Hồ quang điện là gì? Điều kiện sản sinh, tác hại và cách phòng ngừa

Lê Hồng Phong

Hồ quang điện là hiện tượng tia lửa điện xảy ra ở dòng điện nhỏ khiến các thiết bị chuyển mạch thông thường khó phát hiện. Khi đó, hồ quang điện có thể tạo ra lửa, tiềm ẩn nguy hiểm cho người và thiết bị. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích chi tiết các điều kiện tạo ra hồ quang điện và cách phòng ngừa hiệu quả.

Hồ quang điện là gì?

Hồ quang điện là sự phóng điện tự cấp xảy ra trong chất khí dưới áp suất bình thường hoặc áp suất thấp giữa hai điện cực có chênh lệch điện thế nhỏ. Trên thực tế, đây là một dạng plasma được tạo ra bằng cách trao đổi điện tích liên tục, kèm theo ánh sáng và nhiệt độ mạnh.

Dòng điện chạy qua chất khí giữa hai cực chủ yếu là dòng electron (và một phần là ion âm), đi từ cực âm đến cực dương. Các electron và ion âm va chạm với cực dương khiến cực dương nóng lên tới 3.500 độ C. Lúc này, cực dương phát sáng mạnh, tan chảy và thậm chí bốc hơi. Sau đó, cực dương bị lõm vào, khiến mạch bị chập. Ngược lại, khi các ion dương va chạm với cực âm, cực âm sẽ nóng đỏ và tỏa nhiệt electron. Khí giữa hai cực dưới tác dụng của nhiệt độ cao sẽ bị ion hóa và dẫn điện tốt khiến điện trở của khí trong hồ quang giảm xuống một giá trị rất nhỏ, trong khi cường độ dòng điện trong mạch khá lớn, có thể đạt tới hàng chục ampe.

Tia hồ quang rất mạnh và có thể tác động đến tế bào niêm mạc mắt hoặc gây bong tróc da mặt khi tiếp xúc. Tuy nhiên, hồ quang điện còn được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật, điển hình là hàn điện.

Tác hại của hồ quang điện

Trên thực tế, hồ quang điện là nguyên nhân chính gây ra các vụ cháy điện, ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống và con người.

Ảnh hưởng đến thiết bị điện

Hồ quang điện có thể khiến dây điện nóng chảy ngay lập tức, dẫn đến hư hỏng các thiết bị điện liên quan. Nguyên nhân chính là do điện áp và dòng điện thay đổi đột ngột, khiến nhiệt độ tại khu vực xảy ra hồ quang điện tăng cao, có nguy cơ cháy lan sang các dây dẫn khác.

Thông thường khi xảy ra hồ quang điện, hệ thống phải thay thế toàn bộ hệ thống dây dẫn hoặc các thiết bị điện bị hư hỏng, rất tốn kém về mặt chi phí cũng như làm gián đoạn sản xuất và đời sống sinh hoạt.

Tác động đến con người

Nếu không có thiết bị bảo hộ, việc tiếp xúc với hồ quang điện dễ gây đau mắt và bong tróc da mặt. Trường hợp hồ quang phát triển thành cháy nổ 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 ra nguyên nhân gây ra hiện tượng này.

Điều kiện phát sinh

Có nhiều nguyên nhân gây ra hồ quang điện như:

• Lỗi tiếp điểm do quá tải, quá áp, kết nối không ổn định hoặc hoạt động trong môi trường rung lắc mạnh.
• Cáp bị đứt, mòn, lão hóa hoặc đứt.
• Cáp bị hư do khoan vào tường, chuột nhai dây…

Trường hợp tiếp điểm có dòng điện nhỏ, khi điện áp đặt vào có giá trị nhất định sẽ tạo ra một điện trường lớn trong khoảng không gian hẹp giữa các tiếp điểm, tạo ra hiện tượng phát điện tử tự động (hoặc phát điện lạnh). Khi số lượng electron tăng dần, dưới tác dụng của điện trường làm ion hóa không khí sẽ xuất hiện hồ quang điện.

