전기 아크란?

공기와 같은 비전도성 물질을 통과하는 전류는 가시광선을 생성할 수 있는 플라즈마를 만들어내는데 이를 전기적인 아크 또는 아크 방전이라고 칭한다.

 

전기 아크는 가장 높은 전류 밀도를 가진 전기 방전의 형태이다. 이러한 아크를 통과하는 전류는 외부 회로에 의해서만 제한할 수 있다.

두 전극 사이의 아크는 전극을 통과하는 전류가 증가할 때 이온화와 글로우 방전에 의해 시작된다. 전극 간극의 파괴 전압은 전극 간 거리 및 가스 유형에 의해 결정된다. 아크가 시작될 때, 그 단자 전압은 글로우 방전보다는 훨씬 낮지만 전류는 더 높다. 대기압 부근의 가스에서 아크는 가시광선 방출, 높은 전류 밀도와 높은 온도를 가진다. 

 

 

연속적인 전기 아크를 따라 전기 저항은 열을 발생시키고, 이는 더 많은 가스 분자를 이온화한다. 이러한 이온화 현상을 온도를 결정한다. 즉, 전기 아크에 의한 열이 발생되면서 가스 분자가 더 많이 이온화될수록 온도는 급격하게 증가한다는 것이다. 열 플라즈마는 열 평형 상태에 있으며, 온도는 원자, 분자, 이온 등 전체에서 비교적으로 균일하다. 

 

아크 전류는 음극에서 전자의 열전자 방출과 전계 방출에 의해 유지된다. 전류는 음극의 매우 작은 포인트에 집중될 수 있으며, 제곱센티미터당 백만 암페어 정도의 전류 밀도를 가진다.  

 

전기 아크의 다양한 모양은 비선형 전류 및 전기장 전류 및 전기장 패턴의 새로운 속성이다. 아크는 두 개의 전도성 전극 사이의 가스로 채워진 공간에서 발생하며 대부분의 재료를 용해하거나 증발시킬 수 있는 매우 높은 온도를 만들어낸다. 전기 아크는 연속적인 방전인 반면 유사한 전기 스파크 방전은 순간적이다. 전기 아크는 직류 회로 또는 교류 회로 모두에서 발생할 수 있다. 교류의 경우 아크는 전류의 각 반주기에서 다시 발생할 수 있다. 전기 아크는 전류 밀도가 매우 높고 아크 내의 전압 강하가 낮다는 점에서 글로우 방전과 다르다. 음극에서 전류 밀도는 제곱센티미터당 수 메가 암페어일 수 있다.

 

전기 아크의 영향

전기 아크는 전력 전송, 배전 시스템 및 전자 장비에 해로운 영향을 미칠 수 있다. 아크를 일으킬 수 있는 장치에는 스위치, 차단기, 릴레이의 접점, 퓨즈 및 불량의 케이블 단말 등 다양하다. 전기 회로가 차단되면 전류가 즉시 0으로 수렴하지 않는다. 분리 시 접점에 과도 아크가 형성된다. 아크에 취약한 스위칭 장치는 일반적으로 아크를 소멸하도록 설계되며, 스너버 회로는 과도 전류에 대한 경로를 제공하여 아크를 방지할 수 있다. 회로에 스위칭 장치 외부에서 형성된 아크를 유지할 만큼의 충분한 전류와 전압이 있는 경우 아크는 도체를 녹이거나, 절연 파괴 및 화재를 발생시켜 설비 및 인명 피해를 일으킬 수 있다. 

 

전기 아크의 용도

전기 아크가 설비 및 인명 피해를 일으키기도 하지만 산업 현장에서는 다양한 용도로 이용되기도 한다. 아크 용접, 플라즈마 절단, 전기 방전 가공, 영화 프로젝터, 무대 조명의 스포트라이트에 사용된다. 전기로(전기 아크로)는 강철 및 기타 물질을 생산하는 데 사용된다. 또한 탄화칼슘은 흡열 반응(약 2,500°C)을 촉진하는 데 많은 양의 에너지가 필요하기 때문에 아크를 이용하여 만들어진다.