Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
EuroPol
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Dlaczego w łączniku iskrzy?

michcz 22 Lis 2015 14:43 4431 61
  • #1 22 Lis 2015 14:43
    michcz
    Poziom 10  

    Witam,

    pytanie trochę dziwne, zadane przez jednego z wykładowców na PWr.

    Mianowicie: "Dlaczego w łączniku oświetlenia dochodzi do zapłonu łuku zawsze przy wyłączaniu oświetlenia (żarówki), a nie przy załączaniu również."

    Moja odpowiedź na to pytanie była następująca: że nawet takie urządzenie jak żarówka, ma pewną indukcyjność, więc rozłączając obwód z indukcyjnością może zapalić się łuk (indukcyjność rozładowuje się na łuku).

    Koncepcja została zanegowana. Prowadzący powiedział, że żarówka jest elementem czysto rezystancyjnym i jego indukcyjność wynosi ZERO.

    No więc nie wiem. Ma ktoś może jakiś pomysł na tę zagwozdkę?

    0 29
  • EuroPro
  • #2 22 Lis 2015 14:54
    WojcikW
    Poziom 38  

    Niestety, indukcyjność żarówki nie wynosi zero, indukcyjność przewodów również nie wynosi zero.

    0
  • EuroPro
  • #3 22 Lis 2015 15:39
    JWitek
    Poziom 22  

    Łuk nie powstaje przy załączaniu, gdyż napięcie sieci nn jest zbyt niskie by wystąpił przeskok przy zbliżaniu sie styków. Prąd zaczyna płynąć praktycznie dopiero przy zetknięciu się styków.

    0
  • #4 22 Lis 2015 15:52
    WojcikW
    Poziom 38  

    Czy wg Ciebie drgania styków występują tylko przy wyłączaniu?

    0
  • #5 22 Lis 2015 15:57
    zbich70
    Specjalista elektryk

    WojcikW napisał:
    Czy wg Ciebie drgania styków występują tylko przy wyłączaniu?

    Sory, niedokładnie przeczytałem post tytułowy.
    Uznałem, że Autor pyta dlaczego styki iskrzą podczas załączania obwodu.

    Skoro jednak dotyczy rozłączania to Autorowi należy się wyjaśnienie, że prąd płynący metalem, po przerwaniu tegoż metalicznego połączenia ma "chęć" nadal płynąć.
    Więc mimo przerwania połączenia metalicznego popłynie także przez powietrze - czyli łuk elektryczny.

    0
  • Pomocny post
    #6 22 Lis 2015 16:15
    Darom
    Specjalista elektryk

    Witam

    michcz napisał:
    Koncepcja została zanegowana. Prowadzący powiedział, że żarówka jest elementem czysto rezystancyjnym i jego indukcyjność wynosi ZERO.
    Wykładowca miał rację - indukcyjność żarówki jest pomijalnie mała - przynajmniej dla tego procesu. Liczy się indukcyjność całej pętli zasilającej - nie tylko samej instalacji w domu. Kiedyś robiłem pomiary przepięć generowanych przez instalację w trakcie wyłączania prądu zwarciowego przez bezpiecznik topikowy. Udział energii zmagazynowanej w samej instalacji to niecała połowa całej wyzwolonej energii.

    pzdr
    -DAREK-

    0
  • #7 22 Lis 2015 16:41
    WojcikW
    Poziom 38  

    Darom napisał:
    ...Wykładowca miał rację - indukcyjność żarówki jest pomijalnie mała - przynajmniej dla tego procesu...
    Nieprawda, wystarczy zobaczyć co się dzieje gdy rozłączymy żarówkę 12V od akumulatora podłączoną na 5cm przewodach. Ani napięcie wysokie ani duża indukcyjność pętli zasilającej. Sama niewielka indukcyjność żarówki będzie przyczyną iskrzenia przy wyłączaniu. Wiadomu czym większy prąd wyłączany i większa indukcyjność obwodu tym gorzej (większa iskra).

