El arco eléctrico

EL ARCO ELÉCTRICO El arco eléctrico no es un invento; se le presentó ya al primer físico que intentó abrir un circuito recorrido por una corriente eléctrica. En efecto, el circuito, siempre inductivo, dota a los electrones de suficiente energía para salvar la distancia que aparece en la zona de separación de los conductores. Normalmente, son estos electrones «pioneros» los que ionizan el gas, seael que sea, y la creación de plasma facilita desde el principio el paso de la corriente. En estas condiciones podríamos imaginar que la ruptura total es muy difícil de conseguir a no ser que, un mejor conocimiento de este fenómeno nos permita descubrir algunas propiedades que nos van a resultar irreemplazables. Por suerte, es así: esas propiedades existen. Condiciones de formación El arco apareceen un medio gaseoso: • Por perforación dieléctrica entre dos electrodos: o a partir de un valor de campo eléctrico E/d, que depende de la forma de los electrodos y de la naturaleza y densidad del gas (en la figura 1, siendo d la distancia entre los electrodos),

Figura 1:El arco eléctrico y la influencia del campo E/d. • Después de un contorneo sobre un material aislante con la degeneración delgas ambiente. • Al abrir un circuito eléctrico recorrido por una corriente; aunque el circuito sea puramente resistivo, siempre hace falta una cierta separación mínima para evitar la perforación dieléctrica del medio. En realidad, los circuitos suelen ser inductivos, lo que aumenta el peligro de perforación y obliga por tanto a aumentar la distancia mínima de separación entre electrodos.Propiedades físicas (Figura 2)

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Al separarse los dos contactos, uno, el cátodo, emite electrones, el otro, ánodo, los recibe. Por la naturaleza energética del fenómeno de emisión de electrones, el cátodo se calentará. La base del arco se convierte en una fuente de emisión termo − iónica: el punto caliente es el principal emisor de electrones y, si el arco se estanca, pueden aparecer vaporesmetálicos. Estos vapores y el gas ambiente se ionizarán debido a: • la presencia de electrones libres, • la creación de iones positivos que se desplazan hacia el cátodo y mantienen su calentamiento, • la creación de iones negativos que bombardeando el ánodo, provocan también su calentamiento. El conjunto de toda esta agitación se produce en el seno de una columna de plasma a alta temperatura 4.000 a20.000 ºK, según sea la corriente y su confinamiento. Figura 2:El arco eléctrico: fenómeno físico (a) y tensión característica de arco Ua (b). Propiedades eléctricas La más notable es la aparición de una tensión de arco cuyo valor tiene: • una parte fija, U AC >> 20 a 40 V, que aparece a partir del instante de separación de los contactos y depende de los materiales empleados, • una parte variable, U L= 50 a 100 V/cm, cuando el arco se ha estabilizado en su contexto de presión−temperatura. Así se obtiene un valor total: Ua = U AC + U L Hay que destacar que: • el signo de Ua cambia al modificarse el sentido de la corriente de arco, SUS CONDICIONES DE EXTINCIÓN Se produce la extinción cuando la corriente del arco pasa a ser cero. Aspecto térmico Cuando la corriente de arco es o pasa a serpequeña, inferior a 10 A por ejemplo, los intercambios de energía térmica pueden llegar a ser superiores a la energía interna generada por el arco y éste «muere de frío» (arco congelado) lo que provoca un aumento de la tensión del arco (figura 3a). Durante este aumento de la tensión, puede aparecer una extinción brutal si las capacidades parásitas cortocircuitan el arco, fenómeno que se produce cuando latensión de arco es y se mantiene en un valor superior a la tensión de carga de las capacidades repartidas (figura 3b). Este fenómeno se denomina recortado. Pero no siempre sucede esto así: 2

• si la corriente de un arco se estabiliza contra una pared aislante, su superficie de intercambio térmico disminuye y los componentes del aislante, localmente muy calientes, pueden favorecer la...