Palenie Łuku Elektrycznego

1. Palenie Łuku Elektrycznego Kl. IV TE 1.Daniel Podolak 2. Marcin Stankiewicz 3. Przemysław Stankiewicz 16.12.2009r.

2. Definicja Łuku elektrycznego • Łuk elektryczny – ciągłe wyładowanie elektryczne zazwyczaj w gazie pod ciśnieniem normalnym (atmosferycznym) lub wyższym. Cechą charakterystyczną jest bardzo mały wewnętrzny opór elektryczny. Wyładowanie zachodzi pomiędzy dwiema elektrodami z materiału przewodzącego prąd elektryczny lub między stykami łącznika elektrycznego mechanizmowego w trakcie wyłączania prądu elektrycznego.

3. Zastosowanie Łuku elektrycznego • Łuk elektryczny ma szerokie zastosowanie w technice. Jest źródłem światła. Używa się go w syntezie chemicznej i przy spawaniu elektrycznym. W obszarze łuku elektrycznego gaz jest zjonizowany – stanowi plazmę. Jej temperatura zależy od natężenia prądu, rodzaju elektrod, rodzaju i ciśnienia gazu. Pod ciśnieniem atmosferycznym i przy przepływie prądu 1 A wynosi ona 5000–6000 K (ok. 4720–5720 °C).

4. Łuk elektryczny na niskim napięciu • Ze statystyk wynika, że łuk elektryczny występuje przynamniej raz w przypadku 10% rozdzielni niskiego napięcia. Wyładowania tego typu mogą skutkować zarówno małymi nadpaleniami, jak i zniszczeniem rozdzielni. Skala strat zależy od czasu palenia się łuku, ilości energii pobranej z sieci oraz napięcia sieciowego, przy którym eksploatowana jest rozdzielnia. Różnicę w sile łuku można zaobserwować, porównując na przykład łuk elektryczny przy napięciach znamionowych 420V i 720V .

5. Łuk elektryczny na niskim napięciu

6. Łuk elektryczny na średnim napięciu

7. Sposoby gaszenie Łuku elektrycznego • W praktyce stosuje się najczęściej następujące sposoby gaszenia łuku:1. szybkie / migowe / rozdzielenie się styków – jest stosowane w łącznikach niskiego napięcia na niewielkie prądy;2. wydłużenie łuku przez odpowiednie ukształtowanie styków i wydmuch elektromagnetyczny – stosuje się do większych prądów formując odpowiednio styki opalne, które są często wspomagane dodatkowym wydmuchem elektromagnetycznym przyspieszającym wydłużenie się łuku;3. wydłużenie łuku w przegrodach falistych – stosowane przy wydmuchu elektromagnetycznym gdzie łuk jest przepuszczony przez poprzeczne przegrody z materiałów izolacyjnych dzięki którym jest rozbity na kilka mniejszych ;4. podział łuku na części między płytkami dejonizacyjnimi – nie wydłużają one łuku lecz dzieląc go na kilka mniejszych ułatwiają chłodzenie i przyspieszają zgaszenie, zazwyczaj wykonywane są z miedzi, mosiądzu lub stali;5. chłodzenie łuku w dyszach szczelinowych – polega na wypychaniu łuku do coraz bardziej zwężającej się szczeliny powoduje jego jednoczesne zwężenie i wydłużenie, co w efekcie doprowadza do ochłodzenia i zgaszenia łuku;6. chłodzenie łuku przez wydmuch gazu - stosowane jest najczęściej w łącznikach wysokiego napięcia, stosuje się do tego sprężone powietrze lub sześciofluorek siarki ( SF6);7. chłodzenie łuku w oleju lub w innych cieczach – stosowane powszechnie w łącznikach wysokiego napięcia, natomiast w łącznikach niskonapięciowych jest stosowany rzadko i raczej w łącznikach starszego typu. Polega na tym ,iż w czasie powstania łuku wytwarza się wodór i węglowodór, pobierając w procesie powstawania znaczne ilości ciepła i tym samym chłodząc łuk

