Hồ quang điện là gì? Tác hại, ứng dụng và cách phòng ngừa

Hồ quang điện có đặc trưng là các tia lửa sáng bắn ra từ các thiết bị điện cọ xát nhau. Hiện tượng này có nguồn gốc từ đâu và liệu có gây hại cho thiết bị điện hay không? Đọc ngày bài viết dưới đây từ BTB Electric để tìm câu trả lời.

Hồ quang điện là hiện tượng gì?

Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực của chất khí dưới áp suất thường hoặc áp suất thấp, nằm giữa 2 điện cực có hiệu điện thế nhỏ. Về bản chất, hồ quang điện là dạng thứ tư của plasma được tạo ra bởi sự trao đổi điện tích liên tục, đi kèm ánh sáng và tỏa nhiệt mạnh.

Dòng electron (và một phần ion âm) là thành phần chính trong dòng điện chạy qua chất khí giữa hai cực, đi từ cathode đến anode. Các electron và ion âm va đập vào anode và làm nóng lên, đạt nhiệt độ tới 3500 độ C. Lúc này anode phát sáng mạnh và tỏa nhiệt, khiến hầu hết vật liệu xung quanh bị nóng chảy, thậm chí bay hơi. Sau đó anode lõm vào làm mạch điện bị nối tắt. Ngược lại các ion dương đập vào cathode cũng làm cho cathode nóng đỏ và phát xạ nhiệt electron. Trong khi đó, cường độ dòng điện trong mạch sẽ khá lớn, lên tới hàng chục ampe khi mà hiệu điện thế thấp.

Hồ quang điện xuất hiện khi các thiết bị đóng ngắt điện hoạt động như MCB, MCCB, RCBO hay ACB. Mỗi thiết bị có phương pháp dập tắt hồ quang khác nhau như chia vách ngăn hoặc dùng năng lượng bên ngoài.

Điều kiện sản sinh và dập tắt hồ quang điện

Hai điều kiện để sản sinh hồ quang điện:

• Hai điện cực nóng đỏ tới ngưỡng phát nhiệt electron.
• Tạo điện trường đủ mạnh giữa hai điện cực để ion hóa không khí và tạo tia lửa điện.

Trường hợp tiếp điểm có dòng điện bé và khoảng cách ban đầu giữa các tiếp điểm rất nhỏ. Khi đặt điện áp vào sẽ sinh ra điện trường cường độ lớn tại khoảng không giữa các điện cực. Sau đó sẽ xảy ra hiện tượng điện tử từ cathode bật ra, gọi là phát xạ tự động điện tử hay phát xạ điện nguội. Khi số điện tử tăng dần, dưới tác dụng của điện trường sẽ gây ion hóa không khí, tạo nên hiện tượng hồ quang điện. 

Trường hợp tiếp điểm có dòng điện lớn, việc sản sinh hồ quang điện sẽ phức tạp hơn. Khi mở các tiếp điểm, số tiếp điểm tiếp xúc để dòng điện đi qua khá ít. Mật độ dòng điện có thể tăng nhanh đáng kể lên tới hàng chục nghìn A/cm2 nên tại vị trí tiếp điểm, nhiệt độ của cầu chất lỏng sẽ tăng rất nhanh. Sau đó chất lỏng bốc hơi và giữa hai tiếp điểm sẽ xuất hiện hồ quang điện. 

Để dập tắt hồ quang điện cần đảo ngược các điều kiện khi sản sinh:

• Kéo dài hồ quang bằng cách dùng vách ngăn chia nhỏ rồi dập tắt.
• Hạ thấp nhiệt độ của hồ quang bằng cách dùng hơi khí hoặc dầu để làm nguội.
• Sử dụng năng lượng từ hồ quang hoặc năng lượng khác để dập tắt. 
• Tiêu thụ năng lượng của hồ quang bằng cách mắc điện trở shunt trip.

Tác hại mà hồ quang điện gây ra

Đã có rất nhiều tai nạn do hồ quang điện gây ra với con người. Khi mắt người nhìn vào tia hồ quang có thể làm chết các tế bào niêm mạc mắt, là nguyên nhân của đau mắt hàn. Hoặc nếu bị tia hồ quang bắn lên da có thể làm chết tế bào da lớp ngoài, gây bong da. 

Hiện tượng phóng hồ quang ở cường độ cao có thể làm hao mòn, phá hủy thiết bị điện và dừng các hoạt động sinh hoạt, sản xuất. Có trường hợp tia hồ quang gây cháy nổ, hỏa hoạn làm thiệt hại về kinh tế và nguy cơ ảnh hưởng tới con người.

Ứng dụng thực tế của hồ quang điện

Hồ quang điện có nhiệt độ cao và quá trình sản sinh nhanh nên có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật điện. Cặp điện cực có nhiệt độ cao rất lý tưởng để làm hàn điện với một điện cực là que hàn, điện cực của hồ quang là kim loại cần hàn. Que hàn nóng chảy nhờ nhiệt độ cao và lấp đầy mối hàn. Trong quy mô lớn hơn, hồ quang là thành phần quan trọng trong luyện thép, hàn điện, luyện phôi, nấu kim loại,…

Cách phòng tránh hiện tượng hồ quang điện

Áp dụng quy trình sử dụng thiết bị điện an toàn, đúng kỹ thuật sẽ làm giảm rủi ro phát sinh hồ quang điện. Cụ thể một số biện pháp phòng ngừa hiện tượng này là:

• 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 các phương pháp dập tắt hồ quang điện.
• 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 bảo hộ lao động khi vận hành hệ thống điện như găng tay, mặt nạ, mũ, quần áo.

Hồ quang điện vừa gây hại nhưng vừa có nhiều ứng dụng quan trọng trong sản xuất công nghiệp. Việc sử dụng tia hồ quang đúng cách sẽ giúp tránh được rủi ro và tăng được hiệu quả công việc. Tìm hiểu thêm về các hiện tượng điện khác qua các bài viết có trên website BTB Electric.