전기 아아크

Electric arc
의도하지 않은 경로를 따르는 전기는 단락을 참조하십시오.
두 못 사이의 전기 아아크

전기 아크 또는 아크 방전은 장기간 방전을 발생시키는 가스의 전기적 고장입니다.공기와 같이 일반적으로 전도성이 없는 매체를 통과하는 전류는 플라즈마를 생성합니다. 플라즈마는 가시광을 발생시킬 수 있습니다.아크방전은 글로우방전보다 낮은 전압을 특징으로 하며 아크를 지지하는 전극으로부터의 전자의 열전자방사에 의존한다.고대 용어는 "볼타 아크 램프"에서 사용되는 볼타 아크입니다.

아크 억제 기술을 사용하여 아크 형성의 지속 시간 또는 가능성을 줄일 수 있습니다.

19세기 후반에는 공공 조명으로 전기 아아크 조명이 널리 사용되었습니다.일부 저압 전기 아크는 많은 용도로 사용됩니다.예를 들어 형광관, 수은, 나트륨, 금속 할로겐화물 램프가 조명에 사용되고 제논 아크 램프가 영화 프로젝터에 사용되고 있습니다.전기 아크는 전기 아아크 용접 및 강철 재활용을 위한 전기 아크로와 같은 제조 공정에서 사용될 수 있습니다.

역사

자연 번개는 이제 아크가 아닌 전기 스파크로 여겨진다.

험프리 데이비 경은 [1]1800년에 짧은 펄스의 전기 아크를 발견했다.1801년, 그는 윌리엄 니콜슨의 자연철학, 화학,[2] 예술 저널에 실린 논문에서 이 현상을 묘사했다.현대 과학에 따르면 데이비의 묘사는 [3]호라기보다는 불꽃이었다.같은 해 데이비는 왕립학회 앞에서 두 개의 탄소봉에 전류를 흘려보낸 다음, 그것들을 조금 떨어진 곳에 끌어당김으로써 그 효과를 공개적으로 입증했다.시연에서는 숯 지점 사이에 지속적인 스파크와 쉽게 구별되지 않는 "피블" 아크가 생성되었습니다.협회는 1,000개의 판으로 이루어진 보다 강력한 배터리를 신청했고, 1808년에 그는 대형 [4]아크를 시연했다.그는 [5]호를 명명했다고 알려져 있다.전극 사이의 거리가 [6]작지 않을 때 위쪽 활 모양으로 보이기 때문에 그는 그것을 호라고 불렀다.이것은 뜨거운 가스에 대한 부력 때문입니다.

최초의 연속 아크는 1802년에 독립적으로 발견되었고 1803년에[7] 바실리 5세에 의해 "전기적인 성질을 가진 특수 유체"로 설명되었습니다. 4200장의 [7][8]디스크로 구성된 구리-아연 배터리를 실험하고 있는 러시아 과학자 페트로프.

19세기 후반, 전호 조명은 공공 조명으로 널리 사용되었다.전기 아크가 깜박이고 쉬쉬하는 경향이 큰 문제였습니다.1895년, Hertha Marks Ayrton은 전기 기술자를 위해 일련의 기사를 썼고, 이러한 현상은 아크를 만드는데 사용된 탄소 막대와 산소가 접촉한 결과라고 설명했다.1899년, 그녀는 전기 기술자 협회(IEE) 이전에 자신의 논문을 읽은 최초의 여성이었다.그녀의 논문 제목은 "전기 아크의 쉬익"이었다.그 직후, 에어튼은 IEE의 첫 여성 회원으로 선출되었고,[9] 1958년에 IEE에 입회한 다음 여성이었다.그녀는 왕립학회에 논문을 제출해 달라고 청원했지만, 성별 때문에 허락되지 않았고, 1901년 존 페리가 대신 "전기 아크의 메커니즘"을 낭독했다.

개요

전기열차의 전력선과 팬터그래프 사이의 전기 아아크(catnerary ice)
런던 지하철 전동차의 파워 레일과 전기 픽업 "구두" 사이의 전기 아크가 발생합니다.

