Hồ Quang Điện Là Gì? Nguyên Nhân Hình Thành, Tác Hại Và Ứng Dụng Trong Công Nghiệp

1. Giới thiệu về hồ quang điện

Trong lĩnh vực điện – điện tử và công nghiệp, hồ quang điện là một hiện tượng vừa có lợi trong sản xuất, vừa nguy hiểm nếu không được kiểm soát đúng cách. Hiện tượng này xuất hiện khi dòng điện phóng qua không khí hoặc môi trường cách điện, tạo ra ánh sáng chói, nhiệt độ cực cao và năng lượng lớn.

Hồ quang điện có mặt trong nhiều lĩnh vực như hàn điện, đóng cắt thiết bị điện, luyện kim, nhưng cũng là nguyên nhân gây ra cháy nổ, tai nạn điện nghiêm trọng nếu xảy ra ngoài ý muốn.

2. Hồ quang điện là gì?

Hồ quang điện (Electric Arc) là hiện tượng phóng điện mạnh giữa hai điện cực có hiệu điện thế đủ lớn, khi môi trường cách điện (thường là không khí) bị ion hóa, cho phép dòng điện chạy qua.

Đặc điểm chính của hồ quang điện:

• Ánh sáng rất mạnh

• Nhiệt độ cực cao (có thể lên đến 6.000 – 10.000°C)

• Phát ra tia tử ngoại (UV) và bức xạ nhiệt

• Có thể duy trì dòng điện liên tục

3. Nguyên lý hình thành hồ quang điện

Hồ quang điện hình thành khi hội tụ đủ 3 yếu tố:

3.1. Hiệu điện thế đủ lớn

Khi điện áp giữa hai điện cực vượt ngưỡng chịu đựng của môi trường cách điện, không khí bị đánh thủng.

3.2. Khoảng cách điện cực đủ nhỏ

Khoảng cách càng nhỏ thì khả năng phóng điện càng cao.

3.3. Có nguồn phát điện liên tục

Nguồn điện duy trì dòng điện giúp hồ quang tồn tại ổn định.

Quá trình hình thành:

1. Không khí bị ion hóa

2. Electron tự do tăng nhanh

3. Dòng điện phóng qua khe hở

4. Nhiệt sinh ra làm ion hóa mạnh hơn

5. Hồ quang được duy trì liên tục

4. Đặc điểm kỹ thuật của hồ quang điện

• Nhiệt độ rất cao: Nóng hơn bề mặt Mặt Trời

• Ánh sáng mạnh: Có thể gây mù mắt tạm thời hoặc vĩnh viễn

• Âm thanh lớn: Nổ lách tách hoặc tiếng rít

• Áp suất cao: Có thể gây văng kim loại nóng chảy

• Khả năng phá hủy vật liệu: Làm cháy, nóng chảy kim loại

5. Phân loại hồ quang điện

5.1. Hồ quang điện có kiểm soát

Được sử dụng có chủ đích trong:

• Hàn hồ quang tay (SMAW)

• Hàn TIG, MIG

• Lò hồ quang điện luyện thép

• Đèn hồ quang

5.2. Hồ quang điện không kiểm soát

Xảy ra ngoài ý muốn:

• Đóng cắt aptomat, cầu dao

• Chập điện

• Tiếp xúc kém

• Đứt dây điện cao áp

Đây là loại nguy hiểm, cần được phòng tránh.

6. Ứng dụng của hồ quang điện trong thực tế

6.1. Trong hàn điện

Hồ quang điện được dùng để:

• Làm nóng chảy kim loại

• Kết dính các chi tiết kim loại

• Tạo mối hàn bền chắc

Các phương pháp hàn phổ biến:

• Hàn hồ quang tay

• Hàn TIG

• Hàn MIG/MAG

6.2. Trong luyện kim

Lò hồ quang điện:

• Nấu chảy thép phế liệu

• Kiểm soát thành phần kim loại

• Tiết kiệm năng lượng

6.3. Trong thiết bị chiếu sáng

Đèn hồ quang:

• Đèn cao áp

• Đèn chiếu sáng sân vận động

• Đèn hồ quang thủy ngân

6.4. Trong đóng cắt thiết bị điện

Aptomat, máy cắt:

• Dập hồ quang

• Bảo vệ hệ thống điện

• Ngăn ngừa cháy nổ

7. Tác hại và nguy hiểm của hồ quang điện

7.1. Nguy hiểm cho con người

• Bỏng nhiệt nghiêm trọng

• Tổn thương mắt (cháy giác mạc)

• Tổn thương da do tia UV

• Điện giật

• Cháy quần áo

7.2. Nguy hiểm cho thiết bị

• Cháy bảng điện

• Phá hủy tiếp điểm

• Nổ tủ điện

• Hư hỏng dây dẫn

8. Các biện pháp phòng tránh hồ quang điện

8.1. Thiết kế và lắp đặt đúng kỹ thuật

• Khoảng cách an toàn

• Cách điện tốt

• Dùng thiết bị đạt chuẩn

8.2. Sử dụng thiết bị bảo hộ

• Kính hàn

• Găng tay cách điện

• Quần áo chống cháy

• Mặt nạ bảo hộ

8.3. Kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ

• Siết chặt đầu nối

• Thay thiết bị hư hỏng

• Đo cách điện

8.4. Sử dụng thiết bị dập hồ quang

• Buồng dập hồ quang

• Máy cắt SF6

• Aptomat chân không

9. Sự khác nhau giữa hồ quang điện AC và DC

10. Kết luận

Hồ quang điện là hiện tượng quan trọng trong ngành điện – công nghiệp. Nếu được kiểm soát, nó mang lại lợi ích to lớn trong hàn, luyện kim và chiếu sáng. Nhưng nếu không kiểm soát, hồ quang điện là mối nguy hiểm nghiêm trọng cho con người và thiết bị.