Hồ quang điện là gì? Tính chất, ứng dụng và tác hại

Hồ quang điện là gì?

Định nghĩa hồ quang điện là gì?

Trên thực tế hồ quang điện (tiếng anh là arc flash) là một dạng plasma tạo ra sự trao đổi liên tục, đi kèm với sự tỏa sáng, tỏa nhiệt mạnh. Đây chính là quá trình phóng điện tự lực, xảy ra trong chất khí ở áp suất thấp hoặc áp suất thường, giữa hai điện cực hiệu điện thế nhỏ.

Dòng điện chạy qua khí giữa hai cực chủ yếu là electron và ion âm, đi từ cathode tới anode, cũng có một phần dòng ion dương đi chiều ngược lại. Các electron, ion âm đến va chạm vào và làm anode nóng lên, nhiệt độ hồ quang điện có thể lên tới 3500 độ C cho nên anode phát sáng mạnh, do các vật liệu hầu hết đã bị nóng chảy hay thậm chí bay hơi, dẫn đến anode bị lõm vào làm mạch điện bị nối tắt. Còn các ion dương tới đập vào cathode cũng làm cathode duy trì trạng thái nóng đỏ ban đầu và phát ra khi các electron phát xạ nhiệt.

Điện trở của khí trong hồ quang điện là rất nhỏ vì chất khí giữa 2 cực ở nhiệt độ cao nên bị ion hóa và dẫn điện tốt. Dòng điện trong mạch có cường độ khá lớn, lên tới hàng chục ampe, có hiệu điện thế thấp.

4 tính chất cơ bản của hồ quang điện là gì?

Hồ quang điện có 4 tính chất cơ bản sau:

• Hầu hết khi dòng điện có trị số lớn mới xảy ra hiện tượng phóng điện hồ quang.

• Nhiệt độ trong trung tâm hồ quang thường rất lớn, có thể lên đến 6000/80000K trong các khí cụ.

• Mật độ dòng điện ở cathode lớn, khoảng 104/105 A/cm².

• Sụt áp ở cathode thường bằng 10/20V và thực tế không phụ thuộc vào dòng điện.

Nguyên nhân, điều kiện tạo ra hồ quang điện

Nguyên nhân, điều kiện tạo ra hồ quang điện

Vài nguyên nhân gây ra hồ quang điện là:

Khi một số dây dẫn điện được đặt gần nhau, có các dòng sự cố đáng kể chảy qua chúng chính là cách tạo ra hồ quang điện. Trường hợp này, các ion hóa không khí xảy ra do các yếu tố khác nhau, chẳng hạn như khác biệt về tiềm năng, từ đó dẫn đến đường sức cản thấp và dòng điện chạy qua khe hở không khí giữa các dây dẫn.

Mặc dù nhiều người cho rằng hồ quang điện an toàn với điện áp thấp, nhưng thực tế mức độ nguy hiểm của hồ quang điện ở điện áp thấp còn cao hơn, do dòng điện sự cố cao. Các sự cố lỗi xảy ra trong hệ thống điện áp thấp đa phần đều là do lỗi của con người. Ví dụ như sự cố xảy ra khi một nhân viên kỹ thuật làm trượt công cụ lúc đang làm việc trên thiết bị điện.

Một vài nguyên nhân khác cũng gây ra hồ quang điện như: Bất cẩn chạm vào bề mặt sai bằng đầu dò thử nghiệm gây tai nạn. Công cụ, kỹ thuật cài đặt và làm việc không đúng cách. Nhân viên thiếu nhận thức và chưa được huấn luyện an toàn. Dùng các thiết bị điện, vật liệu hư hỏng, bảng ngắt kết nối bị tắc nghẽn. Bộ phận cách điện có khe hở, bị hư hỏng hay hao mòn. Dây dẫn điện bị bám bụi, có mảnh vụn hay bị ăn mòn. Cầu dao và công tắc được bảo dưỡng không đúng cách. Các bộ phận sống có kết nối lỏng lẻo hay bị ăn mòn. Có nước hay các chất lỏng khác tiếp xúc với thiết bị điện.

Có 2 điều kiện để có hồ quang điện là:

Điều kiện hồ quang điện được tạo ra là làm cho hai điện cực bị nóng đỏ đến mức phát ra electron là điều kiện để.

Tạo một điện trường đủ mạnh giữa hai điện cực để ion hóa không khí, tạo tia lửa điện và cường độ điện trường.

Tác hại và cách phòng chống hồ quang điện là gì?

Theo ước tính thì mỗi năm có hàng trăm sự cố, tai nạn xảy ra do hồ quang điện, gây nên thiệt hại cho cả con người lẫn vật chất.

Tác hại của hồ quang điện ảnh hưởng đến 2 phương diện như sau:

• Ảnh hưởng tới các thiết bị điện: Nguyên nhân làm các thiết bị điện bị phá hủy, khi xảy ra hiện tượng phóng hồ quang điện là do điện áp bị thay đổi đột ngột, ngắt mạch hệ thống cục bộ. Cụ thể là do dưới nền nhiệt tăng cao các tiếp điểm động lực bị đánh mòn, hỏng hóc. Hiện tượng hồ quang điện xảy ra làm hư hỏng máy móc, thiết bị điều khiển và khiến cho hoạt động sản xuất bị đình trệ, làm giảm năng suất lao động và doanh thu của doanh nghiệp. Do đó để đảm bảo an toàn, doanh nghiệp phải thay thế các thiết bị đóng cắt hàng năm với số lượng lớn, gây khó khăn về mặt tài chính.

