Sähköpiirien avaaminen

Sähköpiirien avaaminen tarkoittaa yleensä siirtymäprosessi, jossa piirin virta muuttuu tietystä arvosta nollaan. Piirin avauksen viimeisessä vaiheessa katkaisulaitteen koskettimien väliin syntyy rako, jolla on nollajohtavuuden lisäksi oltava riittävän korkea dielektrinen lujuus kestämään siihen palautetun piirijännitteen vaikutusta.

Valokaaripurkauksen fyysiset ominaisuudet

Sähkökaari voi tapahtua, kun koskettimien (elektrodien) välinen rako katkeaa tai kun ne avautuvat. Kun koskettimet avautuvat, niiden välistä valokaaren muodostumista helpottaa hehkuvien "täplien" muodostuminen kosketuspinnalle, jotka ovat seurausta merkittävistä virrantiheyksistä pienillä "erotusalueilla". Tämä aiheuttaa kaaren muodostumisen, kun koskettimet katkeavat, jopa melko alhaisella jännitteellä (useita kymmeniä voltteja).

On yleisesti hyväksyttyä, että minimiehdot vähintään epävakaan kaaren esiintymiselle koskettimissa ovat virta noin 0,5 A ja jännite 15-20 V.

Koskettimien avaamiseen alhaisemmilla jännitteen ja virran arvoilla liittyy yleensä vain pieniä kipinöitä. Suuremmilla avoimen piirin jännitteillä, mutta pienemmillä virroilla, muodostuminen avointen koskettimien välille on mahdollista hehkupurkaus.

Hehkupurkauksen esiintymiselle on ominaista katodijännitteen merkittävä pudotus (jopa 300 V). Jos hehkupurkaus muuttuu esimerkiksi kaaripurkaukseksi piirin virran kasvaessa, katodin jännitehäviö pienenee 10-20 V:iin.

Valokaaripurkauksen ominaispiirteet korkeassa kaasuväliaineen paineessa ovat:

• korkea virrantiheys kaaripylväässä;

• kaasun korkea lämpötila kaarikanavan sisällä, saavuttaen 5000 K ja voimakkaan deionisoinnin olosuhteissa 12000 - 15000 K tai korkeampi;

• suuri virrantiheys ja pieni jännitehäviö elektrodeissa.

Yleensä tavoitteena on varmistaa, että piirin avausprosessi etenee mahdollisimman nopeasti. Tätä tarkoitusta varten käytetään erityisiä kytkinlaitteita (kytkimet, katkaisijat, kontaktorit, sulakkeet, kuormakatkaisijat jne.).

Valokaariilmiöitä ei havaita vain katkaisimissa. Sähkökaari voi syntyä, kun koskettimet avataan. korkeajännitteiset erottimet, kun johtojen eristys menee päällekkäin, kun sulakkeiden suojaelementit palavat jne.

Näiden laitteiden laitteiden monimutkaisuus riippuu niille asetetuista vaatimuksista käyttöjännitetasojen, nimellisvirtojen ja oikosulkuvirtojen, esiintyvien ylijännitteiden tasojen, ilmakehän olosuhteiden, nopeusluokituksen jne. osalta.

Sähköpiirien avaamisen ominaisuudet erottimien kautta

Kysymys pitkien avoimien vaihtovirtakaarien sammuttamisesta tulee useimmiten vastaan ​​työskenneltäessä yksinkertaisten erottimien, kuten laukaisulaitteiden, kanssa. Tällaisissa erottimissa ei ole erityisiä valokaaren vaimennuslaitteita, ja koskettimien avautuessa ne vain levittävät valokaaren ilmaan.

Valokaarivenytyksen edellytysten parantamiseksi erottimet on varustettu torvi- tai lisätankoelektrodilla, joita pitkin kaari nostetaan ylös ja venytetään suureksi.

Internetiin on ladattu monia videoita, jotka näyttävät valokaaren prosessin, kun erottimien koskettimet avautuvat kuormituksen aikana (nämä löytyy helposti etsimällä "kaarierotin").

Tuuli edistää voimakkaasti avointa valokaaren muodostumista erottimissa tai johtimien ja maan välillä voimalinjoissa. Tuulen vallitessa kaari voi olla lyhyempi ja siksi eliminoitua nopeammin kuin tuulen puuttuessa. Sellaista tekijää kuin tuulta ei kuitenkaan tule ottaa huomioon sen epäjohdonmukaisuuden vuoksi, vaan ankarampien olosuhteiden perusteella - täydellinen tuulen puuttuminen.

Erotinten avulla on mahdotonta sammuttaa suurta virtaa, koska kaari saavuttaa samanaikaisesti huomattavan pituuden, muodostaen paljon liekkejä, sulattaen voimakkaasti irrotuslaitteen koskettimet. Voimakas avoin kaari vahingoittaa helposti eristeitä, joiden kanssa se joutuu kosketuksiin, aiheuttaa päällekkäisyyden vaiheiden välillä, mikä johtaa oikosulkuun verkossa.

Perinteisiä erottimia käytetään laajalti pienten muuntajien avoimen piirin virtojen, kapasitiivisten kuormajohtovirtojen, pienten kuormitusvirtojen jne. katkaisemiseen.

Tapoja avata sähköpiirit

Periaatteessa seuraavat menetelmät ovat mahdollisia sähköpiirien avaamiseksi tasa- ja vaihtovirralla.

