Hồ quang điện là gì? Điều kiện sản sinh, tác hại và cách phòng ngừa

Chu Văn An

Hồ quang điện là hiện tượng tia lửa điện xảy ra ở dòng điện thấp nên khó phát hiện bằng các thiết bị chuyển mạch thông thường. Khi đó, hồ quang có thể gây cháy, tiềm ẩn nguy hiểm cho người và thiết bị. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích chi tiết các điều kiện gây ra hồ quang và cách ngăn ngừa hồ quang một cách hiệu quả.

vòng cung là gì?

Hồ quang là sự phóng điện tự cấp xảy ra trong chất khí có sự chênh lệch điện thế nhỏ giữa hai điện cực ở áp suất bình thường hoặc áp suất thấp. Trên thực tế, nó là một dạng plasma được tạo ra bằng cách trao đổi điện tích liên tục, kèm theo ánh sáng và nhiệt độ cao.

Dòng điện chạy qua chất khí giữa hai cực chủ yếu là dòng electron (và một số ion âm) từ cực âm đến cực dương. Các electron và ion âm va chạm với cực dương khiến cực dương nóng lên tới 3.500 độ C. Lúc này, cực dương phát sáng mạnh, tan chảy và thậm chí bốc hơi. Cực dương sau đó bị sập, khiến mạch bị chập. Ngược lại, khi các ion dương va chạm với cực âm, cực âm chuyển sang màu đỏ và tỏa nhiệt điện tử. Khí giữa hai cực sẽ bị ion hóa dưới tác dụng của nhiệt độ cao và dẫn điện tốt khiến điện trở của khí trong hồ quang giảm xuống một giá trị rất nhỏ, trong khi cường độ dòng điện trong mạch khá lớn, lên tới hàng chục ampe.

Tia hồ quang rất mạnh và có thể tác động đến tế bào niêm mạc mắt hoặc khiến da mặt bị bong tróc sau khi tiếp xúc. Tuy nhiên, hồ quang cũng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật, điển hình là trong hàn điện.

Tác hại của hồ quang điện

Trên thực tế, hồ quang điện là nguyên nhân hàng đầu gây ra các vụ cháy điện, ảnh hưởng lớn đến hệ thống và con người.

Ảnh hưởng đến thiết bị điện

Hồ quang điện có thể khiến dây điện nóng chảy ngay lập tức, gây hư hỏng các thiết bị điện liên quan. Nguyên nhân chính là do điện áp và dòng điện thay đổi đột ngột khiến nhiệt độ khu vực xảy ra hồ quang tăng cao, có nguy cơ lan sang các dây dẫn khác.

Thông thường, khi xảy ra hồ quang, hệ thống phải thay thế toàn bộ hệ thống dây dẫn hoặc các thiết bị điện bị hư hỏng, không những gây tốn kém mà còn làm gián đoạn sản xuất và đời sống sinh hoạt.

tác động lên con người

Nếu không có đồ bảo hộ, việc tiếp xúc với hồ quang điện có thể dễ dàng khiến thợ hàn bị đau mắt và bong tróc da mặt. Một khi hồ quang phát triển thành vụ nổ hoặc cháy sẽ ảnh hưởng đến tính mạng con người.

Điều kiện hình thành và dập tắt hồ quang

Để dập tắt hoàn toàn hồ quang, bạn cần tìm ra nguyên nhân gây ra hiện tượng này.

tình trạng xảy ra

Có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng phóng hồ quang, chẳng hạn như:

• Tiếp xúc kém do quá tải, quá áp, kết nối không ổn định hoặc hoạt động trong môi trường rung động mạnh.
• Cáp bị hư hỏng, sờn, cũ hoặc đứt.
• Dây cáp bị hỏng do khoan vào tường, chuột gặm dây…

Khi dòng điện tiếp điểm nhỏ, khi điện áp đặt vào đạt đến một giá trị nhất định, một điện trường lớn sẽ được tạo ra trong khoảng không gian hẹp giữa các tiếp điểm, dẫn đến hiện tượng tự động phát xạ electron (hay phát xạ điện lạnh). Khi số lượng electron tăng dần, hồ quang được tạo ra dưới tác dụng của điện trường của không khí bị ion hóa.

