電気アークはどのように発生しますか？

必要なのはパッシェンの法則

パッシェンの法則は、2つの間の絶縁破壊電圧、つまり放電または電気アークを開始するために必要な電圧を与える方程式です。圧力とギャップ長の関数としてのガス中の電極。[2] [3] 1889年に経験的に発見したフリードリッヒパッシェンにちなんで名付けられました。[4]

パッシェンは、ガス圧とギャップ距離を変化させたときの平行金属板間のさまざまなガスの絶縁破壊電圧を研究しました。

ギャップ長が一定の場合、ギャップを横切るアークに必要な電圧は、圧力が低下するにつれて減少し、その後徐々に増加して、元の値を超えました。一定の圧力では、ギャップサイズが減少するにつれて、アークを発生させるために必要な電圧が減少しましたが、ポイントにすぎませんでした。ギャップがさらに減少すると、アークを発生させるために必要な電圧が上昇し始め、再び元の値を超えました。特定のガスの場合、電圧は圧力とギャップ長の積のみの関数です。[2] [3]彼が見つけた電圧対圧力ギャップ長積の曲線（右）はパッシェンの曲線と呼ばれ、これらの曲線に適合する方程式を見つけました。これは現在パッシェンの法則と呼ばれています。[3]

基本的に、空気がイオン化すると、非常に優れた導体になります。大電流を流すとイオン化が維持されます。

アーク炉について読むことができますここ。最初に気付くかもしれないのは、あなたの説明は小さな炉にのみ当てはまるということです。

中型の最新の製鉄炉には、定格が約60,000,000ボルトの変圧器があります。 -アンペア（60 MVA）、二次電圧が400〜900ボルト、二次電流が44,000アンペアを超える。

ただし、400〜 900ボルトでは、妥当な距離でアークを生成するのに十分ではないため、質問は引き続き有効です。そして、記事は答えを提供します：

電極がスクラップの上に下げられ、アークが発生します

言い換えると、電極は溶融する金属と直接接触するため、適切な電流が生成される限り、電圧はほとんど関係ありません。実際、

操作のこの最初の部分では、屋根と壁を過度の熱とアークによる損傷から保護するために、より低い電圧が選択されています。電極が炉の基部で重い溶融物に到達し、アークがスクラップによってシールドされると、電圧を上げて電極をわずかに上げ、アークを長くして溶融物への電力を増やします。

アークは起動するために高電圧を必要とします。空気の絶縁破壊電圧は湿度などによって大きく異なりますが、1mmあたり約1kVです。

ただし、これはアークを開始するだけです。空気中のガスはプラズマになり、伝導します。電気は通常の空気よりもはるかに優れています。その結果、アークを維持するのに必要な電圧ははるかに少なくなります。そのため、アークの両端の電圧は数十ボルト以下のように低くなる可能性があります。 、プラズマを維持するのに十分な電流が流れ続ける限り、基本的に、対流と放射による損失のバランスをとるために十分な電力をアークに投入する必要があります。