    0
  • #8 22 Lis 2015 17:10
    michcz
    Poziom 10  

    WojcikW napisał:
    Darom napisał:
    ...Wykładowca miał rację - indukcyjność żarówki jest pomijalnie mała - przynajmniej dla tego procesu...
    Nieprawda, wystarczy zobaczyć co się dzieje gdy rozłączymy żarówkę 12V od akumulatora podłączoną na 5cm przewodach. Ani napięcie wysokie ani duża indukcyjność pętli zasilającej. Sama niewielka indukcyjność żarówki będzie przyczyną iskrzenia przy wyłączaniu. Wiadomu czym większy prąd wyłączany i większa indukcyjność obwodu tym gorzej (większa iskra).



    Ale akumulator daje napięcie stałe! Nie ma mowy o żadnym wpływie indukcyjności, bo przy wymuszeniu napięciem stałym elementy indukcyjne są po prostu zwarciem, ewentualnie małą rezystancją. Iskrzenie w tym przypadku będzie spowodowane kiepskim stykiem, zatem i miejscem w którym wydzieli się trochu I^2R.



    Cytat:
    Skoro jednak dotyczy rozłączania to Autorowi należy się wyjaśnienie, że prąd płynący metalem, po przerwaniu tegoż metalicznego połączenia ma "chęć" nadal płynąć.
    Więc mimo przerwania połączenia metalicznego popłynie także przez powietrze - czyli łuk elektryczny.


    No dobra, ale skoro żarówka jest czysto rezystancyjna, to prąd zgodnie z prawami elektrotechniki, nie ma prawa mieć chęci dalej płynąć, bo skoro odcinam napięcie, to w tym samym czasie prąd skokowo powinien maleć do zera (prawa komutacji).

    Cytat:
    Liczy się indukcyjność całej pętli zasilającej - nie tylko samej instalacji w domu. Kiedyś robiłem pomiary przepięć generowanych przez instalację w trakcie wyłączania prądu zwarciowego przez bezpiecznik topikowy. Udział energii zmagazynowanej w samej instalacji to niecała połowa całej wyzwolonej energii.


    Hmmm, ciekawa koncepcja.

    0
  • #9 22 Lis 2015 17:19
    JWitek
    Poziom 22  

    Indukcyjność ułatwia zapłon łuku i zwieksza jego stabilność, jednak nie jest niezbędna. W obwodzie z czystą rezystancją łuk także powstaje. Po prostu w pierwszej fazie rozłączania pojawia się zwiekszony opór zestyku, wydziela sie moc nagrzewająca punkt styku i rośnie temperatura tego punktu. Dzięki temu jest możliwość termoemisji (elektronów) gdy styki sie już rozejdą.
    W przypadku prądu stałego o napieciu 200-300V już prąd rzędu 0,5A daje uciążliwy łuk. A nikt chyba nie twierdzi, że w pomijalnej inducyjności takiego obwodu (zasilacz 300V i żarówka 100W) energia zmagazynowana w indukcyjności ma jakieś znaczenie. Gdybyśmy w sieci mieli 220V nap. stałego, to wyłączenie 200 watowego żyrandola typowym łącznikiem klawiszowym skończyłoby się pożarem.

    Poza tym iskrzenie styków nie zawsze zasługuje na nazwanie łukiem. Zwiekszona rezystancja styku przy jego zwieraniu lub otwieraniu generuje ciepło dające rozbryzgi stopionego metalu. Ale to nie łuk. Takie iskrzenie zachodzi przy załączaniu i wyłączaniu nawet niskonapięciowej (12V) żarówki. Przy załączaniu jest nawet wyraźniejsze, bo mamy uderzenie prądu zimnej żarówki.