전기 아크는 전류 밀도가 가장 높은 방전 형태입니다.아크를 통과하는 최대 전류는 아크 자체가 아니라 외부 회로에 의해서만 제한됩니다.

전극을 통과하는 전류가 증가하면 이온화 및 글로우 방전에 의해 2개의 전극 사이의 아크가 개시된다.전극 간극의 파괴 전압은 압력, 전극 간 거리 및 전극을 둘러싼 가스 유형의 복합 함수입니다.아크가 시작되면 단자 전압이 글로 방전보다 훨씬 낮고 전류가 높아집니다.대기압 부근의 가스 중 아크는 가시광선 방출, 고전류 밀도 및 고온을 특징으로 합니다.아크는 부분적으로 전자와 양이온의 온도가 비슷하여 글로우 방전과 구별된다. 글로우 방전에서 이온은 전자보다 훨씬 차갑다.

인출된 아크는 초기에 접촉한 두 전극에 의해 시작되고 분리될 수 있습니다. 이는 고전압 글로우 방전 없이 아크를 시작할 수 있습니다.이는 용접자가 조인트를 용접하기 시작하는 방식으로, 용접 전극을 공작물에 순간적으로 접촉시킨 후 안정된 아크가 형성될 때까지 용접 전극을 빼냅니다.또 다른 예로는 스위치, 릴레이 또는 회로 차단기에서 전기 접점의 분리가 있습니다. 고에너지 회로에서는 [10]접점의 손상을 방지하기 위해 아크 억제가 필요할 수 있습니다.

연속적인 전기 아크를 따라 전기 저항이 열을 발생시켜 더 많은 가스 분자를 이온화시킵니다(온도에 의해 이온화 정도가 결정됨). 그리고 이 순서에 따라: 고체-액체-가스-플라즈마; 가스는 점차 열 플라즈마로 변합니다.열 플라즈마는 열 평형 상태에 있습니다. 온도는 원자, 분자, 이온 및 전자 전체에 걸쳐 비교적 균일합니다.전자에 주어지는 에너지는 이동성과 수가 많기 때문에 탄성 충돌에 의해 무거운 입자로 빠르게 분산된다.

아크의 전류는 열전자 방출과 음극에서의 전자의 전계 방출에 의해 유지된다.전류는 음극의 매우 작은 핫스팟에 집중될 수 있습니다. 평방 센티미터당 약 백만 암페어의 전류 밀도를 확인할 수 있습니다.글로우 방전과는 달리 아크는 양기둥의 밝기가 상당히 높고 양끝의 전극까지 거의 확장되기 때문에 거의 식별 가능한 구조를 가지고 있지 않습니다.음극 강하 및 양극 강하는 각 전극의 밀리미터의 극히 일부 내에서 발생합니다.양의 열은 전압 구배가 낮으며 매우 짧은 [10]호에서는 없을 수 있습니다.

저주파(100Hz 미만) 교류 아크는 직류 아크와 유사합니다. 각 사이클에서 아크는 파괴에 의해 시작되고 전류가 반전될 때 전극이 양극 또는 음극으로 역할을 교환합니다.전류의 주파수가 증가함에 따라 모든 이온화가 각 반사이클에서 분산될 시간이 충분하지 않으며 아크를 유지하기 위해 분해가 더 이상 필요하지 않습니다. 전압 대 전류 특성이 더욱 [10]옴에 가까워집니다.

철사로 가닥 사이의 전기 아크.

그리고 전기 현재 필드의 비선형 패턴의 전기 아크의 다양한 모양들이 출현 속성.둥근 두개의 전도성 전극 사이의 가스 봉입 우주에서(종종 텅스텐이나 탄소로 만들어지)고 매우 높은 온도, 또는 증발하는 거의 모든 재료들 녹고 있는할 수 있는 결과로 발생한다.전기 아크는 연속 방전, 반면 비슷한 전기 불꽃 방전 한때다전기 아크 직류(직류)회로 또는 현재(AC)회로 교류에서 발생할 수 있다.후자의 경우 아크 현재의 각 반주기에 re-strike 수 있다.매일 매일 방전으로부터 전류 밀도, 그 원호 내에 전압 강하를 낮은 것이고;섹스를 음극에서, 현재 농도는 평방 센티 미터 당 한 megaampere 높을 수 있에 전기 아크 다르다.[10]

