¿Qué es un arco?

Arco Cuando el aparato de conmutación corta la corriente, si el voltaje del circuito no es inferior a 10-20 voltios y la corriente no es inferior a 80 ~ 100 mA, se producirá un arco entre los contactos de el aparato eléctrico.

El arco es un gas libre altamente conductivo y de alta temperatura que no sólo daña los contactos, sino que también prolonga el tiempo de ruptura del circuito.

Entonces, antes de comprender la estructura y el funcionamiento de los aparatos de conmutación, veamos primero cómo se generan y se apagan.

La formación de un arco eléctrico es el proceso de disociación de protones neutros (moléculas y átomos) entre contactos. Cuando los contactos del interruptor están separados, la distancia entre los contactos es pequeña y la intensidad del campo eléctrico E es grande (E = U/d). Cuando la intensidad del campo eléctrico excede 3 × 10-6-V/m, los electrones de la superficie del cátodo serán arrancados por la fuerza del campo eléctrico, formando electrones libres en el espacio de contacto. Este modo de disociación se denomina emisión de campo eléctrico fuerte.

Los electrones libres emitidos desde la superficie del cátodo y los pocos electrones entre los contactos aceleran hacia el ánodo bajo la acción de la fuerza del campo eléctrico, chocando constantemente con partículas neutras en el camino. Siempre que la velocidad V del electrón sea lo suficientemente alta y la energía cinética A = mv2 del electrón sea lo suficientemente grande, es posible sacar el electrón de la partícula neutra para formar electrones libres e iones positivos. Este fenómeno se llama disociación colisional. Los electrones libres recién formados también aceleran hacia el ánodo y también chocarán y disociarán con partículas neutras. El resultado de la ionización por impacto continuo es que los contactos se llenan de electrones e iones positivos y tienen una gran conductividad eléctrica bajo el voltaje aplicado, el dieléctrico se rompe y se genera un arco, y el circuito se conecta nuevamente.

El espacio entre los contactos donde arde el arco se llama espacio del arco. Después de que se forma el arco, la alta temperatura entre los espacios del arco hace que los electrones en la superficie del cátodo obtengan suficiente energía para emitir hacia afuera, formando una emisión de campo eléctrico térmico. Al mismo tiempo, bajo la acción de altas temperaturas (la temperatura mantenida en el centro del arco puede alcanzar más de 10.000°C), aumenta la velocidad del movimiento térmico irregular de las partículas neutras del gas. Cuando partículas neutras con suficiente energía cinética chocan entre sí, se disocian para formar electrones e iones positivos, lo que se denomina disociación térmica.

A medida que aumenta la distancia entre los contactos, la intensidad del campo eléctrico E entre los contactos disminuye gradualmente y la combustión del arco se mantiene principalmente mediante disociación térmica.

Al mismo tiempo, se produce un proceso de disociación entre los contactos de los aparatos de conmutación, lo que también conduce a un proceso de desionización, que reduce las partículas cargadas.