    2
  • #10 22 Lis 2015 17:22
    WojcikW
    Poziom 38  

    michcz napisał:
    ...Ale akumulator daje napięcie stałe! Nie ma mowy o żadnym wpływie indukcyjności, bo przy wymuszeniu napięciem stałym elementy indukcyjne są po prostu zwarciem, ewentualnie małą rezystancją. Iskrzenie w tym przypadku będzie spowodowane kiepskim stykiem, zatem i miejscem w którym wydzieli się trochu I^2R.
    ...
    To może dasz przykład nie "kiepskiego styku", który spowoduje że nie będzie iskrzenia przy wyłączaniu żarówki lub silnika elektrycznego od akumulatora 12V.
    JWitek napisał:
    ... W obwodzie z czystą rezystancją łuk także powstaje...
    Nie ma rzeczywistego obwodu z czystą rezystancją, gdyby taki był to łuku prawie by nie było (byłby mniejszy niż przy załączaniu, bo przy załączaniu nie ma odbijania styków). Łuk jest z powodu wysokiego napięcia spowodowanego energią zgromadzoną w indukcyjności.

    0
  • #12 22 Lis 2015 17:49
    JWitek
    Poziom 22  

    WojcikW napisał:

    JWitek napisał:
    ... W obwodzie z czystą rezystancją łuk także powstaje...
    Nie ma rzeczywistego obwodu z czystą rezystancją, gdyby taki był to łuku by nie było. Łuk jest z powodu wysokiego napięcia spowodowanego energią zgromadzoną w indukcyjności.


    Aby indukcyjność miała wyraźny wpływ na powstawanie łuku w obwodzie, indukowane w niej napięcie musi być porównywalne z napięciem zasilającym. W przypadku opornika pobierającego 0,5A ze źródła 300V, wyindukowanie napięcia 300V w indukcyjności 1mikroH (metr przewodu) wymagało by zanikania prądu w czasie ok. 1,5 nanosekundy. Nic już nie mówiąc o zasilaczu 1000V i oporniku pobierającym 0,1A (bardzo ładny łuk...)
    Ktoś wierzy w zanikanie prądu z taką szybkością?

    0
  • #13 22 Lis 2015 18:18
    WojcikW
    Poziom 38  

    JWitek napisał:
    ...Ktoś wierzy w zanikanie prądu z taką szybkością?
    To nie jest kwestia wiary, tylko kwestia znajomości elektrotechniki.

    0
  • #14 22 Lis 2015 18:25
    Darom
    Specjalista elektryk

    WojcikW napisał:
    Nieprawda, wystarczy zobaczyć co się dzieje gdy rozłączymy żarówkę 12V od akumulatora podłączoną na 5cm przewodach. Ani napięcie wysokie ani duża indukcyjność pętli zasilającej. Sama niewielka indukcyjność żarówki będzie przyczyną iskrzenia przy wyłączaniu.


    Dzisiaj niedziela i nie chce mi się szukać żarówki 12V, aby zrobić pomiar jej indukcyjności. Przypuszczam, że 12V żarówka nie będzie miała więcej niż kilkadziesiąt nH. Więc nie jest to indukcyjność, która miałaby ilościowy wpływ na zaobserwowane zjawisko. A resztę już wyjaśnił do końca kolega Witek.

    pzdr
    -DAREK-

    0
  • #15 22 Lis 2015 18:33
    kozi966
    Moderator- Elektryka Instalacje i Sieci

    Proszę się zapoznać ze stanami nieustalonymi w obwodach elektrycznych.
    Dwa prawa komutacji.

    Słowo klucz: Obwód.
    Żarówka jest elementem obwodu, odbiornikiem, w zasadzie niestotnym z punktu widzenia obwodu RLC samodzielnie w tak zadanym pytaniu.

    0
  • #17 22 Lis 2015 22:05
    Świr
    Poziom 34  

    Nie no... Czytam te posty, i kombinujecie na około ;) Moim zdaniem odpowiedź jest dużo dużo prostsza.
    Mianowicie styki rozłączając się zwiększają odległość od siebie. Powietrze można "przebić" elektrycznie. Kiedy styki zaczynają zwiększać odległość pomiędzy sobą, na początku jest ona na tyle mała, że powietrze może się zjonizować. Jak się zjonizuje zapala się łuk. A łuk elektyczny można "rozciągnąć" (patrz drabina Jakuba). A dopiero przy elementach indukcyjnych czy pojemnościowych ten łuk jest bardziej widoczny.