전기 아크 전류와 전압 사이의 비선형적 관계를 가지고 있다.일단 아크(중의 하나로 추이에서 매일 매일 discharge[11]에 의해 순간적으로 닿전극 다음 분리하), 전호 터미널 사이에는 낮은 전압에서 현재 결과 증가한 확립된다.이 부정적인 저항 효과는 임피던스(전기 안정기로)의 일부 긍정적인 형태는 회로에서 안정된 아크를 유지하기 위해 설치 될 것을 요구한다.기구에서 통제되지 않는 전기 아크 한번 시작될 때까지 장치 파괴된 이후, 포물선을 그린fixed-voltage 공급에서 점점 더 현재 그려 줄 것 파괴가 이 속성은 이유이다.

사용하다

전기 아크 산화 칼슘을 녹일 수 있다.

Industrially, 전기 아크 용접, 혈장을 위해, 방전 가공에, 영화 프로젝터에서 궁형 램프, 그리고 무대 조명에 스포트 라이트로 사용된다.전기 아크 용광로 철강과 다른 물질 생산에 사용된다.는 흡열 반응(2500°C의 온도에서)을 홍보하기 위해 많은 양의 에너지가 필요한 탄화 칼슘 이런 방식으로 만들어진다.

탄소 아크 빛들은 최초의 전기 불빛이다.그것들은 19세기에는 가로등과 2차 세계대전까지 서치라이트와 같은 특수한 용도로 사용되었다.오늘날, 저압 전기 아크는 많은 용도로 사용됩니다.예를 들어 형광관, 수은, 나트륨, 금속 할로겐화물 램프는 조명에 사용되며 제논 아크 램프는 영화 프로젝터에 사용됩니다.

작은 아크 플래시와 유사한 강렬한 전기 아크의 형성은 폭발 브리지 와이어 뇌관의 기초입니다.

나머지 주요 애플리케이션은 고전압 전송 네트워크용 고전압 스위치 기어입니다.최신 장치는 압력 용기 내에서 분리된 전극 사이를 흐르는 노즐에서 고압으로 육불화 황을 사용합니다.AC 고장 전류는 전류 0에서 붕괴 플라스마에서 자유 전자를 흡수하는 고음성 SF6 이온에 의해 차단됩니다.유사한 슈퍼 그리드 조건에서 전류 재점화를 방지하기 위해 많은 소음 장치가 직렬로 필요했기 때문에 유사한 공기 기반 기술이 대체되었습니다.

전기 아크는 우주선의 전기 추진에 대해 연구되어 왔다.

그것들은 물질 샘플을 집중적으로 가열하여 스펙트럼 방출을 생성하기 위해 스펙트럼 분석을 위해 실험실에서 사용된다.

비주얼 엔터테인먼트

제이콥 사다리의 시간 노출
제이콥의 사다리 시연
제이콥의 직장에서의 사다리

제이콥의 사다리(정식적으로는 고전압 주행 호)는 위로 올라가는 연속적인 전기 아크를 생성하기 위한 장치입니다.스파크 갭은 두 개의 와이어에 의해 형성되며, 거의 수직이지만 좁은 V자 모양으로 서로 조금씩 갈라집니다.그것은 성경에 묘사된 "하늘로 가는 사다리"에서 이름을 따왔다.

갭에 고전압이 인가되면 와이어의 바닥에서 스파크가 형성되어 전기 아크로 빠르게 변화합니다.공기는 습도, 온도 등에 따라 약 30kV/[12]cm에서 분해됩니다.양극 및 음극 전압 강하를 제외하고 아크는 거의 단락 회로처럼 동작하며, 전력 공급 장치가 공급할 수 있는 만큼의 전류를 끌어내고, 무거운 부하는 갭 전체의 전압을 극적으로 낮춥니다.

