacto significativo del material del ánodo y la corriente de soldadura en la caída de voltaje en la región del ánodo, puede variar entre 0 y 10 V. Por ejemplo, cuando la densidad de corriente es alta y la temperatura del ánodo es alta, lo que hace que el material del ánodo se evapore, la caída de voltaje del ánodo disminuirá, incluso a 0 V.

Características de los Arcos Eléctricos

1. El voltaje del arco requerido para mantener la combustión estable del arco es muy bajo, y el voltaje de una columna de arco de CC de 1 cm en la atmósfera es de solo 10-50 V.

2. Puede pasar una gran corriente a través del arco, desde unos pocos amperios hasta varios miles de amperios.

3. El arco tiene una temperatura alta y la temperatura de la columna del arco es desigual. La temperatura central es la más alta, alcanzando entre 6.000 y 10.000 grados, mientras que la temperatura disminuye alejándose del centro.

4. Los arcos eléctricos pueden emitir una luz intensa. La longitud de onda de la radiación luminosa del arco es (1,7-50) × 10-7 m. Incluye tres partes: luz infrarroja, luz visible y luz ultravioleta.

Clasificación de arcos eléctricos.

1. Según el tipo de corriente, se puede dividir en arco de CA, arco de CC y arco de pulso.

2. Según el estado del arco, se puede dividir en arco libre y arco comprimido (como el arco de plasma).

3. Según el material del electrodo, se puede dividir en: arco de electrodo de fusión y arco de electrodo de no fusión.

Los peligros de los arcos eléctricos

1. La presencia de arcos prolonga el tiempo que tarda el cuadro en desconectar los circuitos defectuosos y aumenta la probabilidad de cortocircuitos en el sistema eléctrico.

2. La alta temperatura generada por el arco derrite y evapora la superficie de contacto, quemando el material aislante. Los equipos eléctricos llenos de aceite también pueden presentar riesgos como incendio y explosión.

3. Debido al hecho de que los arcos eléctricos pueden moverse bajo la acción de fuerzas eléctricas y térmicas. Es fácil provocar cortocircuitos y lesiones, lo que lleva a una escalada de accidentes.

El principio de los seis arcos de extinción.

1. Temperatura del arco

El arco se mantiene mediante ionización térmica y reducir la temperatura del arco puede debilitar la ionización térmica y reducir la generación de nuevos iones cargados. Al mismo tiempo, también reduce la velocidad de las partículas cargadas y mejora el efecto compuesto. Al alargar rápidamente el arco, soplar el arco con gas o aceite, o poner el arco en contacto con la superficie de un medio sólido, se puede reducir la temperatura del arco.

2. Características del medio

Las características del medio en el que arde el arco determinan en gran medida la fuerza de disociación en el arco. Incluyendo conductividad térmica, capacidad calorífica, temperatura libre térmica, rigidez dieléctrica, etc.

3. Presión del medio gaseoso

La presión del medio gaseoso tiene un impacto significativo en la disociación del arco. Porque cuanto mayor es la presión del gas, mayor es la concentración de partículas en el arco, menor es la distancia entre las partículas, más fuerte es el efecto compuesto y más fácil es extinguir el arco. En un entorno de alto vacío, la probabilidad de colisión se reduce, lo que suprime la disociación de la colisión, mientras que el efecto de difusión es fuerte.

4. Material de contacto

El material de contacto también afecta el proceso de desprendimiento. Cuando se utilizan como contactos metales resistentes a altas temperaturas con altos puntos de fusión, buena conductividad térmica y gran capacidad calorífica, se reduce la emisión de electrones calientes y vapor metálico en el arco, lo que es beneficioso para la extinción del arco.

El método de extinción del arco.

