Arcul Electric

Consideratii teoretice

Intreruperea unui circuit electric este intotdeauna insotita de un arc electric intre contactele aparatului de comutatie. Acest arc se numeste de deschidere . Daca acest proces de aparitie a arcului n-ar exista , ar aparea mari greutati in folosirea instalatiilor electrice , deoarece toata energia acumulata in campul magnetic al sistemului s-ar transforma , la intreruperea circuitului, in energie a campului electric , ceea ce ar aduce la supratensiuni periculoase pentru instalatiile electrice. Prezenta arcului electric permite sa se intrerupa un circuit de curent continuu, fie cu supratensiuni mici nepericuloase fie fara supratensiuni. Energia campului magnetic al sistemului se transforma in arcul electric in energie calorica.

De asemenea, si la inchiderea circuitelor electrice apare un arc intre contactele aparatului de comutatie, dar efectul termic al acestui arc este mic datorita vitezei mari de inchidere a contactelor.

Fenomenele tranzitorii care apar la deconectarea circuitelor electrice de inalta tensiune constituie unele dintre cele mai complexe fenomene din electrotehnica. Studiul lor este dificil datorita influentelor reciproce intre functionarea aparatelor de inalta tensiune , care produc aceste fenomene si insasi desfasurarea acestor fenomene. De asemenea, o serie de proprietati bine determinate se pot manifesta in mod diferit in functie de conditiile locale. Astfel, de exemplu, reamorsarea unui arc intre contactele unui intrerupator care se deschide, poate avea ca efect limitarea supratensiunii in cazul unui curent inductiv de slaba intensitate, pe cand aceeasi reamorsare poate sa produca din contra o supratensiune relativ mare in cazul unui curent capacitiv corespunzator unei linii de gol.

Arcul electric poate fi considerat ca un conductor extrem de mobil, care se deplaseaza sub actiunea curentilor de aer si a campului electromagnetic. In deplasarea sa, daca sare pe doua conductoare cu diferenta de potential intre ele produce un scurt circuit. Arcul electric are o temperatura inalta atat in coloana lui , cat si in punctele sale de sprijin, asa incat el produce o solicitare suplimentara fata de solicitarile termice la care este supus in mod normal aparatul si corodeaza contactele pe care le sprijina. Arcul electric deci fiind distrugator, trebuie limitat ca timp si spatiu.

Studiul arcului electric, cunoasterea proprietatilor sale, precum si a metodelor de stingere a lui au o mare importanta pentru proiectarea, construirea si exploatarea rationala a aparatelor de comutatie, intrucat intreruperea unui circuit electric consta de fapt in a stinge arcul electric intr-un timp scurt, inainte ca el sa devina periculos atat pentru echipamentele alaturate cat si pentru stabilitatea functionarii sistemului.

Formarea arcului electric

Cercetarile au aratat ca procesul de formare a arcului electric la desfacerea a doua contacte ale unui circuit strabatut de curent se desfasoara in felul urmator. In momentul cand cele doua contacte se separa, stratul subtire de aer de rezistenta r care se interpune intre ele este strabatut de curentul electric si prin aceasta trecere a curentului se produce o temperatura foarte mare, care da nastere la o licarire albstra de mare stralucire – o scanteie. Aceasta strapungere a stratului subtire de aer ramane scanteie daca puterea intrerupta este mica. Daca insa puterea intrerupta are o valoare importanta strapungerea devine arc electric in 10-9 s. se constata corodarea contactelor in punctele de sprijin ael arcului electric si volatilizarea materialului contactului care este apoi antrenat in spatiul dintre contacte.

Volatilizarea metalului contactelor contribuie mult la formarea arcului electric . la desfacerea contactelor ,forta de strangere se micsoreaza repede in functie de timp, suprafata reala de atingere se micsoreaza si rezistenta de contact creste. Caldura corespunzatoare Rl2t se concentreaza intr-un volum foarte mic de metal, format din varfurile conurilor care se ating(v. cap. 3).

Aceste varfuri se incalzesc pana la temperaturi foarte inalte si pana la urma se volatilizeaza sub forma de explozie, formand astfel o plasma de mare conductibilitate. Arcul electric se considera ca se formeaza imediat dupa explozia puntilor de contact, intre ramasitele lor. La disparitia atingerii ultimelor suprafete elementare ale contactelor, varfurile conurilor sunt deja incalzite la temperatura la care incep emisiunile termoelectronice.

Particularizarea caracteristica a arcului de deschidere este ca el se formeaza la o tensiune de aprindere mica.

Formarea arcului electric la inchiderea contactelor se datoreste in principal curentului capacitiv, cele doua contacte formand armaturile unui condesator. Arcul electric apare cand gradientul tensiunii intre contacte ajunge la 107 V/cm, valoare la care incepe autoemisia de electroni.