Hồ quang điện là gì? Các biện pháp dập tắt hồ quang điện

Hồ quang điện là gì? Hồ quang điện có tính chất và ứng dụng như thế nào? Nó có tác hại gì không? Các biện pháp giúp dập tắt hồ quang điện? Đây là những câu hỏi rất nhiều người đang thắc mắc trong thời gian qua. Hãy cùng theo dõi bài viết sau của VietChem để có câu trả lời cho các thắc mắc trên.

Hồ quang điện là gì?

Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp hơn so với thông thường, giữa hai điện cực có hiệu điện thế rất lớn. Trong đó, dòng điện chạy qua khoảng không giữa hai cực chủ yếu là dòng electron, có cả ion âm đi từ catot đến anot, cũng có một phần là các ion dương đi theo chiều ngược lại.

Trên thực tế, nó là một dạng plasma, được tạo ra từ sự trao đổi điện tích liên tục, thường kèm theo sự tỏa sáng và tỏa nhiệt mạnh.

Hồ quang điện là gì?

Hồ quang điện có tính chất gì?

• Hiện tượng phóng điện hồ quang hầu hết được xảy ra chỉ khi dòng diện có trị số lớn (104 đến 105 A/cm²)
• Nhiệt độ trung tâm hồ quang thường rất cao (khoảng 5000 – 6000 độ C, thậm chí có thể là 80000 độ C) kèm theo hiện tượng tỏa sáng.
• Ở catot mật độ dòng điện lớn (104 ÷ 105 A/cm²)
• Trong thực tế, việc sụt áp ở catot không phụ thuộc vào dòng điện. Điện áp rơi trên cực này thường rất nhỏ chỉ khoảng từ 10 – 20V.

Điều kiện tạo ra hồ quang điện

Để tạo ra hồ quang điện cần phải đáp ứng đủ hai điều kiện:

• Làm cho hai điện cực nóng đỏ đến mức có thể phát hiện ra được các electron phục vụ cho việc tạo ra hồ quang điện.
• Tạo ra một điện trường đủ mạnh giữa hai điện cực để có thể ion hóa không khí và tạo ra tia lửa điện cùng cường độ điện trường cần thiết

Hồ quang điện được ứng dụng trong lĩnh vực nào?

• Một trong những ứng dụng nổi bật của hồ quang điện là ứng dụng trong công nghệ hàn. Trong đó, que hàn đóng vai trò là một cực của hồ quang, cực còn lại chính là tấm kim loại cần hàn. Nhờ nhiệt độ cao giúp làm nóng chảy được kim loại, quá trình hàn trở nên đơn giản và hiệu quả hơn. So với các phương pháp hàn khác thì thao tác hàn của hồ quang điện tương đối khó khăn nhưng do chi phí rẻ nên nó vẫn được phát triển rộng ở nước ta.
• Quá trình phóng điện tự lực rất hữu ích khi sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như luyện thép, luyện gang, chế tác kim loại,….
• Ngoài ra, nó còn được dùng trong các lò luyện phôi hay nấu kim loại trong ngành công nghiệp nặng. Dùng năng lượng của hồ quang điện để làm nóng và đun chảy các vật liệu chất vào lò.

Hồ quang điện được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ hàn

??? Rơ le nhiệt là gì? Cách chỉnh rơ le nhiệt 1 pha, 3 pha

Tác hại của hồ quang điện

1. Đối với thiết bị điện

• Gây hư hỏng các thiết bị điện như cầu chì, cầu dao, trạm biến áp,… khi hiện tượng phóng hồ quang điện xảy ra. Vì sự thay đổi đột ngột của điện áp, làm ngắt mạch hệ thống cục bộ, các tiếp điểm động lực sẽ bị đánh mòn và hỏng hóc dưới nền nhiệt tăng cao.
• Gây vấn đề về chi phí cho các doanh nghiệp khi phải thay thế các thiết bị đóng cắt hàng năm ở số lượng lớn.

