Hồ quang điện là hiện tượng phóng tia lửa điện xảy ra ở dòng điện nhỏ nên các thiết bị đóng ngắt thông thường rất khó để phát hiện. Khi đó, hồ quang điện có điều kiện phát sinh thành đám cháy, tiềm ẩn nguy hiểm cho con người và thiết bị. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích chi tiết về các điều kiện tạo ra hồ quang điện và cách phòng ngừa hiệu quả.
Hồ quang điện là gì?
Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí dưới áp suất thường hoặc áp suất thấp giữa 2 điện cực có hiệu điện thế nhỏ. Thực tế, đây là một dạng plasma tạo ra bởi sự trao đổi điện tích liên tục, đi kèm tỏa ánh sáng và nhiệt lượng mạnh.
Dòng điện chạy qua chất khí giữa 2 cực chủ yếu là dòng electron (và một phần ion âm), đi từ cathode tới anode. Các electron và ion âm va chạm với anot khiến anot nóng lên tới ngưỡng 3.500 độ C. Lúc này, anot phát sáng mạnh, nóng chảy, thậm chí là bay hơi. Sau đó, anot lõm vào khiến mạch điện bị nối tắt. Ngược lại, ion dương khi va chạm với cathode sẽ khiến cathode nóng đỏ và phát xạ nhiệt electron. Chất khí giữa 2 cực dưới tác động của nhiệt độ cao sẽ bị ion hóa và dẫn điện tốt, làm cho điện trở của khí trong hồ quang giảm xuống giá trị rất nhỏ, trong khi đó, cường độ dòng điện trong mạch lại ở mức khá lớn, có thể đạt đến hàng chục ampe.
Tia hồ quang rất mạnh, có thể ảnh hưởng đến các tế bào niêm mạc mắt hoặc làm bong da mặt khi tiếp xúc. Tuy nhiên, hồ quang điện cũng được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật, điển hình như hàn điện.
Tác hại của hồ quang điện
Thực tế, hồ quang điện mới là nguyên nhân chính gây ra các vụ cháy điện, ảnh hưởng lớn đến hệ thống và con người.
Ảnh hưởng đến thiết bị điện
Phóng hồ quang có thể khiến dây dẫn bị nóng chảy ngay lập tức, kéo theo sự hỏng hóc ở các thiết bị điện liên quan. Nguyên nhân chính là do sự thay đổi đột ngột về điện áp, dòng điện khiến nhiệt độ tại khu vực xảy ra hồ quang điện tăng cao, có nguy cơ cháy lan tới các dây dẫn khác.
Thường khi hồ quang điện xảy ra, hệ thống phải thay mới toàn bộ hệ thống dây dẫn hoặc thiết bị điện hỏng hóc, rất tốn kém về chi phí cũng như gián đoạn thời gian sản xuất, sinh hoạt.
Ảnh hưởng tới con người
Nếu không có thiết bị bảo hộ, việc tiếp xúc với hồ quang điện rất dễ làm đau mắt hàn, bong da mặt. Trường hợp hồ quang phát triển thành đám cháy nổ, hỏa hoạn có thể ảnh hưởng đến tính mạng con người.
Điều kiện phát sinh và dập tắt hồ quang điện
Để dập tắt hoàn toàn hồ quang điện, bạn cần tìm được nguyên nhân khởi phát hiện tượng này.
Điều kiện phát sinh
Có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng hồ quang điện, như:
- Tiếp điểm lỗi do quá tải, quá áp, mối nối không chắc chắn hoặc vận hành trong môi trường rung lắc mạnh.
- Cáp đứt ngầm, mài mòn, lão hóa, bị gập gãy.
- Cáp bị hỏng do khoan đục vào tường, chuột cắn dây...
Trường hợp tiếp điểm có dòng điện nhỏ, khi điện áp đặt vào có trị số nhất định sẽ sinh ra điện trường có cường độ lớn trong khoảng không gian hẹp giữa các tiếp điểm, tạo ra hiện tượng phát xạ tự động điện tử (hay phát xạ điện nguội). Khi số điện tử tăng dần, dưới tác động của điện trường làm ion hóa không khí, hồ quang điện sẽ xảy ra.