가열된 이온화된 공기가 상승하여 전류 경로를 따라 이동합니다.이온화의 흔적이 길어질수록, 점점 불안정해지고, 마침내 깨진다.그러면 전극 전체의 전압이 상승하고 장치 바닥에서 스파크가 다시 형성됩니다.

이러한 순환은 미친 과학자들에 대한 영화에서 종종 볼 수 있는, 전기의 흰색, 노란색, 파란색 또는 보라색 호를 이국적으로 보이게 한다.이 장치는 1950년대와 1960년대 학교 및 과학 박람회에서 주로 사용되었으며, 일반적으로 모델 T 스파크 코일 또는 10,000–30,000V 범위의 다른 고전압 전원(예: 네온사인 변압기(5–15kV) 또는 텔레비전 수상관 회로(10–28kV))와 행거에 내장된 두 개의 로드로 제작되었다.V자 모양대형 사다리에는 직렬로 연결된 전자레인지 변압기, 전압증배기[13][14] 및 역방향(스텝업)으로 작동하는 전신주 변압기(폴 피그)가 일반적으로 사용됩니다.

위키미디어 커먼스의 제이콥 사다리 관련 매체

호를 안내하다

과학자들은 전극 사이의 기체에 레이저 빔을 발사함으로써 두 전극 사이의 아크 경로를 제어하는 방법을 발견했다.기체가 플라즈마가 되어 아크를 유도합니다.서로 다른 레이저광을 가진 전극 사이에 플라즈마 경로를 구성함으로써 아크를 곡면 경로와 S자 경로로 형성할 수 있다.아크는 또한 장애물에 부딪혀 장애물의 반대편에서 개혁될 수 있다.레이저 유도 아크 기술은 전기 스파크를 정확한 위치에 전달하는 데 [15][16]유용할 수 있습니다.

불필요한 아크

단락 중의 전기 아크로 인한 플러그 화상.

원치 않거나 의도하지 않은 전기 아크는 전력 전송, 배전 시스템 및 전자 기기에 악영향을 미칠 수 있습니다.아크를 일으킬 수 있는 장치에는 스위치, 회로 차단기, 릴레이 접점, 퓨즈 및 케이블 종단 불량 등이 있습니다.유도 회로가 꺼지면 전류가 즉시 0으로 점프할 수 없습니다. 분리 접점에 과도 아크가 형성됩니다.아크가 발생하기 쉬운 스위칭 디바이스는 통상 아크를 포함 및 소등하도록 설계되어 있으며, 스너버 회로는 과도전류의 경로를 제공하여 아크를 방지할 수 있다.회로에 스위칭 디바이스 외부에 형성된 아크를 유지할 수 있는 충분한 전류와 전압이 있을 경우 아크로 인해 도체 용해, 절연 파괴, 화재 등의 기기가 손상될 수 있습니다.아아크 플래시는 사람과 장비에 위험을 초래하는 폭발성 전기 사건을 나타냅니다.

접촉기, 릴레이 및 스위치의 전기 접점에서의 원치 않는 아크는 접촉 아크[17] 억제기 및 RC 스너버와 같은 장치 또는 다음을 포함한 기술을 통해 줄일 수 있습니다.

아크는 전압이 다른 장소 간에 저저항 채널(이물질, 전도성 먼지, 습기 등)이 형성될 때도 발생할 수 있습니다.그러면 전도성 채널이 전기 아크의 형성을 촉진할 수 있습니다.이온화된 공기는 금속에 근접하는 높은 전기 전도율을 가지며, 매우 높은 전류를 전도하여 단락 및 보호 장치(퓨즈 및 회로 차단기)를 발생시킬 수 있습니다.전구가 타서 필라멘트의 파편이 전구 내부의 리드선 사이에 전기 아크를 끌어당겨 브레이커를 트립시키는 과전류를 발생시키는 경우에도 유사한 상황이 발생할 수 있습니다.