Hồ quang điện có thể gây hư hỏng các thiết bị điện

2. Đối với con người

• Với tia hồ quang có sức mạnh lớn và nhiệt độ xung quanh vùng phóng hồ quang rất cao nên có khả năng làm biến dạng các vật chất xung quanh nó. Nếu chúng ta nhìn vào trực tiếp, các tia hồ quang có thể làm chết các tế bào niêm mạc mắt. Trong quá trình hàn, khi không trang bị các thiết bị bảo hộ cũng có thể bị bong da mặt, da tay do các tế bào bên ngoài bị chết. Một số trường hợp, gây bỏng nặng, rất nguy hiểm.
• Nếu sử dụng hồ quang điện ở môi trường có chất dễ cháy, rất dễ gây cháy nổ, hỏa hoạn gây nguy hiểm đến sức khỏe và tính mạng con người.

Quá trình phát sinh hồ quang điện

• Đối với tiếp điểm có dòng điện nhỏ: khoảng cách tiếp điểm ban đầu rất bé trong khi điện áp đặt vào lại có trị số nhất định nên sẽ sinh ra điện trường có cường độ cao trong khoảng không gian này và điện tử từ catot có thể bật lại. Hiện tượng này được gọi là phát xạ tự động điện tử hay phát xạ điện nguội. Khi số điện tử này càng nhiều thì các chuyển động dưới tác dụng của điện trường sẽ làm ion hóa không khí, dẫn đến hiện tượng hồ quang điện.
• Đối với tiếp điểm có dòng điện lớn: khi mở tiếp điểm ban đầu, lực ép giữa chúng có trị số khá nhỏ vì vậy số tiếp điểm tiếp xúc để dòng điện đi qua ít. Với sự tăng đáng kể của mật độ dòng điện (có thể lên tới hàng chục nghìn A/cm²), tại các tiếp điểm đó, nhiệt độ của cầu chất lỏng sẽ tăng lên liên tục, sau đó là bốc hơi và hồ quang điện sẽ xuất hiện trong không gian giữa hai tiếp điểm.

⏭️⏭️⏭️ Tỷ trọng là gì? Ý nghĩa và cách tính tỷ trọng xăng dầu, nước

Các biện pháp dập tắt hồ quang điện

1. Các yêu cầu cần đảm bảo

• Phải dập tắt được hồ quang trong thời gian ngắn, phạm vi cháy hồ quang cần hạn chế sao cho nhỏ nhất.
• Tốc độ đóng mở của tiếp điểm phải lớn
• Năng lượng hồ quang sinh ra phải nhỏ, điện trở hồ quang cần phải tăng nhanh
• Trách hiện tượng quá điện áp trong khi dập hồ quang

2. Nguyên tắc cơ bản để dập hồ quang điện

• Kéo dài ngọn lửa hồ quang
• Sử dụng năng lượng hồ quang sinh ra dể tự dập tắt
• Sử dụng nguồn năng lượng ngoài để dập
• Phân chia hồ quang thành nhiều phần ngắn để dập
• Dùng thêm điện trở song song để dập

3. Dập tắt hồ quang điện trong thiết bị điện hạ áp

Biện pháp cơ khí

Đây là biện pháp đơn giản thường được sử dụng ở cầu dao có công suất nhỏ hoặc ở rơle. Việc kéo dài hồ quang làm cho đường kính hồ quang giảm, điện trở của nó sẽ tăng dẫn đến tăng quá trình phản ion làm dập tắt hồ quang. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ nên áp dụng cho các mạng hạ áp có điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 220V với dòng điện tới 150A.

Dùng cuộn dây thổi từ kết hợp buồng dập hồ quang

Có thể sử dụng một cuộn dây mắc nối với tiếp điểm chính nhằm tạo ra một từ trường tác dụng lên hồ quang để sinh ra một lực điện từ giúp kéo dài hồ quang. Thông thường, biện pháp này sẽ được kết hợp với trang bị thêm buồng dập bằng amiăng. Lực điện từ của cuộn dây sẽ thổi hồ quang vào tiếp giáp amiăng từ đó làm tăng quá trình phản ion.

Dùng buồng dập hồ quang có khe hở quanh co

Buồng được dùng bằng amiăng sẽ có hai nửa lồi lõm và ghép lại tạo thành các khe hở quanh co (nếu đường kính của hồ quang lớn hơn so với bề rộng khe được gọi là khe hẹp). Khi cắt tiếp điểm, lực điện động được sinh ra sẽ đẩy hồ quang vào khe quanh co, làm kéo dài và giảm nhiệt độ hồ quang.

Phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn

Trong buồng hồ quang ở phía trên, người ta sẽ đặt thêm những tấm thép non. Khi hồ quang xuất hiện, do lực điện động hồ quang sẽ bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia thành nhiều đoạn ngắn. Loại này thường được áp dụng cho lưới một chiều dưới 220V và xoay chiều dưới 500V.

Tăng tốc độ chuyển động của tiếp điểm động

Người ta bố trí các lá dao động, gồm có một lá chính và một lá phụ (thường là ở cầu dao). Hai lá này được nối với nhau bằng một lò xo.

Kết cấu tiếp điểm kiểu bắc cầu

Một điểm cắt được chia thành hai tiếp điểm song song nhau, khi cắt mạch hồ quang sẽ được phân ra làm hai đoạn, đồng thời dưới lực điện động ngọn lửa hồ quang sẽ bị kéo dài ra, giúp tăng hiệu quả dập.

☢️☢️☢️ Cường độ dòng điện là gì? Công thức tính cường độ dòng điện

4. Dập tắt hồ quang điện trong thiết bị điện trung và cao áp

Dập hồ quang trong dầu biến áp kết hợp phân chia hồ quang

Ở các máy cắt trung áp, các tiếp điểm cắt sẽ được ngâm trong dầu biến áp. Khi hồ quang xuất hiện làm đốt cháy dầu sinh ra hỗn hợp khí (phần lớn là H) từ đó tăng áp suất vùng hồ quang, đồng thời cũng giảm nhiệt độ của hồ quang. Đới với các máy điện áp cao, mỗi pha thường được phân thành nhiều chỗ ngắt.

Dùng khí nén

Sử dụng khí nén trong bình có sẵn hoặc hệ thống ống dẫn khí nén để đến khi hồ quang xuất hiện (tiếp điểm khi mở) sẽ làm mở van của bình khí nén, khí nén được thổi dọc hoặc ngang thân hồ quang giúp giảm nhiệt độ và kéo dài hồ quang.

Dùng vật liệu tự sinh khí

Thông thường dùng trong cầu chì trung áp. Khi hồ quang xuất hiện làm đốt cháy một phần vật liệu sinh khí, sinh ra hỗn hợp khí giúp tăng áp suất vùng hồ quang.

Dập hồ quang trong chân không

Đặt tiếp điểm cắt tại môi trường áp suất chỉ khoảng 10^-6 – 10^-8 N/cm². Ở môi trường này thì có độ bền điện cao hơn rất nhiều so với độ bền điện của không khí, vì vậy hồ quang nhanh chóng bị dập tắt.

Dập hồ quang trong khí áp suất cao

Khi khí được nén ở áp suất tới khoảng 200 N/cm² hoặc cao hơn sẽ làm tăng độ bền điện gấp nhiều lần không khí. Trong các loại máy cắt điện áp cao hoặc siêu cao hiện nay, thường dùng khí SF₆ được nén trong các bình khí nén để dập hồ quang.

Các thiết bị chống hồ quang điện

Trước khi chọn các thiết bị hồ quang cần tìm hiểu rõ các thông tin chi tiết về tính năng của thiết bị để đảm bảo an toàn khi sử dụng. Vì từng môi trường khác nhau chúng có những mức chống hồ quang riêng biệt. Khi không tìm hiểu kỹ trước khi sử dụng có thể dẫn đến bị thương, thậm chí thiệt mạng. Người dùng cần trang bị đầy đủ kiến thức chuyên môn và trang bị đầy đủ các thiết bị bảo hộ. Một số sản phẩm chống hồ quang điện như bộ quần áo chống hồ quang điện, găng tay chống hồ quang điện, mũ trùm chống hồ quang điện,...

Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng cần trang bị đầy đủ các thiết bị chống hồ quang điện

Mong rằng với những thông tin trên, VietChem đã có thể giúp ích cho bạn đọc hiểu hơn về hồ quang điện là gì, ứng dụng cũng như tác hại của nó, cách dập tắt hồ quang điện hiệu quả để sử dụng chúng một cách an toàn hơn. Truy cập hoachat.com.vn để cập nhật thêm những bài viết hấp dẫn khác.

♻️♻️♻️ Quang phổ là gì? Các loại quang phổ liên tục, vạch phát xạ