    3
  • #18 22 Lis 2015 22:25
    kozi966
    Moderator- Elektryka Instalacje i Sieci

    Świr napisał:
    Kiedy styki zaczynają zwiększać odległość pomiędzy sobą, na początku jest ona na tyle mała, że powietrze może się zjonizować.


    Na początku jest równa zero.
    Potem rośnie.

    32 kV/centymetr
    3,2kV/milimetr
    3,2V/mikrometr

    320V ~ 10 mikrometrów. (ktoś wie dlaczego akurat 320V?)

    I teraz proszę sobie przekalkulować czas rozłączenia takiego styku do tej odległości i czas w jakim ma szanse się znaleźć przebieg napięcia w tym miejscu.

    W takim wypadku jak kolega opisuje, styki by iskrzyły przy załączaniu jak i wyłączaniu.
    Jeżeli sytuacja ma miejsce tylko i wyłączenie przy rozłączaniu, to wpierw musi istnieć jakaś energia która nie pozwoli na wyłączenie obwodu ze stanu 1 do stanu 0 bez przejścia.

    0
  • #19 22 Lis 2015 22:29
    Świr
    Poziom 34  

    kozi966 napisał:
    ktoś wie dlaczego akurat 320V


    Przestań z takimi pytaniami :P 230*1,41. A uścislając to √3. Człowiek się odłubał w przetwornicach impulsowych (a i chodził na elektrotechnikę całe dwa lata) :P

    kozi966 napisał:
    takim wypadku jak kolega opisuje, styki by iskrzyły przy załączaniu jak i wyłączaniu.


    Nie mamy informacji co się dzieje przy załączaniu obwodu.
    Co do reszty się zgadzam.

    0
  • #20 22 Lis 2015 22:34
    kozi966
    Moderator- Elektryka Instalacje i Sieci

    Pytanie prowadzącego było takie:

    michcz napisał:
    Dlaczego w łączniku oświetlenia dochodzi do zapłonu łuku zawsze przy wyłączaniu oświetlenia (żarówki), a nie przy załączaniu również

    0
  • #21 22 Lis 2015 22:39
    CYRUS2
    Poziom 35  

    kozi966 napisał:
    Proszę się zapoznać ze stanami nieustalonymi w obwodach elektrycznych.
    Żarówka jest elementem obwodu, odbiornikiem, w zasadzie niestotnym z punktu widzenia obwodu RLC samodzielnie w tak zadanym pytaniu.
    Masz rację, to stratny obwód RLC, podobnie jak obwód RL w żarówce to obwód o pomijalnej dobroci.
    Żaden z kolegów nie oblicza stanów nieustalonych.
    michcz napisał:
    Mianowicie: "Dlaczego w łączniku oświetlenia dochodzi do zapłonu łuku zawsze przy wyłączaniu oświetlenia (żarówki), a nie przy załączaniu również."
    Rozwiązanie i odpowiedź jest w książce amerykańskiej którą kolega Darek także posiada.
    Przy załączaniu mamy łuk w gazie - w powietrzu.
    Minimalne napięcie do powstania luku w gazie wynosi 320V przy przerwie 0,0076um .
    74 mikronów = zwarcie ,iskry nie widać.
    Przy rozłączaniu obwodu następuje inny rodzaj wyładowania – typu metal-para, inaczej wyładowanie lukowe.
    Do zainicjowania tego wyładowania jest potrzebne napięcie 12-18V. Dalej istnieje prąd podtrzymania łuku, rzędu 400mA. Taki łuk trwa do momentu sporej przerwy zrywającej warunki istnienia łuku. (tak działa spawarka).
    Podsumowując pytanie bardzo trudne - z fizyki, nie z elektryki.
    To wysokie napięcie do zainicjowania wylądowania w gazie sam obserwowałem na generatorze wysokiego napięcia który posiadam. Mogę na nim ustawić napięcie stałe 0-10kV.
    Na studiach uczyli, że napięcie przebicia w powietrzu wynosi 1kV/mm.
    Okazało się że to nie jest prawda. Przy napięciu 1kV przy przerwie 0,1mm przebicie nie występuje.