Khi dòng tiếp xúc lớn thì quá trình tạo hồ quang thường phức tạp hơn. Do đó, khi các tiếp điểm mở, áp suất giữa các tiếp điểm sẽ ít hơn và do đó số lượng điểm tiếp xúc mà dòng điện chạy qua sẽ nhỏ hơn. Khi mật độ dòng điện có thể tăng lên hàng chục nghìn A/cm2 thì nhiệt độ của cầu chất lỏng tại điểm tiếp xúc cũng sẽ tăng lên, bay hơi dần và gây ra hồ quang giữa hai điểm tiếp xúc.

Quá trình làm nguội

Để dập tắt hồ quang một cách hiệu quả, cần phải đảo ngược các điều kiện sản xuất ban đầu, ví dụ:

• Sử dụng khí hoặc dầu làm mát để giảm nhiệt độ hồ quang.
• Vòng cung được kéo dài bằng cách chia nó thành nhiều phần nhỏ và thổi vào chúng để dập tắt chúng.
• Sử dụng năng lượng của hồ quang hoặc năng lượng khác để dập tắt nó.
• Tiêu tán năng lượng hồ quang bằng cách kết nối một điện trở ngắt shunt.

Làm thế nào để ngăn chặn hồ quang

• Tính toán cẩn thận tải trong hệ thống của bạn để tránh quá tải.
• Điều khiển từ xa các thiết bị có thể tạo ra hồ quang lớn.
• Cắt điện các thiết bị điện tiếp xúc với cơ thể con người.
• Sử dụng các phương pháp dập hồ quang thích hợp cho từng hệ thống.
• Sử dụng vật liệu chất lượng cao có thể kéo dài tuổi thọ của thiết bị điện của bạn.
• Các module cảm biến báo động được tích hợp vào tủ công tắc và buồng dập hồ quang điện áp thấp.
• Được trang bị các thiết bị phát hiện và bảo vệ hồ quang chuyên dụng nhằm ngăn ngừa tai nạn ở giai đoạn đầu như AFDD của BTB Electric – thiết bị này tích hợp 5 chức năng bảo vệ, bao gồm: bảo vệ hồ quang, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải, bảo vệ quá áp và bảo vệ dòng rò.

Ứng dụng của hồ quang

Hồ quang điện tạo ra lượng nhiệt lớn nên các nhà khoa học cố gắng tận dụng điều này cho các ứng dụng hàn. Một cực của hồ quang là tấm kim loại cần hàn, cực còn lại là que hàn. Do nhiệt độ giữa các cực cao, que hàn nóng chảy và lấp đầy mối hàn.

Ở quy mô lớn hơn, hồ quang còn được sử dụng trong lò cao nóng, luyện kim loại…

công nghệ hồ quang

Hàn hồ quang là công nghệ hàn phổ biến nhất hiện nay và được sử dụng để nối hoặc tháo các chi tiết bằng nguồn nhiệt, đó là hiện tượng hồ quang.

Trong công nghệ hàn hồ quang, hồ quang được tập trung vào một điểm trên vật được hàn. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, chất hàn có thể dễ dàng tan chảy ngay lập tức. Lượng nhiệt này không lan rộng nên sự biến dạng của vật hàn không nghiêm trọng như hàn khí.

Câu hỏi thường gặp về arc

Câu hỏi 1: Phóng điện có nguy hiểm không?

Trả lời: Phóng điện là nguyên nhân hàng đầu gây cháy nổ điện. Tuy nhiên, các thiết bị chuyển mạch thông thường không thể phát hiện được các giai đoạn ban đầu của hồ quang. Vì vậy, hồ quang có điều kiện phát triển thành lửa, tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ, rất nguy hiểm cho cơ thể con người.

Câu hỏi 2: Có thể phát hiện được hồ quang điện không?

Trả lời: Có. Hồ quang có thể được phát hiện ở giai đoạn đầu bằng thiết bị bảo vệ hồ quang chuyên dụng như AFDD. Đây là thiết bị có khả năng phân biệt giữa hồ quang bình thường và hồ quang nguy hiểm để đóng, chuyển mạch nhằm ngăn ngừa tia lửa điện lan rộng.