Busur listrik dan ciri-cirinya

Busur listrik — aliran listrik melalui gas antara dua elektroda, salah satunya adalah sumber elektron (katoda). Elektroda adalah kabel yang berakhir di setiap bagian dari sirkuit listrik.

Elektron yang dipancarkan dari katoda dalam jumlah besar menyebabkan ionisasi gas yang kuat di antara elektroda dan dengan demikian memungkinkan arus besar mengalir di antara elektroda.

Ciri khas busur listrik, tidak seperti pelepasan gas konvensional, adalah dapat terbakar pada tegangan rendah.

Busur listrik ditemukan oleh seorang fisikawan dari St. Petersburg V. V. Petrov pada tahun 1802 dan menemukan aplikasi penting dalam teknologi.

Busur listrik adalah jenis pelepasan yang ditandai dengan kerapatan arus tinggi, suhu tinggi, tekanan gas tinggi, dan penurunan tegangan rendah melintasi celah busur. Dalam hal ini, pemanasan intensif elektroda (kontak) terjadi, di mana yang disebut terbentuk. Tempat katodik dan anodik. Cahaya katoda terkonsentrasi di titik terang kecil, bagian pijar dari elektroda yang berlawanan membentuk titik anoda.

Tiga area dapat dicatat dalam pelangi, yang sangat berbeda dalam sifat proses yang terjadi di dalamnya. Langsung ke elektroda negatif (katoda) dari busur adalah daerah penurunan tegangan katoda. Berikutnya adalah laras busur plasma. Langsung ke elektroda positif (anoda) adalah daerah penurunan tegangan anodik. Wilayah ini ditunjukkan secara skematis pada Gambar. 1.

Beras. 1. Struktur busur listrik

Ukuran daerah penurunan tegangan katodik dan anodik pada gambar sangat dibesar-besarkan. Pada kenyataannya, panjangnya sangat kecil, misalnya panjang penurunan tegangan katodik adalah urutan jalur pergerakan bebas elektron (kurang dari 1 mikron). Panjang daerah penurunan tegangan anoda biasanya sedikit lebih besar dari nilai ini.

Dalam kondisi normal, udara merupakan isolator yang baik. Jadi, tegangan yang diperlukan untuk memutus celah udara 1 cm adalah 30 kV. Agar celah udara menjadi konduktor, perlu dibuat konsentrasi tertentu dari partikel bermuatan (elektron dan ion) di dalamnya.

Bagaimana busur listrik terjadi

Busur listrik, yang merupakan aliran partikel bermuatan, pada saat awal pemisahan kontak terjadi sebagai akibat adanya elektron bebas dalam gas celah busur dan elektron yang dipancarkan dari permukaan katoda. Elektron bebas di celah antara kontak bergerak dengan kecepatan tinggi ke arah dari katoda ke anoda di bawah aksi gaya medan listrik.

Kekuatan medan pada awal celah kontak bisa mencapai beberapa ribu kilovolt per sentimeter.Di bawah aksi gaya medan ini, elektron ditarik dari permukaan katoda dan pindah ke anoda, menjatuhkan elektron darinya, yang membentuk awan elektron. Aliran awal elektron yang diciptakan dengan cara ini selanjutnya membentuk ionisasi yang intens dari celah busur.

Seiring dengan proses ionisasi, proses deionisasi terjadi secara paralel dan terus menerus di busur. Proses deionisasi terdiri dari fakta bahwa ketika dua ion dengan tanda berbeda atau ion positif dan elektron saling mendekati, mereka tertarik dan, bertabrakan, dinetralkan, selain itu, partikel bermuatan bergerak dari zona pembakaran jiwa dengan lebih banyak - konsentrasi muatan yang tinggi di lingkungan dengan konsentrasi muatan yang lebih rendah. Semua faktor ini menyebabkan penurunan suhu busur, hingga mendingin dan menghilang.

Beras. 2. Busur listrik

Busur setelah penyalaan

Dalam mode pembakaran stasioner, proses ionisasi dan deionisasi berada dalam kesetimbangan.Laras busur dengan jumlah muatan positif dan negatif bebas yang sama ditandai dengan ionisasi gas tingkat tinggi.

Suatu zat yang derajat ionisasinya mendekati satu, yaitu di mana tidak ada atom dan molekul netral disebut plasma.

Busur listrik dicirikan oleh karakteristik berikut:

1. Batas yang jelas antara poros busur dan lingkungan.

2. Suhu tinggi di dalam laras busur, mencapai 6000 — 25000K.

3. Kepadatan arus tinggi dan tabung busur (100 — 1000 A / mm2).

4. Nilai kecil penurunan tegangan anodik dan katodik dan praktis tidak bergantung pada arus (10 — 20 V).

Karakteristik arus-tegangan dari busur listrik

Karakteristik utama busur DC adalah ketergantungan tegangan busur pada arus, yang disebut karakteristik tegangan arus (VAC).

Busur terjadi antara kontak pada tegangan tertentu (Gbr. 3), yang disebut tegangan pengapian Uz dan tergantung pada jarak antara kontak, suhu dan tekanan lingkungan, dan kecepatan pemisahan kontak. Tegangan pemadam busur Ug selalu lebih sedikit tegangan U3.

Beras. 3. Karakteristik arus-tegangan busur DC (a) dan rangkaian ekuivalennya (b)

Kurva 1 adalah karakteristik statis dari busur, yaitu diperoleh dengan perlahan memvariasikan arus. Cirinya memiliki karakter jatuh. Saat arus meningkat, tegangan busur berkurang. Ini berarti bahwa resistansi celah busur berkurang lebih cepat dengan meningkatnya arus.

Jika pada satu kecepatan atau lainnya arus dalam busur berkurang dari I1 menjadi nol dan pada saat yang sama memperbaiki penurunan tegangan di sepanjang busur, maka akan dihasilkan kurva 2 dan 3. Kurva ini disebut karakteristik dinamis.

Semakin cepat arus berkurang, semakin rendah karakteristik dinamis I - V. Hal ini disebabkan fakta bahwa dengan penurunan arus, parameter busur seperti penampang laras, suhu, tidak punya waktu untuk berubah dengan cepat dan memperoleh nilai yang sesuai dengan nilai arus yang lebih rendah dalam a stabil.

Penurunan Tegangan Celah Busur:

Ud = Usc + EdId,

di mana Us = Udo + Ua — penurunan tegangan di dekat elektroda, Ed — gradien tegangan longitudinal pada busur, ID — panjang busur.

Ini mengikuti dari rumus bahwa dengan bertambahnya panjang busur, penurunan tegangan melintasi busur akan meningkat dan karakteristik I - V akan ditempatkan lebih tinggi.

Mereka berurusan dengan busur dalam desain perangkat sakelar listrik. Sifat-sifat busur listrik digunakan dalam instalasi untuk las busur listrik dan masuk tungku peleburan busur.