Mengapa busur listrik di sakelar lebih memilih jalur lengkung daripada jalur lurus?

14

Baru-baru ini saya menemukan video garis 500 kilovolt dibuka di bawah beban.

Saat kontak sakelar dicabut, busur listrik akan dimulai. Sementara kontak dekat satu sama lain, busur berjalan di sepanjang jalur lurus antara kontak. Kemudian ketika kontak ditarik lebih jauh, busur mulai menekuk dan berubah menjadi kurva yang curam dan panjangnya menjadi beberapa kali lebih besar dari jarak antara kontak. Lalu akhirnya busur itu menghilang.

Itu tidak masuk akal bagi saya. Seperti yang saya lihat, busur harus mengambil jalur resistensi paling sedikit dan itu jelas jalan lurus, bukan kurva curam. Terlebih lagi, jika busur mengambil jalur melengkung mengapa ia akan menghilang tiba-tiba alih-alih hanya mengambil jalur yang kurang melengkung dari resistensi yang lebih rendah dan terus berjalan?

Mengapa busur berperilaku seperti ini - pertama-tama lebih suka jalan melengkung dan kemudian tiba-tiba menghilang?

switches high-voltage power-engineering sharptooth
sumber
3
Ada banyak jawaban di sini, tetapi fisika mungkin dapat memberikan jawaban yang lebih baik.
Kellenjb

Jawaban:

10

Ini adalah komentar tetapi tautannya terlalu panjang.

Serta apa yang orang lain katakan - lihat " ledakan magnetik " dan kagum. Lebih banyak untuk DC tetapi tentu saja tidak hanya. Sebuah magnet digunakan untuk membelokkan busur sehingga memanjang dan gagal

Dilengkapi bahkan dalam perangkat switching yang sangat kecil dan umum. Banyak dari ini dan ini

masukkan deskripsi gambar di sini

Bahkan Tesla melakukannya :-)

masukkan deskripsi gambar di sini

Hanya bunga - dari sini

PERCOBAAN DENGAN ALTERNASI SAAT INI POTENSI TINGGI DAN FREKUENSI TINGGI.

OLEH NIKOLA TESLA.

SEBUAH ISTIMEWA DIKIRIM SEBELUM PEMULIHAN MESIN LISTRIK, LONDON.
Dengan Potret dan Sketsa Biografis dari Penulis.
NEW YORK: 1892

Russell McMahon
sumber
Wow. Jadi itu tidak tergantung pada konveksi, bukan? Apa yang terjadi jika ada kegagalan pada rangkaian yang menyalakan magnet?
sharptooth
2
@sharptooth - Seperti di atas - ini adalah SEBAGAI konveksi. Lebih banyak menggunakan DC tetapi AC juga. Seringkali magnet permanen dalam sakelar kecil. Dalam sistem tegangan sangat tinggi, busur akan selalu berhenti. Akhirnya :-).
Russell McMahon
1
Tetapi dalam video tidak ada sistem seperti itu, kan?
clabacchio
18

Ada dua fenomena gabungan:

  1. Arus memilih selalu jalur paling resistif, yang tidak harus yang terpendek, karena dapat dengan mudah dibuktikan oleh sirkuit fisik;

  2. Tegangan dan arus tinggi tersebut memiliki efek ionisasi pada udara di sekitarnya (elektron dilepaskan dari atom) yang menyebabkannya menjadi lebih konduktif di daerah di mana arus ini mengalir, tetapi pada saat yang sama juga lebih panas; udara panas ini lebih ringan dari udara dingin di sekitarnya sehingga mulai naik ke atas, tetapi masih meninggalkan jalur "konduktif" di mana arus terus mengalir.