플라스틱 표면에 전기 아크가 있으면 플라스틱이 분해됩니다.전도성 탄소가 풍부한 트랙은 아크 경로에서 형성되는 경향이 있으며, 이를 "탄소 추적"이라고 하며 절연 특성에 부정적인 영향을 미칩니다.아크 민감도 또는 "트랙 저항"은 ASTM D495에 따라 점 전극 및 연속 및 간헐적인 아크별로 테스트됩니다. 고전압 저전류 [18]조건에서 전도성 트랙을 형성하는 데 필요한 초 단위로 측정됩니다.일부 재료는 다른 재료보다 열화되기 쉽습니다.예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌은 아크 저항성이 약 200초(3.3분)이다.열경화성 플라스틱에서는 페놀수지보다 알키드와 멜라민수지가 더 좋다.폴리에틸렌은 아크 저항성이 약 150초이고 폴리스티렌과 폴리염화비닐은 상대적으로 저항이 약 70초입니다.플라스틱은 아크 소등 특성을 가진 가스를 방출하도록 제조될 수 있습니다. 이러한 물질을 아크 소등 [19]플라스틱이라고 합니다.

일부 유형의 프린트 회로 기판 위에 아크를 그리면(아마도 트레이스의 균열이나 납땜의 고장으로 인해) 유전체가 연소될 때 영향을 받는 절연층이 전도성을 띠게 됩니다.이 전도성은 표면의 계단식 고장으로 인해 아크를 연장합니다.

아아크

주요 기사:아아크

아크 억제는 전기 아크를 줄이거나 제거하는 방법입니다.아크 억제 방법에는 금속막 증착 및 스패터링, 아크 섬광 보호, 전기 아크가 바람직하지 않은 정전 프로세스(분말 도장, 공기 정화, PVDF 필름 폴리싱 등) 및 접촉 전류 아크 억제 방법이 사용될 수 있습니다.산업, 군사 및 소비자 전자 설계에서 후자의 방법은 일반적으로 전기기계식 전원 스위치, 릴레이 및 접촉기와 같은 장치에 적용된다.이 문맥에서 아크 억제는 접점 보호를 사용합니다.

전기 아크의 에너지 중 일부는 아크를 둘러싼 공기로부터 새로운 화학 화합물을 형성합니다. 질소 산화물과 오존이 포함됩니다. 두 번째는 특유의 날카로운 냄새로 감지할 수 있습니다.이러한 화학물질은 릴레이 및 모터 정류자의 고전력 접점에 의해 생성될 수 있으며, 근처의 금속 표면에 부식성이 있습니다.또한 아크를 적용하면 접점의 표면이 부식되어 접점이 마모되고 [20]닫혔을 때 높은 접점 저항이 발생합니다.

건강상의 위험

아크 발생 장치에 노출되면 건강에 위험을 초래할 수 있습니다.공기 중에 형성된 아크는 산소와 질소를 이온화시켜 오존이나 일산화질소와 같은 반응성 분자로 다시 형성할 수 있습니다.이러한 제품은 점막을 손상시킬 수 있습니다.식물 또한 오존 중독에 취약하다.이러한 위험은 호가 연속적이고 방 등 밀폐된 공간에 있을 때 가장 크다.외부에서 발생하는 아크는 가열된 이온화 가스가 공기 중으로 상승하여 대기 중으로 소멸되기 때문에 덜 위험합니다.간헐적으로 짧은 스파크 버스트를 발생시키는 스파크 갭도 발생되는 이온의 양이 매우 적기 때문에 위험성이 최소화됩니다.

아크 또한 가시광선과 보이지 않는 자외선 및 적외선 스펙트럼에 걸쳐 광범위한 파장을 생성할 수 있습니다.아크 용접과 같은 방법으로 생성된 매우 강한 아크는 관찰자의 각막을 손상시키는 상당한 양의 자외선을 발생시킬 수 있습니다.이러한 호는 호 강도를 낮추고 관찰자의 눈을 자외선으로부터 보호하는 특수 다크 필터를 통해서만 관찰해야 합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  6. ^ Davy, Humphry (1812). Elements of Chemical Philosophy. p. 85. ISBN 978-0-217-88947-6. 이것이 "아크"라는 용어의 기원이 될 수 있습니다.
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  20. ^ "Lab Note #106 Environmental Impact of Arc Suppression". Arc Suppression Technologies. April 2011. Retrieved October 10, 2011.

외부 링크

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