Trong trường hợp tiếp điểm có dòng điện lớn thì quá trình tạo hồ quang thường phức tạp hơn. Theo đó, khi tiếp điểm mở thì áp suất giữa các tiếp điểm nhỏ nên số lượng điểm tiếp xúc để dòng điện đi qua ít. Trong khi mật độ dòng điện có thể tăng lên hàng chục nghìn A/cm2 thì nhiệt độ của cầu chất lỏng tại điểm tiếp xúc cũng tăng lên, bốc hơi dần và xuất hiện hồ quang giữa hai điểm tiếp xúc.

Quá trình làm nguội

Để dập tắt hồ quang điện một cách hiệu quả, cần phải đảo ngược các điều kiện sản xuất ban đầu, ví dụ:

• Giảm nhiệt độ hồ quang bằng khí hoặc dầu làm mát.
• Mở rộng vòng cung bằng cách chia nó thành nhiều phần nhỏ rồi thổi khí để dập tắt nó.
• Sử dụng năng lượng của hồ quang hoặc năng lượng khác để dập tắt.
• Tiêu thụ năng lượng hồ quang bằng cách kết nối điện trở cắt Shunt.

Cách phòng tránh hiện tượng hồ quang điện

• Tính toán cẩn thận các tải trọng trong hệ thống để tránh tình trạng quá tải.
• Điều khiển từ xa các thiết bị có thể tạo ra hồ quang điện lớn.
• Ngắt điện các thiết bị điện tiếp xúc với con người.
• Sử dụng phương pháp dập hồ quang thích hợp cho từng hệ thống.
• Sử dụng vật liệu chất lượng để tăng tuổi thọ của thiết bị điện.
• Tích hợp module cảm biến cảnh báo trên thiết bị đóng cắt và buồng dập hồ quang điện áp thấp.
• Được trang bị các thiết bị phát hiện và bảo vệ hồ quang chuyên dụng để ngăn chặn sự cố ở giai đoạn đầu, ví dụ như AFDD của BTB Electric – thiết bị tích hợp 5 chức năng bảo vệ bao gồm: bảo vệ hồ quang, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải, bảo vệ quá áp và bảo vệ 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 lợi thế này để ứng dụng trong hàn điện. Một cực của hồ quang điện là tấm kim loại cần hàn, cực còn lại là que hàn. Do nhiệt độ giữa hai cực cao nên que hàn nóng chảy và lấp đầy mối hàn.

Ở quy mô lớn hơn, hồ quang còn được sử dụng trong lò cao nhiệt, luyện kim loại…

Công nghệ hồ quang điện

Hàn hồ quang điện là công nghệ hàn phổ biến nhất hiện nay, dùng để nối hoặc tháo rời các bộ phận bằng nguồn nhiệt, nguồn nhiệt này chính là hiện tượng hồ quang điện.

Trong công nghệ hàn hồ quang điện, hồ quang tập trung vào một điểm của vật hàn. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, chất hàn sẽ dễ dàng tan chảy ngay lập tức. Lượng nhiệt này không lan rộng nên sự biến dạng của vật hàn không nghiêm trọng như hàn khí.

Các câu hỏi thường gặp về hồ quang điện

Câu 1: Hồ quang điện có nguy hiểm không?

Trả lời: Hồ quang điện là nguyên nhân chính gây cháy, nổ điện. Tuy nhiên, các thiết bị chuyển mạch thông thường không thể phát hiện hồ quang ở giai đoạn bắt đầu. Vì vậy, hồ quang có điều kiện phát triển thành đám cháy, tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ, rất nguy hiểm cho con người.

Câu 2: Có thể phát hiện được hồ quang điện không?

Trả lời: Có. Hồ quang điện có thể được phát hiện ở giai đoạn đầu bằng thiết bị bảo vệ hồ quang chuyên dụng như AFDD. Đây là thiết bị có khả năng phân biệt giữa hồ quang bình thường và hồ quang nguy hiểm để đóng, chuyển mạch điện, ngăn ngừa hiện tượng tia lửa điện lan rộng.