    0
  • #22 22 Lis 2015 22:42
    Świr
    Poziom 34  

    Tej części

    michcz napisał:
    a nie przy załączaniu również.


    domyślam się przy rozszyfrowywaniu, ale napisałem że zgadzam się z:

    kozi966 napisał:
    musi istnieć jakaś energia która nie pozwoli na wyłączenie obwodu ze stanu 1 do stanu 0 bez przejścia.


    Ale można też założyć, że styki zbliżają się do siebie z na tyle dużą prędkością, że łuk elektryczny może się nie zdążyć zapalić. W sumie kiedy są w odległości od siebie pozwalającej na przebicie powietrza musi ta sytuacja nastąpić. Chyba że załączenie występuje podczas przechodzenia sinusoidy przez zero.
    A teoretyzując - ciekawe jak wyglądałby proces jonizacji powietrza kiedy załączenie trafi na moment opadania sinusoidy w punkcie np. 10V?

    0
  • #23 22 Lis 2015 23:00
    CYRUS2
    Poziom 35  

    Świr napisał:
    A teoretyzując - ciekawe jak wyglądałby proces jonizacji powietrza kiedy załączenie trafi na moment opadania sinusoidy w punkcie np. 10V?
    Przeczytaj po przedni post. 10V to za małe nanpięcie na obydwa typy wyładowania.

    0
  • #24 22 Lis 2015 23:01
    Świr
    Poziom 34  

    Tak, wiem - wysłałeś post kiedy ja smarowałem swój. Doczytałem już.

    0
  • #26 22 Lis 2015 23:36
    CYRUS2
    Poziom 35  

    Dlatego, że uczyłeś się w innych latach i w innym gmachu PW.
    Jak ja się uczyłem to nikt kalkulatora nawet na oczy nie widział.

    0
  • #27 23 Lis 2015 10:16
    WojcikW
    Poziom 38  

    CYRUS2 napisał:
    ...
    Jak ja się uczyłem to nikt kalkulatora nawet na oczy nie widział.

    Na kierunkach elektrycznych politechnik badania właściwości izolacyjnych powietrza zawsze były. Poniżej objaśnienia do ćwiczeń datowane na 1929/1930r:
    http://bcpw.bg.pw.edu.pl/Content/4575/kdlwn.pdf

    0
  • #28 23 Lis 2015 17:15
    Janusz Pawelec
    Poziom 11  

    Witam. Strasznie rozwlekła ta dyskusja na prosty temat. Kol. Świr jasno i prawidłowo wyjaśnił mechanizm powstawania łuku. Indukcyjność obwodu w tym przypadku jest pomijanie mała i nie ma żadnego wpływu na to zjawisko.

    0
  • #29 23 Lis 2015 18:42
    CYRUS2
    Poziom 35  

    Janusz Pawelec napisał:
    Witam. Strasznie rozwlekła ta dyskusja na prosty temat. Kol. Świr jasno i prawidłowo wyjaśnił mechanizm powstawania łuku. Indukcyjność obwodu w tym przypadku jest pomijanie mała i nie ma żadnego wpływu na to zjawisko.

    Tłumacz takim ludziom,a oni nie kumają - kol.Świr w poście #18 błędnie wyjaśnił.

    0
  • #30 23 Lis 2015 21:20
    pawlik118
    Poziom 23  

    Ale się wszyscy uczepili indukcyjności, czy ona jest potrzebna do powstania iskry? Wiadomo, że każda indukcyjność pomaga w podtrzymaniu iskry, ale gdy L=0, to przy rozłączaniu styku płynący prąd podtrzymuje tę iskrę. Iskra to zjonizowany gaz który jest zwyczajnie przewodnikiem.
    Zauważcie, że dla bezpieczników definiuje się maksymalny prąd zwarciowy jaki mogą rozłączyć, a nie indukcyjność w obwodzie.

    3