8. Działanie Łuku elektrycznego na człowieka • Ciepło łuku elektrycznego działające na ciało człowieka może spowodować w nim zmiany patologiczne nazywane oparzeniem elektrycznym. Wypadkom poparzenia łukiem ulegają głównie elektrycy podczas wykonywania napraw i przeglądów urządzeń. Łuk elektryczny powstaje najczęściej na skutek zwarć w urządzeniach elektrycznych, których przyczyną są zarówno uszkodzenia, jak i błędne postępowanie człowieka. Energia termiczna łuku elektrycznego uszkadza podczas wypadków najczęściej odsłonięte części ciała poszkodowanych lub słabiej chronione przez odzież. Zazwyczaj jest to skóra rąk i twarz poszkodowanych. Groźne są oparzenia łukiem przy urządzeniach elektrycznych o napięciu większym niż 6 kV.

9. Efekty łuku elektrycznego i ochrona przed nim. • Elektryczne zwarcie powodujące powstanie łuku jest absolutnie nieporównywalne z powszechnie zwanym „kopnięciem prądu”. Rozładowanie energii elektrycznej w formie prądu przepływającego przez wrażliwe tkanki ludzkiego ciała, w szczególności nerwy, wywołuje bowiem porażenie, przeżywane jako szok. • Z kolei wyładowanie elektryczne, które jest rezultatem zwarcia przewodów, ma postać łuku wytworzonego w powietrzu. Jest to raczej piorun mikroskopijnej wielkości. • Ogólnie biorąc, łuk elektryczny powstaje wtedy, gdy przewody lub inne elementy urządzeń pozostające pod napięciem nadmiernie zbliżą się do siebie. Natężenie pola elektrycznego jest, jak wiadomo, odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości między przewodami. Zbliżenie elementów przewodzących pozostających pod napięciem powoduje gwałtowny wzrost natężenia pola elektrycznego, które jonizuje cząsteczki powietrza w szczelinie między tymi przewodzącymi elementami.

10. Rezultatem tego zjawiska jest wytworzenie się plazmy w sferze zjonizowanego powietrza. Plazma jako bardzo dobry przewodnik elektryczny o znikomej impedancji (oporności zespolonej) umożliwia przepływ prądu między zbliżonymi przewodami. • Ponieważ natężenie prądu jest ilorazem napięcia i oporności (znane wszystkim prawo Ohma), zatem prąd wyładowania jest olbrzymi. Dlatego powoduje powstanie łuku. • Z potencjalną możliwością powstania łuku elektrycznego mamy do czynienia w przypadku każdego źródła napięcia wyższego niż 50 V*. • Czas trwania łuku to tylko maleńka chwila, ponieważ energia wyładowania bardzo szybko spada na skutek jej zużywania, a następnie rozproszenia. Zużywanie energii powoduje poniższe skutki: a) w pierwszym etapie przed wywołaniem łuku zachodzi zużytkowanie pewnej części energii cieplnej na wywołanie zmiany stanu skupienia powietrza z gazowego na plazmę (rozbicie wiązań cząsteczek, jonizacja i parowanie w obszarze łuku); b) w momencie powstania łuku występuje natychmiastowa emisja fal elektrycznych i elektromagnetycznych w szerokim zakresie częstotliwości, to jest w pasmach fal radiowych, podczerwieni, nadfioletu i najbardziej odczuwalnego pasma widzialnego w postaci błysku; na to zużywa się druga część energii wyładowania; c) trzecia część energii powoduje gwałtowne adiabatyczne rozprężanie, typowy wybuch z uderzeniową falą powietrza i towarzyszącym jej hukiem.

