Електрични лук: својства. Заштита од електричног лука

Електрични лук може бити изузетно деструктиван за опрему и, што је још важније, угрозити људе. Алармантан број незгода се дешава због тога што се догоди годишње, што често доводи до озбиљних опекотина или смрти. Срећом, у електроиндустрији је остварен значајан напредак у смислу стварања алата и метода за заштиту од утицаја лука.

Узроци и локације

Електрични лук је једна од најсмртоноснијих и најмање проучаваних опасности електричне енергије и превладава у већини индустрија. Опште је познато да што је већи напон електричног система, већи је ризик за људе који раде у или близу жица и опреме која је под напоном.

Међутим, топлотна енергија из лучне бљескалице може бити већа и чешће се јавља при нижим напонима са истим разорним посљедицама.

Електрични лук се обично јавља када дође до случајног контакта између проводног проводника, као што је контактна жица од тролејбуске или трамвајске линије са другим проводником или уземљеном површином. Када се то догоди, резултат струја кратког споја топи жице, јонизује ваздух и ствара ватрени проводни канал плазме карактеристичног лучног облика (отуда и име), а температура електричног лука у њеном језгру може досећи преко 20.000 ° Ц.

Шта је електрични лук?

У ствари, то је како се у свакодневном животу то уобичајено назива лучним пражњењем, познатим у физици и електротехници, типу независног електричног пражњења у гасу. Које су физичке особине електричног лука? Гори у широком опсегу притиска гаса, на константном или наизменичном (до 1000 Хз) напону између електрода у опсегу од неколико волти (лук за заваривање) до десетак киловолта. Максимална густина струје лука је уочена на катоди (10 ² -10 ⁸ А / цм ² ), где се увлачи у катодну тачку, веома светла и мала по величини. Она се насумично и непрекидно креће по целој површини електроде. Његова температура је таква да материјал катоде у њему прокључа. Због тога настају идеални услови за термионску емисију електрона у простор катоде. Изнад њега се формира мали слој, који је позитивно наелектрисан и омогућава убрзање емитованих електрона до брзина на којима они ефективно јонизују атоме и молекуле медија у међуелектродном размаку.

Исто место, али нешто веће и мање покретно, такође се формира на аноди. Температура у њој је близу катодне тачке.

Ако је струја лука низа од неколико десетина ампера, онда плазма електроде или бакље нормално тече из обе електроде при великим брзинама на њихове површине (види слику испод).

При високим струјама (100-300 А) настају додатни млазови плазме, а лук постаје сличан снопу плазма влакана (види слику испод).

Како се лук манифестује у електричној опреми

Као што је горе поменуто, катализатор за његову појаву је снажно ослобађање топлоте у катодној тачки. Температура електричног лука, као што је већ споменуто, може досећи 20.000 ° Ц, око четири пута више него на површини сунца. Ова топлота може брзо да се топи или чак испари бакар проводника, који има тачку топљења од око 1084 ° Ц, много ниже него у луку. Због тога често формира паре бакра и прскање растопљеног метала. Када бакар прелази из чврстог у пару, он се шири неколико десетина хиљада пута од првобитне запремине. Ово је еквивалентно чињеници да ће се комад бакра у једном кубном центиметру променити у величину од 0,1 кубних метара у дељењу секунде. То ће изазвати притисак високог интензитета и звучни таласи шири се великом брзином (која може бити преко 1100 км на сат).

Ефект електричног лука

Тешке повреде, па чак и фаталне, у случају њеног настанка могу примити не само људи који раде на електричној опреми, већ и људи у близини. Повреде лука могу укључивати спољне опекотине коже, унутрашње опекотине услијед удисања врућих плинова и испареног метала, оштећење слуха, вид, као што је сљепило од ултраљубичастог свјетла, као и многе друге штетне штете.

Када се посебно снажан лук може појавити и такав феномен као експлозија, стварајући притисак од више од 100 килопаскала (кПа) са ослобађањем честица крхотина, као што је шрапнел, при брзинама до 300 метара у секунди.

Особе погођене електрична струја електрична лук, можда ће бити потребан озбиљан третман и рехабилитација, а цена њихових повреда може бити екстремна - физички, емоционално и финансијски. Иако законодавство захтијева од предузећа да проводе процјене ризика за све врсте послова, ризик од електричног лука често се превиђа јер већина људи не зна како процијенити и учинковито управљати овом опасношћу. Заштита од утицаја електричног лука подразумева коришћење читавог низа алата, укључујући коришћење специјалне електричне заштитне опреме, радне одеће, као и саме опреме, посебно високонапонских склопних уређаја пројектованих са употребом опреме за лучно ископавање при раду са електричном опремом под напоном.

Лук у електричним апаратима

У овој класи електричних уређаја (прекидачи, склопници, магнетни стартери) борба против ове појаве је од посебне важности. Када се контакти прекидача, који нису опремљени посебним уређајима за спречавање лука, отварају, онда ће се сигурно запалити између њих.