1. Utilice el medio para extinguir el arco.

La separación del espacio del arco depende en gran medida de las características del medio extintor alrededor del arco. El gas hexafluoruro de azufre es un excelente medio de extinción de arco con una fuerte electronegatividad. Puede adsorber electrones rápidamente y formar iones negativos estables, lo que favorece la recombinación y la ionización. Su capacidad de extinción de arco es aproximadamente 100 veces más fuerte que la del aire; El vacío (presión inferior a 0,013 Pa) también es un buen medio para extinguir el arco. Debido a la pequeña cantidad de partículas neutras en el vacío, no es fácil colisionar y disociar, y el vacío favorece la difusión y la disociación. Su capacidad de extinción de arco es aproximadamente 15 veces más fuerte que la del aire.

2. Utilice gas o aceite para soplar el arco.

Soplar un arco provoca la difusión y la recombinación de enfriamiento de partículas cargadas en el espacio del arco. En los disyuntores de alto voltaje, se utilizan diversas formas de estructuras de cámaras de extinción de arco para generar una enorme presión a partir de gas o petróleo y soplarlo con fuerza hacia la brecha del arco. Hay dos formas principales de soplar un arco: soplo vertical y soplo horizontal. El soplado vertical es la dirección del soplado paralela al arco, lo que hace que el arco se vuelva más delgado; El soplado horizontal es la dirección del soplado perpendicular al arco, que alarga y corta el arco.

3. Utilice materiales metálicos especiales como contactos de extinción de arco.

El uso de metales resistentes a altas temperaturas con altos puntos de fusión, conductividad térmica y gran capacidad calorífica como materiales de contacto puede reducir la emisión de electrones calientes y vapores metálicos en arcos eléctricos, logrando así el efecto de suprimir la ionización; El material de contacto utilizado simultáneamente también requiere una alta resistencia al arco y a la soldadura. Los materiales de contacto comunes incluyen aleación de cobre y tungsteno, aleación de plata y tungsteno, etc.

4. Soplado de arco electromagnético

El fenómeno del arco eléctrico que se mueve bajo la acción de una fuerza electromagnética se llama arco de soplado electromagnético. Debido al movimiento del arco en el medio circundante, tiene el mismo efecto que el soplado de aire, logrando así el propósito de extinguir el arco. Este método de extinción de arco se utiliza más ampliamente en aparamentas de baja tensión.

5. Haz que el arco se mueva en la estrecha rendija del medio sólido.

Este tipo de método de extinción por arco también se conoce como extinción por arco de hendidura. Debido al movimiento del arco en la estrecha rendija del medio, por un lado, se enfría, lo que potencia el efecto de ionización; Por otro lado, el arco se alarga, el diámetro del arco se reduce, la resistencia del arco aumenta y el arco se extingue.

6. Separe el arco largo en arcos cortos.

Cuando el arco pasa a través de una fila de rejillas metálicas perpendiculares a él, el arco largo se divide en varios arcos cortos; La caída de voltaje de los arcos cortos cae principalmente en las regiones del ánodo y del cátodo. Si el número de rejillas es suficiente para asegurar que la suma de las caídas de voltaje mínimas requeridas para mantener la combustión del arco en cada segmento sea mayor que el voltaje aplicado, el arco se extinguirá por sí solo. Además, después de que la corriente alterna cruza cero, debido al efecto cercano al cátodo, la rigidez dieléctrica de cada espacio del arco aumenta repentinamente a 150-250 V. Al utilizar múltiples espacios de arco en serie, se puede obtener una mayor rigidez dieléctrica, de modo que el arco no se volverá a encender después de extinguirse en el cruce por cero.

7. Adoptar extinción por arco de fractura múltiple

Cada fase de un disyuntor de alto voltaje está conectada en serie con dos o más cortes, lo que reduce el voltaje soportado por cada corte y duplica la velocidad de corte del contacto, lo que hace que el arco se alargue rápidamente y beneficia la extinción del arco.

8. Mejorar la velocidad de separación de los contactos del disyuntor.

Se mejoró la velocidad de alargamiento del arco, lo que es beneficioso para el enfriamiento, la recombinación y la difusión del arco.