¿Por qué el arco eléctrico en un interruptor prefiere una trayectoria curva sobre una recta?

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Recientemente encontré este video de una línea de 500 kilovoltios abierta bajo carga.

Cuando los contactos del interruptor se separan, se inicia previsiblemente un arco eléctrico. Mientras los contactos están cerca uno del otro, el arco corre a lo largo de un camino recto entre los contactos. Luego, a medida que los contactos se separan más, el arco comienza a doblarse y a convertirse en una curva empinada y su longitud se vuelve varias veces mayor que la distancia entre los contactos. Entonces, finalmente, el arco se desvanece.

Eso no tiene sentido para mí. Según lo veo, el arco debería tomar la ruta de menor resistencia y esa es claramente una ruta recta, no una curva empinada. Aún más, si el arco toma un camino curvo, ¿por qué se desvanecería repentinamente en lugar de simplemente tomar un camino menos curvo de menor resistencia y continuar corriendo?

¿Por qué el arco se comporta de esta manera: primero prefiere una trayectoria curva y luego se desvanece repentinamente?

switches high-voltage power-engineering

— diente filoso
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Aquí hay muchas respuestas, pero la física podría dar una mejor respuesta.

— Kellenjb

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Este fue un comentario pero los enlaces eran demasiado largos.

Además de lo que otros han dicho, busque " explosión magnética " y sorpréndase adecuadamente. Más para DC pero ciertamente no solo. Se usa un imán para desviar el arco para que se alargue y falle

Equipado incluso en dispositivos de conmutación muy pequeños y comunes. Muchos de estos y estos

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Incluso Tesla lo hizo :-)

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Solo interés - desde aquí

EXPERIMENTOS CON CORRIENTES ALTERNATIVAS DE ALTO POTENCIAL Y ALTA FRECUENCIA.

POR NIKOLA TESLA.

UNA CONFERENCIA ENTREGADA ANTES DE LA INSTITUCIÓN DE INGENIEROS ELÉCTRICOS, LONDRES.
Con un retrato y bosquejo biográfico del autor.
NUEVA YORK: 1892

— Russell McMahon
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Guau. Entonces no depende de la convección, ¿verdad? ¿Qué sucede si hay una falla en el circuito que alimenta los imanes?

— Sharptooth

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@sharptooth - Como arriba - esto es TAN BIEN COMO convección. Más en uso de CC pero también de CA. A menudo imanes permanentes en pequeños interruptores. En sistemas de muy alta tensión, el arco siempre se detendrá. Finalmente :-).

— Russell McMahon

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Pero en el video no hay tal sistema, ¿verdad?

— clabacchio

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Hay dos fenómenos combinados:

La corriente elige siempre la ruta menos resistiva, que no es necesariamente la más corta, como puede demostrarse fácilmente mediante circuitos físicos;
Tales altos voltajes y corrientes tienen un efecto de ionización en el aire circundante (los electrones son despojados de los átomos) que hacen que se vuelva más conductor en el área donde fluye esta corriente, pero al mismo tiempo también más caliente; este aire caliente es más liviano que el aire más frío que lo rodea, por lo que comienza a subir, pero aún deja este camino "conductivo" en el que la corriente continúa fluyendo.

Este proceso termina cuando el camino de más aire conductor se vuelve demasiado resistivo para que fluya suficiente corriente en él, y el aire ionizado sube, reemplazado por aire "normal" y menos conductor, que no es lo suficientemente conductor como para crear el arco. Probablemente el arco fue causado por un evento, como una sobretensión, o simplemente, como en uno de los videos, un objeto que redujo la resistencia entre los dos contactos; O, como el video en el ejemplo, un interruptor que se está abriendo. Cuando el arco se desvanece, también es porque este evento desencadenante ha cesado.

— clabacchio
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¿Por qué el arco de repente se desvanece entonces?

— Sharptooth

Creo que se detuvo porque una estación aguas arriba desconectó la energía. Creo que si se hubiera disipado debido a una mayor resistencia, se habría reiniciado en un punto más bajo (como la escalera de un jacob).

— W5VO

@ W5VO pero si miras el video publicado por Nick, la escalera se detiene hasta que un nuevo evento hace que comience de nuevo.

— clabacchio

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Me pareció que cuando la descarga de la ruta larga se extingue, el espacio entre los contactos abiertos se ha ampliado hasta el punto de que los 500kV ya no pueden atravesar el aire ordinario en el espacio.

— JustJeff

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@clabacchio: debo apegarme a mi punto. La ruta de la descarga puede ser más larga, girando sobre la brecha como lo hace, pero esa ruta está compuesta de aire caliente e ionizado; A pesar de que es más larga en distancia, es más baja en resistencia que el aire frío en el camino directo en la brecha. Si ha jugado con alto voltaje, por ejemplo, incluso un transformador de letrero de neón, debe saber que siempre puede sacar una chispa más tiempo que el espacio necesario para golpear el arco, y una vez que se pierde la chispa, debe traer los conductores en más cerca para comenzar de nuevo.

— JustJeff

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El aire se ioniza inicialmente y se forma un arco. Siendo aire y siendo caliente, se eleva.

El aire ionizado del "túnel" se eleva y se "rompe", en cuyo punto se apaga el arco.

— Oli Glaser
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¿De hecho, el interruptor depende de la convección para romper el arco?

— Sharptooth

@sharptooth En este caso parece que :) y el hecho de que, teóricamente, cuando el arco se desvanece, los contactos están demasiado lejos entre sí para crear un arco

— clabacchio

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@sharptooth - No en general, no. El video publicado fue una falla del sistema. Generalmente, los interruptores están diseñados para que se abran muy rápidamente y a una distancia lo suficientemente amplia como para apagar ("apagar") el arco de manera confiable y segura. En realidad, hay algunos interruptores de alta potencia que crean intencionalmente un chorro de aire entre los contactos para detener más rápidamente el arco cuando se abre el interruptor.

— Connor Wolf

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El arco ioniza el aire. El aire tiene resistencia finita, por lo que se calienta a medida que la corriente fluye a través de él. A medida que se calienta, se vuelve más flotante y sube. La corriente simplemente sigue el camino de menor resistencia.

Jacob's Ladder es un dispositivo de efectos visuales, que funciona según este principio. Algunas escenas de laboratorio en la película de Frankenstein lo presentan. Hay algunos videos de Jacob's Ladder en YouTube ( aquí hay uno ).

EDITAR: Mire cuidadosamente al comienzo del experimento en OP. Notarás que el arco comienza con algo ardiendo en una línea horizontal recta. Hubo un conductor que se quemó, y que había establecido el arco inicial (túnel de aire ionizado).

— Nick Alexeev
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¿Por qué el arco de repente se desvanece entonces?

— Sharptooth

@sharptooth La descripción del video de YouTube en su OP dice que el arco se alimentó desde un reactor. No estoy seguro de lo que significa el término en los sistemas de transmisión de energía, pero supongo que el reactor almacena energía como campo magnético. Al final del experimento, la energía almacenada en el reactor puede haberse disipado. La tripulación también pudo haber cortado la fuente de alimentación que alimentaba el arco.

— Nick Alexeev