• Hồ quang điện ảnh hưởng đến sức khỏe con người: Phóng điện hồ quang có thể gây ra sự cố cháy nổ, hỏa hoạn trực tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe, tính mạng của con người. Nếu nhìn trực tiếp vào tia hồ quang điện sẽ có thể làm các tế bào niêm mạc của mắt bị chết, dẫn tới bị đau mắt hàn. Nếu trong quá trình hàn không được trang bị quần áo bảo hộ, có thể các tế bào bên ngoài da sẽ bị chết làm bong da mặt.

Cách phòng ngừa hiện tượng hồ quang điện xảy ra

Nên cải tiến chất lượng các thiết bị điện để nâng cao tuổi thọ. Tích hợp cho các thiết bị đóng cắt, buồng dập hồ quang hạ thế một mô đun cảm biến cảnh báo hoạt động một cách độc lập. Doanh nghiệp, kỹ thuật viên cần được trang bị kiến thức an toàn lao động tốt nhất và thiết bị bảo hộ lao động phù hợp. Với thợ hàn thì biện pháp đơn giản nhất chính là đeo mặt nạ bảo vệ khi hàn, dùng thêm quạt gió, chụp hút để giảm thiểu độc hại. Lưu ý không thao tác hàn khi nồng độ chất gây hại vượt quá mức cho phép.

Ứng dụng của hiện tượng hồ quang điện là gì?

Ứng dụng của hiện tượng hồ quang điện là gì?

Hồ quang điện được ứng dụng trong việc hàn điện nhờ nhiệt độ cao của các cặp điện cực do hiện tượng phóng điện tự lực gây ra. Một cực của hồ quang điện là tấm kim loại cần hàn còn cực kia là que hàn, khi nhiệt độ giữa cực lên cao, que hàn nóng chảy và lấp chỗ cần để hàn lên tấm kim loại.

Ứng dụng của hồ quang điện đối với các lĩnh vực hàn điện, luyện thép,... rất có ích, nó giúp những phần bị tách rời của thiết bị được hàn gắn lại, và giúp các điểm cần hàn của tấm kim loại lấp được các khoảng trống.

Đối với ngành chế tạo máy móc, cơ khí thì hồ quang điện là một trong những chi tiết không thể thiếu, nó góp phần tạo ra các thiết bị phục vụ cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Ngoài ra còn được dùng trong lò nấu kim loại, luyện phôi thép.

Quá trình phát sinh, dập tắt hiện tượng hồ quang điện

Quá trình phát sinh, dập tắt hiện tượng hồ quang điện

Chi tiết về quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang điện như sau:

Về quá trình phát sinh hồ quang điện

• Với tiếp điểm có dòng điện nhỏ, khoảng cách ban đầu rất nhỏ trong khi điện áp đặt vào có trị số nhất định, sẽ sinh ra hiện tượng điện trường cường độ lớn trong không gian này và điện từ từ cathode có thể bật, gọi là phát xạ điện nguội hay phát xạ tự động điện tử. Số điện tử càng nhiều thì chuyển động dưới tác dụng của điện trường sẽ làm ion hóa không khí, gây ra hiện tượng hồ quang điện.

• Với tiếp điểm có dòng điện lớn thì quá trình phát sinh hiện tượng hồ quang điện sẽ phức tạp hơn. Lúc ban đầu mở tiếp điểm, lực ép sẽ có trị số khá nhỏ, số điểm tiếp xúc sẽ để dòng điện đi qua ít. Mật độ dòng điện có thể tăng lên đáng kể hàng chục nghìn A/cm2 nên tại các điểm đó, nhiệt độ của cầu chất lỏng sẽ tiếp tục tăng rồi sau đó bốc hơi. Hồ quang điện sẽ xuất hiện trong không gian giữa hai tiếp điểm đó.

Quá trình dập tắt hiện tượng hồ quang điện

Cần các điều kiện ngược lại với quá trình phát sinh, cụ thể như sau:

• Dùng hơi khí hoặc dầu làm nguội, dùng vách ngăn để hồ quang cọ xát nhằm hạ thấp nhiệt độ hồ quang.

• Dùng vách ngăn chia hồ quang thành nhiều đoạn nhỏ rồi thổi khí dập tắt đi.

• Có thể dùng năng lượng bên ngoài hay năng lượng của chính hồ quang để dập tắt nó.

• Hoặc mắc điện trở shunt để tiêu thụ năng lượng hồ quang.

Đến đây tin rằng bạn đã có giải đáp cho những thắc mắc về hồ quang điện là gì và chúng được ứng dụng như thế nào. Hãy theo dõi website https://dongachem.vn/ để không bỏ lỡ những bài viết chất lượng khác.