Perché l'arco elettrico in un interruttore preferisce un percorso curvo rispetto a un percorso rettilineo?


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Recentemente ho trovato questo video di una linea da 500 kilovolt che veniva aperta sotto carico.

Quando i contatti dell'interruttore vengono separati, un arco elettrico inizia prevedibilmente. Mentre i contatti sono vicini l'uno all'altro l'arco corre lungo un percorso rettilineo tra i contatti. Quindi quando i contatti vengono allontanati ulteriormente, l'arco inizia a piegarsi e si trasforma in una curva ripida e la sua lunghezza diventa diverse volte maggiore della distanza tra i contatti. Quindi finalmente l'arco svanisce.

Questo non ha senso per me. A mio avviso, l'arco dovrebbe prendere il percorso di minor resistenza e questo è chiaramente un percorso rettilineo, non una curva ripida. Ancora di più, se l'arco prende un percorso curvo perché dovrebbe svanire improvvisamente invece di prendere solo un percorso meno curvo con meno resistenza e continuare a correre?

Perché l'arco si comporta in questo modo - prima preferisce un percorso curvo e poi svanisce improvvisamente?


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Ci sono molte risposte qui, ma la fisica potrebbe essere in grado di dare una risposta migliore.
Kellenjb,

Risposte:


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Questo è stato un commento ma i collegamenti erano troppo lunghi.

Oltre a ciò che altri hanno detto, cerca " esplosione magnetica " e lasciati stupire adeguatamente. Altro per DC ma sicuramente non solo. Un magnete viene utilizzato per deviare l'arco in modo che si allunghi e si guasti

Dotato di dispositivi di commutazione anche molto piccoli e comuni. Molti di questi e questi

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Anche Tesla l'ha fatto :-)

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Wow. Quindi non dipende dalla convezione, vero? Cosa succede se si verifica un guasto nel circuito che alimenta i magneti?
sharptooth,

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@sharptooth - Come sopra - questa è BEN CONVENZIONA. Più nell'uso DC ma anche AC. Spesso magneti permanenti in piccoli interruttori. In sistemi ad altissima tensione l'arco si fermerà sempre. Infine :-).
Russell McMahon,

1
Ma nel video non esiste un tale sistema, giusto?
clabacchio

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Esistono due fenomeni combinati:

  1. La corrente sceglie sempre il percorso meno resistivo, che non è necessariamente il più breve, come può essere facilmente dimostrato dai circuiti fisici;

  2. Tensioni e correnti così elevate hanno un effetto di ionizzazione sull'aria circostante (gli elettroni vengono rimossi dagli atomi) che la rende più conduttiva nell'area in cui scorre questa corrente, ma allo stesso tempo anche più calda; questa aria calda è più leggera dell'aria fredda circostante, quindi inizia a salire, lasciando comunque questo percorso "conduttivo" in cui la corrente continua a fluire.

Questo processo termina quando il percorso di più aria conduttiva diventa troppo resistivo per una sufficiente corrente che scorre in esso, e l'aria ionizzata sale, sostituita da aria "normale" e meno conduttiva, che non è abbastanza conduttiva per creare l'arco. Probabilmente l'arco è stato causato da un evento, una sovratensione, o semplicemente, come in uno dei video, un oggetto che ha abbassato la resistenza tra i due contatti; OPPURE, come il video nell'esempio, un interruttore che si sta aprendo. Quando l'arco svanisce, è anche perché questo evento scatenante è cessato.


Perché l'arco improvvisamente svanisce?
sharptooth,

Credo che si sia fermato perché una stazione a monte ha scollegato l'alimentazione. Penso che se si fosse dissipato a causa della maggiore resistenza, si sarebbe riavviato in un punto più basso (come una scala di Jacob).
W5VO,

@ W5VO ma se guardi il video pubblicato da Nick, la scala si ferma fino a quando un nuovo evento non lo fa ricominciare.
Clabacchio

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mi è sembrato che quando la scarica a lungo percorso si spegne, il divario tra i contatti aperti è stato ampliato al punto che i 500 kV non possono più semplicemente perforare l'aria ordinaria nel divario.
JustJeff

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@clabacchio - devo attenermi al mio punto. Il percorso dello scarico può essere più lungo, avvolgendosi al di sopra dello spazio vuoto, ma quel percorso è composto da aria calda e ionizzata; anche se è più lungo in distanza, ha una resistenza inferiore rispetto all'aria fredda nel percorso diretto nello spazio. Se hai suonato con l'alta tensione, ad esempio anche un trasformatore di insegne al neon, dovresti sapere che puoi sempre estrarre una scintilla più a lungo dello spazio necessario per colpire l'arco e una volta persa la scintilla, devi portare i conduttori più vicino per ricominciare.
JustJeff

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L'aria si ionizza inizialmente e si forma un arco. Essendo aria ed essere caldo, si alza.

L'aria "tunnel" ionizzata sale e "si rompe" a quel punto l'arco si spegne.


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L'interruttore infatti si basa sulla convezione per rompere l'arco?
sharptooth,

@sharptooth In questo caso sembra che :) e il fatto che teoricamente, quando l'arco svanisce, i contatti sono troppo distanti tra loro per creare un arco
clabacchio

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@sharptooth - Non in generale, no. Il video pubblicato è stato un errore di sistema. Generalmente, gli interruttori sono progettati in modo tale da aprirsi molto rapidamente e ad una distanza sufficientemente ampia da estinguere ("estinguere") l'arco in modo affidabile e sicuro. In realtà ci sono alcuni interruttori ad alta potenza che creano intenzionalmente un getto d'aria tra i contatti per fermare più rapidamente l'arco quando l'interruttore si apre.
Connor Wolf

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L'arco ionizza l'aria. L'aria ha una resistenza limitata, quindi si riscalda mentre la corrente scorre attraverso di essa. Mentre si riscalda, diventa più vivace e si alza. La corrente segue semplicemente il percorso di minor resistenza.

Jacob's Ladder è un dispositivo per effetti visivi, che funziona secondo questo principio. Alcune scene di laboratorio nel film di Frankenstein lo caratterizzano. Ci sono alcuni video di Jacob's Ladder su YouTube ( eccone uno ).

EDIT: osserva attentamente l'inizio dell'esperimento in OP. Noterai che l'arco inizia con qualcosa che brucia in una linea orizzontale diritta. C'era un conduttore che bruciava e che aveva stabilito l'arco iniziale (tunnel di aria ionizzata).


Perché l'arco improvvisamente svanisce?
sharptooth,

@sharptooth La descrizione del video di YouTube nel tuo OP afferma che l'arco è stato alimentato da un reattore. Non sono sicuro di cosa significhi il termine nei sistemi di trasmissione di potenza, ma immagino che il reattore immagazzini energia come campo magnetico. Alla fine dell'esperimento, l'energia immagazzinata nel reattore potrebbe essersi dissipata. L'equipaggio potrebbe anche aver interrotto l'alimentazione che alimentava l'arco.
Nick Alexeev
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