11. Temperatura powstałego łuku jest szacowana na „zaledwie” kilka tysięcy stopni Kelvina. Wartość ta nadal przewyższa wszystkie inne, powszechnie spotykane przez nas w różnych życiowych sytuacjach. Taka temperatura razem z oślepiającym błyskiem, hukiem i emisją fal stwarza potencjalne możliwości spowodowania szkód w organizmie człowieka, znajdującego się w najbliższej sferze. • Pośród nich można wyliczyć: zapalenie, oparzenie, chwilowe oślepienie, zakłócenie słuchu, uraz, wstrząs psychiczny, zranienie. • W obliczu wyżej opisanego niebezpieczeństwa mamy do wyboru przyjęcie trzech strategii postępowania, w celu ochrony pracownika przed skutkami działania łuku elektrycznego wywołanego zwarciem: • Po pierwsze, wyłączyć zasilanie urządzenia energią elektryczną przed podjęciem pracy przy tym urządzeniu. • Druga strategia wynika z faktu, że zagrożenie spowodowania urazu spada wraz z odległością. Dwukrotnie większa odległość pracownika od miejsca pojawienia się łuku oznacza czterokrotnie mniejszą energię rażenia. Jeśli zatem musimy coś wykonać przy ciągle zasilanym urządzeniu, starajmy się być tak daleko, jak to tylko możliwe od elementów pozostających pod napięciem, grożących powstaniem łuku. Oczywiste jest przy tym wskazanie, aby personel, który nie uczestniczy w działaniu, był poza zasięgiem rażenia, w czasie gdy my przy nim pracujemy. Najlepiej wyznaczyć strefę zagrożoną i oznakować ją, pilnując, aby nikt postronny jej nie naruszył. Nawet ten pan w białej koszuli z ważną miną człowieka odpowiedzialnego za bezpieczeństwo całego zakładu... On też musi się trzymać w odległości 5 m od miejsca naszego działania.

12. Trzecia strategia, to odpowiednie ubranie ochronne. Maska na twarzy, rękawice ochronne, również ochronne okrycie zewnętrzne, które można nabyć u wielu dostawców. • John Kay, przedstawiciel Rockwell Automation wyraża opinię, że w sprawach zapobiegania niebezpieczeństwu wystąpienia wyładowania elektrycznego w postaci łuku przedsiębiorstwa przemysłowe mogą i powinny działać w dwóch obszarach. • Jeden z nich to zapobieganie powstaniu wyładowania, drugim jest rozbudowywanie swojego systemu ochrony zdrowia pracowników. Dla osiągnięcia celu powinno się opracować odpowiednie programy zabezpieczeń oraz stosować nowe rozwiązania techniczne umiejscowione w wyposażeniu elektrycznym. Będą one w stanie skierować destrukcyjne oddziaływanie energii wyzwolonej w łuku w inną stronę, z dala od obsługującego personelu, na przykład poprzez elementy ochronne wbudowane w zespoły sterowania pracą silników. • Innymi znanymi sposobami ochrony stosowanymi w elektrycznych układach sterowania silnikami oraz innymi urządzeniami elektrycznymi o znacznej mocy są zabezpieczenia mechaniczne, takie jak: zatrzaski na wszystkich drzwiach, pokrywy ochronne czy automatycznie uruchamiane przesłony; na przykład na czas obecności człowieka w zagrożonej strefie. • Bardziej wyszukane rodzaje zabezpieczeń stosowane są do zdalnego monitorowania stanu technicznego elektrycznego wyposażenia silników. Obserwowanie i diagnozowanie stanu tych urządzeń za pomocą sieci informatycznej pozwala na podjęcie czynności zapobiegawczych po uzyskania informacji o zaistnieniu ryzyka ze strony elektrycznie naładowanych elementów. Takie rozwiązania umożliwiają zapobieganie powstaniu wyładowań, a często nawet usunięcie przyczyny powstania zagrożenia bez konieczności osobistego ingerowania personelu bezpośrednio przy urządzeniu. Dla urządzeń nisko- lub średnio napięciowych, poprzez sieciowe połączenia i współczesne oprogramowanie wizualizacyjno-diagnozujące możliwe jest też usunięcie błędu i zapobieganie wyładowaniom w postaci łuku z każdego miejsca w zakładzie, a nawet z dowolnego miejsca na świecie.  

13. Dziękujemy za Uwagę  Koniec