Proses ini berakhir ketika jalur udara yang lebih konduktif menjadi terlalu resistif untuk arus yang cukup mengalir di dalamnya, dan udara terionisasi naik, digantikan oleh udara "normal" dan kurang konduktif, yang tidak cukup konduktif untuk membuat busur. Mungkin busur disebabkan oleh suatu peristiwa, tegangan lebih, atau hanya, seperti dalam salah satu video, objek yang menurunkan resistensi antara dua kontak; ATAU, seperti video dalam contoh, sakelar yang membuka. Ketika busur memudar, itu juga karena peristiwa pemicu ini telah berhenti.

clabacchio
sumber
Mengapa busur itu tiba-tiba menghilang?
sharptooth
Saya percaya itu berhenti karena stasiun hulu memutus daya. Saya pikir jika itu hilang karena peningkatan resistensi, itu akan dimulai lagi pada titik yang lebih rendah (seperti tangga jacob).
W5VO
@ W5VO tetapi jika Anda melihat video yang diposting oleh Nick, tangga berhenti sampai acara baru menyebabkannya dimulai lagi.
clabacchio
1
tampak bagi saya bahwa pada saat pemutusan jalur panjang memadamkan, kesenjangan antara kontak terbuka telah melebar ke titik bahwa 500kV tidak bisa lagi hanya menembus udara biasa di celah.
JustJeff
1
@clabacchio - saya harus tetap pada poin saya. Jalan keluarnya mungkin lebih lama, perulangan di atas kesenjangan seperti halnya, tapi yang jalan terdiri dari panas, udara terionisasi; meskipun jaraknya lebih jauh, itu lebih rendah dalam perlawanan daripada udara dingin di jalur langsung di celah. Jika Anda bermain dengan tegangan tinggi, misalnya transformator neon, Anda harus tahu bahwa Anda selalu dapat mengeluarkan percikan lebih lama dari jarak yang dibutuhkan untuk memukul busur, dan begitu percikan hilang, Anda harus membawa konduktor lebih dekat untuk memulainya lagi.
JustJeff
4

Udara terionisasi pada awalnya dan membentuk busur. Menjadi udara, dan menjadi panas, ia naik.

Udara "terowongan" terionisasi naik dan "pecah" pada titik di mana busur itu dipadamkan.

Oli Glaser
sumber
1
Apakah saklar sebenarnya mengandalkan konveksi untuk melanggar busur?
sharptooth
@sharptooth Dalam hal ini tampaknya :) dan fakta bahwa secara teoritis, ketika arc memudar, kontak terlalu jauh satu sama lain untuk membuat arc
clabacchio
2
@sharptooth - Tidak secara umum, tidak. Video yang diposting adalah kegagalan sistem. Secara umum, sakelar dirancang sedemikian rupa sehingga terbuka dengan sangat cepat, dan pada jarak yang cukup lebar untuk memadamkan ("padam") busur dengan andal dan aman. Sebenarnya ada beberapa saklar daya tinggi yang sengaja membuat jet udara di antara kontak untuk lebih cepat menghentikan busur ketika saklar terbuka.
Connor Wolf
3

Busur mengionisasi udara. Udara memiliki hambatan yang terbatas, sehingga memanas saat arus mengalir melaluinya. Saat memanas, ia menjadi lebih apung dan meningkat. Saat ini hanya mengikuti jalan perlawanan paling sedikit.

Tangga Jacob adalah perangkat efek visual, yang bekerja berdasarkan prinsip ini. Beberapa adegan lab dalam film Frankenstein menampilkannya. Ada beberapa video Tangga Yakub di YouTube ( ini satu ).

EDIT: Lihat dengan seksama di awal percobaan di OP. Anda akan melihat bahwa lengkungan dimulai dengan sesuatu yang terbakar dalam garis horizontal lurus. Ada sebuah konduktor yang terbakar terpisah, dan yang membentuk busur awal (terowongan udara terionisasi).

Nick Alexeev
sumber
Mengapa busur itu tiba-tiba menghilang?
sharptooth
@sharptooth Deskripsi video YouTube di OP Anda mengatakan bahwa busur diambil dari reaktor. Saya tidak yakin apa arti istilah itu dalam sistem transmisi daya, tapi saya kira reaktor itu menyimpan energi sebagai medan magnet. Pada akhir percobaan, energi yang tersimpan dalam reaktor mungkin telah hilang. Para kru mungkin juga memotong pasokan listrik yang memberi makan busur.
Nick Alexeev