Trường hợp tiếp điểm có dòng điện lớn, quá trình phát sinh hồ quang thường phức tạp hơn. Theo đó, khi tiếp điểm mở, lực ép giữa các tiếp điểm có trị số nhỏ nên số điểm tiếp xúc để dòng điện đi qua ít. Trong khi mật độ dòng điện có thể tăng lên hàng chục nghìn A/cm2 khiến nhiệt độ của cầu chất lỏng tại tiếp điểm cũng tăng lên, dần dần bốc hơi và kéo theo hồ quang xuất hiện giữa 2 tiếp điểm.
Quá trình dập tắt
Để dập tắt hồ quang điện hiệu quả, cần đảo ngược các điều kiện sản sinh ban đầu, ví dụ:
- Hạ thấp nhiệt độ hồ quang bằng hơi khí hoặc dầu làm nguội.
- Kéo dài hồ quang bằng vách ngăn chia thành nhiều phần nhỏ rồi thổi khí dập tắt.
- Sử dụng năng lượng của hồ quang hoặc năng lượng khác để dập tắt.
- Tiêu thụ năng lượng hồ quang bằng cách mắc điện trở Shunt trip.
Cách phòng ngừa hiện tượng hồ quang điện
- Tính toán kỹ lưỡng các phụ tải có trong hệ thống để tránh tình trạng quá tải xảy ra.
- Điều khiển từ xa các thiết bị có thể sản sinh hồ quang điện lớn.
- Khử năng lượng trên thiết bị điện tiếp xúc với con người.
- Sử dụng phương pháp dập tắt hồ quang phù hợp với từng hệ thống.
- Sử dụng vật liệu chất lượng để tăng tuổi thọ thiết bị điện.
- Tích hợp module cảm biến cảnh báo trên các thiết bị đóng cắt, buồng dập hồ quang hạ thế.
- Trang bị thiết bị phát hiện và bảo vệ hồ quang chuyên dụng để ngăn ngừa sự cố từ giai đoạn sớm, ví dụ AFDD của BTB Electric - thiết bị tích hợp 5 chức năng bảo vệ gồm: chống hồ quang, chống ngắn mạch, chống quá tải, quá điện áp và chống dòng rò.
Ứng dụng của hồ quang điện
Hồ quang điện tạo ra nhiệt lượng cao nên các nhà khoa học đã tìm cách tận dụng ưu điểm này để ứng dụng trong hàn điện. Một cực của hồ quang điện chính là tấm kim loại cần hàn, cực còn lại chính là que hàn. Do nhiệt độ cao giữa 2 cực, que hàn nóng chảy và lấp đầy mối hàn.
Ở quy mô lớn hơn, hồ quang còn được ứng dụng trong các lò luyện phôi nhiệt, nấu kim loại...
Công nghệ hồ quang điện
Hàn hồ quang điện chính là công nghệ hàn phổ biến nhất hiện nay, dùng để nối hoặc tháo rời các chi tiết bằng nguồn nhiệt, nguồn nhiệt này chính là hiện tượng hồ quang điện.
Trong công nghệ hàn hồ quang điện, hồ quang tập trung trên 1 điểm của vật hàn. Dưới tác động của nhiệt lượng lớn, vật hàn sẽ dễ dàng bị nóng chảy tức thì. Nhiệt lượng này không truyền rộng nên sự biến dạng của vật hàn không trầm trọng như hàn khí.
Câu hỏi thường gặp về hồ quang điện
Câu hỏi 1: Hồ quang điện có nguy hiểm không?
Trả lời: Hồ quang điện là nguyên nhân chính gây ra cháy nổ điện. Thế nhưng các thiết bị đóng cắt thông thường lại không thể phát hiện hồ quang ở giai đoạn khởi phát. Do đó, hồ quang có điều kiện để phát triển thành đám cháy, tiềm ẩn nguy cơ hỏa hoạn và cháy nổ, rất nguy hiểm đến con người.
Câu hỏi 2: Hồ quang điện có thể phát hiện được không?
Trả lời: Có. Hồ quang điện có thể được phát hiện từ giai đoạn sớm bởi thiết bị chống hồ quang chuyên dụng như AFDD. Đây là thiết bị có khả năng phân biệt hồ quang thông thường và hồ quang nguy hiểm để đóng cắt mạch điện, nhằm ngăn chặn hiện tượng đánh tia lửa điện lan rộng.
