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Una descarga de cepillo es una descarga eléctrica disruptiva similar a una descarga de corona que tiene lugar en un electrodo al que se le aplica un alto voltaje , incrustado en un fluido no conductor, generalmente aire. Se caracteriza por numerosas chispas luminosas que se retuercen, corrientes de plasma compuestas de moléculas de aire ionizadas , que salen repetidamente del electrodo al aire, a menudo con un sonido crepitante. [1] [2] Las serpentinas se extienden en forma de abanico, dándole la apariencia de un "cepillo".
Las descargas de corona y de cepillo a veces se denominan descargas de un solo electrodo porque ocurren cerca de un solo electrodo y no se extienden tan lejos como el electrodo que lleva voltaje de polaridad opuesta en el circuito, como un arco eléctrico (una descarga de dos electrodos). ) hace.
Tanto las descargas de cepillo como las de corona representan regiones locales próximas a los conductores donde, debido al alto voltaje, el aire ha sufrido una falla eléctrica : se ha ionizado y se ha vuelto conductor, permitiendo que la corriente se filtre al aire. Ocurren cuando el campo eléctrico en el conductor excede la rigidez dieléctrica del aire, el "gradiente de potencial disruptivo", aproximadamente 30 kilovoltios por centímetro. A ese voltaje, los electrones en el aire son acelerados por el campo eléctrico a una velocidad lo suficientemente alta como para expulsar a otros electrones de las moléculas de gas cuando las golpean, creando iones y electrones adicionales, que luego ionizan moléculas adicionales en una reacción en cadena. El campo eléctrico es mayor en los puntos agudos del conductor, por lo que tienden a formarse descargas en estos puntos. Debido a que el campo eléctrico disminuye a medida que aumenta la distancia desde el conductor, eventualmente cae por debajo del valor necesario para la ionización, por lo que las descargas en corona y en cepillo tienen una extensión limitada y se localizan cerca del conductor.
Una descarga de cepillo, que ocurre en equipos de muy alto voltaje , como líneas de transmisión de energía EHV , transmisores de radio y sus antenas , fuentes de alimentación CRT y fuentes de alimentación para equipos científicos como láseres y aceleradores de partículas , representa una falla grave del aislamiento eléctrico y puede ser un incendio. peligro. Al igual que otros arcos eléctricos , las descargas de las escobillas producen gas ozono , que puede resultar nocivo para las personas cercanas en un espacio cerrado y con el tiempo puede provocar la fragilización de algunos plásticos. Las bobinas de Tesla que producen descargas de cepillo y descargas de serpentinas se exhiben como entretenimiento en ferias científicas y conciertos de rock.
La capacidad de una descarga eléctrica para provocar una explosión en atmósferas inflamables se mide por la energía efectiva de la descarga. La energía efectiva de las descargas de cepillo es de 10 a 20 mJ, mucho mayor que la de las descargas de corona de 0,1 mJ. Por lo tanto, las descargas de cepillo se consideran un riesgo de explosión, mientras que las descargas de corona no lo son. Pueden producirse descargas de escobillas desde plásticos aislantes cargados (por ejemplo, polietileno ) a un conductor.
Cuando el campo eléctrico cerca de un electrodo con un radio o curvatura entre aproximadamente 5 mm y 50 mm es suficientemente grande (aproximadamente 500 kV/m). Se ven múltiples caminos de descarga irregulares que tienen la apariencia de un cepillo. ... Si el electrodo es demasiado afilado, normalmente se producirá una descarga de corona en lugar de una descarga de cepillo.
La descarga de chispa se produce en una explosión repentina que salva el espacio entre dos superficies conductoras, cada una con un radio de curvatura > 50 mm. Por otro lado, las descargas de cepillo no logran salvar el espacio y ocurren en rápida sucesión, dando la impresión de un cepillo. Las descargas de corona forman una región luminosa alrededor de un conductor y se descargan continuamente en regiones con un radio de curvatura < 1 mm.