У тренутку када се контакти почну раздвајати, подручје потоњег се убрзано смањује, што доводи до повећања густине струје и, посљедично, до повећања температуре. Топлота која се генерише у размаку између контаката (уобичајени медијум је уље или ваздух) је довољна за јонизацију ваздуха или испаравање и јонизацију уља. Ионизовани ваздух или пара делују као проводник струје лука између контаката. Потенцијална разлика између њих је прилично мала, али је довољна за одржавање лука. Према томе, струја у кругу остаје континуирана све док се лук не елиминира. То не само да одлаже процес разбијања струје, већ и генерише огромну количину топлоте која може оштетити сам прекидач. Дакле, главни проблем код прекидача (првенствено високог напона) је гашење електричног лука што је прије могуће, тако да произведена топлота не може досећи опасну вриједност.

Фактори одржавају лук између контаката прекидача

Оне укључују:

1. Напон електричног лука, једнак потенцијалној разлици између контаката.

2. Ионизоване честице између њих.

Узимајући ово, напомињемо додатно:

• Када постоји мали размак између контаката, чак и мала разлика потенцијала је довољна за одржавање лука. Један од начина за гашење је подјела контаката на таквој удаљености да разлика потенцијала постане недовољна за одржавање лука. Ипак, ова метода је практично непрактична у високонапонској опреми, гдје се може захтијевати одвајање на много метара.
• Ионизоване честице између контаката, по правилу, подржавају лук. Ако је њен пут деионизован, онда ће се олакшати процес гашења. Ово се може постићи хлађењем лука или уклањањем јонизованих честица из простора између контаката.
• Постоје два начина на који се врши заштита од електричног лука у прекидачима:

- метода високе отпорности;

- метода нулте струје.

Искључивање лукова повећањем његове отпорности

У овој методи, отпор дуж правца лука се повећава током времена тако да се струја смањује до вредности која је недовољна да би се одржала. Због тога се прекида, а електрични лук се гаси. Главни недостатак ове методе је што је вријеме гашења довољно велико, а огромна енергија распршена у луку.

Отпорност лука може се повећати:

• Продужетак лука - отпор лучног лука је директно пропорционалан његовој дужини. Дужина лука се може повећати променом размака између контаката.
• Хлађење лука, односно окружења између контаката. Ефикасно хлађење пухањем треба да буде усмерено дуж лука.
• Постављање контаката у тешко ионизирајућем гасном средству (гасним прекидачима) или у вакуумској комори (вакуумски прекидачи).
• Смањењем попречног пресека лука проласком кроз уски отвор или смањењем контактне површине.
• Одвајање лука - отпор се може повећати тако што се она подели у низ малих низова повезаних у серију. Свака од њих доживљава ефекат продужења и хлађења. Лук се може поделити уметањем неких проводних плоча између контаката.

Искључивање лука методом нулте струје

Овај метод се користи само у АЦ струјним колима. У њему се отпор лучног лука одржава ниским све док струја не падне на нулу, гдје се природно гаси. Његово поновно паљење је спречено упркос повећању напона на контактима. Сви сувремени прекидачи високих измјеничних струја користе ову методу гашења лука.

У АЦ систему, ово последње пада на нулу после сваког полувремена. Код сваког таквог нулирања, лук се гаси на кратко вријеме. Медиј између контаката садржи ионе и електроне, тако да је његова диелектрична чврстоћа мала и лако се може уништити растућим напоном на контактима.

Ако се то догоди, лук ће горети током наредног полу-циклуса струје. Ако се одмах након нулирања диелектрична чврстоћа медија између контаката повећа брже од напона на њима, онда се лук неће запалити и струја ће се прекинути. Брз раст диелектричне чврстоће медија близу нуле може се постићи:

• рекомбинација јонизованих честица у простору између контаката у неутралне молекуле;
• уклањањем јонизованих честица и њиховом заменом неутралним честицама.

Дакле, прави проблем у прекидању наизменичне струје лука је брза деионизација медија између контаката чим струја постане нула.

Начини деионизације медија између контаката

1. Продужење јаза: диелектрична чврстоћа медија је пропорционална дужини размака између контаката. Тако, брзо отварање контаката омогућава постизање веће диелектричне чврстоће медија.

2. Висок притисак. Ако се налази у непосредној близини лука, повећава се, а повећава се и густина честица које чине канал лучног лука. Повећана густина честица доводи до високог нивоа њихове деионизације и, самим тим, диелектричне чврстоће медија између контаката се повећава.

3 Цхиллинг. Природна рекомбинација јонизованих честица се одвија брже ако се охладе. Тако се диелектрична чврстоћа медија између контаката може повећати хлађењем лука.

4. Ефекат експлозије. Ако се ионизоване честице између контаката померају и замењују нејонизованим, онда се диелектрична чврстоћа медија може повећати. Ово се може постићи коришћењем експлозије гаса усмерене у зону пражњења или убризгавањем уља у контактни простор.

У таквим прекидачима, гас сумпор хексафлуорида (СФ6) се користи као средство за гашење лука. Има јаку тенденцију да апсорбује слободне електроне. Контакти прекидача се отварају у струји високог притиска (СФ6) између њих (види слику испод). Плин осваја слободне електроне у луку и формира вишак седентарних негативних јона. Број електрона у луку се брзо смањује и он се гаси.