1. Yksinkertainen sähköpiirien kipinöinti

Tähän ryhmään kuuluvat sellaiset menetelmät sähköisten piirien avaamiseksi tasa- ja vaihtovirralla, joissa ei toteuteta erityisiä lisätoimenpiteitä piirin virran rajoittamiseksi ennen koskettimien avaamista tai erityistoimenpiteitä kaaren energian vähentämiseksi kaaren kaarivälissä. katkaisija.

Tässä avausmenetelmässä katkaisuolosuhteet tarjoavat enintään irrotuslaitteen valokaaren sammutuskammio luomalla raon vaadittu dielektrinen lujuus virran ylittäessä nollan (vaihtovirta) tai saavuttamalla riittävä kaarijännitteen arvo (tasavirta).

Valokaarin aikana laitteen koskettimet voivat avautua missä tahansa piirissä virtaavan virran vaiheessa, joten kaarikourun koskettimet ja elementit on suunniteltava suhteellisen suuren tehon ja energian valokaaren iskua varten.

Valokaarisammutuskammiot sähkölaitteille

Circuit Breaker Arc Chute

2. Sähköpiirien valokaaren rajoitettu avautuminen

Tällaisia ​​poissulkemismenetelmiä ovat ne, joissa suhteellisen suuri aktiivinen tai reaktiivisuus, jonka vuoksi virtapiirissä oleva virta pienenee melko merkittävästi verrattuna sen arvoon, joka oli olemassa ennen rajoituksen alkamista. Kytkin katkaisee virtapiiriin jäävän rajoitetun virran.

Tällöin koskettimissa syntyy tehorajoitettu kaari, ja kaaren sammuttaminen jäljellä olevalla virralla on yksinkertaisempi tehtävä kuin jos virtaa ei olisi rajoitettu.

Perinteisesti sisällytämme samaan ryhmään sellaiset katkaisumenetelmät, joissa virrankatkoksen vaihe on tiukasti kiinteä tai kaaren palamisaikaa koskettimissa rajoitetaan joillakin erityistoimenpiteillä, esimerkiksi venttiililaitteilla jne.

3. Sähköpiirien kaareton avaaminen

Sähköpiirien avaamisprosessille tässä tapauksessa on ominaista se, että kaaripurkaus pääkoskettimissa tapahtuu kokonaan tai tapahtuu hyvin lyhytaikaisena epävakaana kaarena johtuen piirien induktanssin ja keskinäisen induktanssin vaikutuksesta. . Tämän tyyppinen piirin avaaminen saavutetaan yleensä suuritehoisilla venttiileillä (piidiodeilla tai tyristoreilla), joita käytetään pääkatkaisijakoskettimien vaihtoelementteinä.

Valokaarisammutusominaisuudet avattaessa DC- ja AC-sähköpiirejä

Vaihtovirtakaaren sammutusolosuhteet kytkinlaitteen raon aktiivisella deionisoinnilla on pohjimmiltaan suljettu pois tasavirtakaarien ja pitkien avoimien vaihtovirtakaarien sammutusolosuhteista.

Pysyvässä kaaressa tai avoimessa pitkässä vaihtokaaressa sammuminen tapahtuu pääasiassa siksi, että kaaren venyessä sähköenergian lähde ei pysty kattamaan kaaripylvään jännitehäviötä, minkä seurauksena syntyy epävakaa tila ja kaari sammuu.

Kun valokaari syntyy vaihtovirtapiirissä, kun kaaripylväs on aktiivisesti deionisoitu tai hajoaa sarjaksi lyhyitä kaaria, kaari voidaan sammuttaa, vaikka lähteellä on vielä suuri syöttöjännite kaaren palamisen ylläpitämiseksi, mutta joka osoittautuu ei riitä varmistamaan sen syttymistä - nykyisessä nollapisteessä.

Aktiivisen deionisoinnin olosuhteissa virran nollan ylityksen aikana kaaripylvään johtavuus laskee niin paljon, että siihen on ainakin lyhyen aikaa kohdistettava merkittävä jännite, jotta kaari käynnistyy seuraavassa puolijaksossa.

Jos piiri ei pysty tuottamaan riittävää jännitettä ja sen kasvunopeutta aukossa, virran ylittäessä nolla, virta katkeaa, eli kaari ei esiinny seuraavassa puolijaksossa ja piiri on lopulta sammutettu.

Harkitse sitten yleisimpiä yksinkertaisesti avaamalla kaaripiirit.

Jos piirin lähteen jännite ja virta ylittävät tietyt kriittiset arvot, niin sähköisen katkaisulaitteen koskettimissa kun ne avautuvat, syntyy vakaa kaaripurkaus… Jos koskettimet hajaantuvat edelleen tai kaari puhalletaan erottimen kaaren sammutuskammioon, syntyy epävakaita valokaaren palamisolosuhteita ja kaari voidaan sammuttaa.

Kun piirin jännite ja virta kasvavat, vaikeus luoda epävakaita valokaariolosuhteita kasvaa nopeasti. Tuhansien ja kymmenien tuhansien volttien jännitteillä ja suhteellisen korkeilla virroilla (tuhansia ampeeria) katkaisijan koskettimissa syntyy erittäin voimakas kaari, jonka sammuttamiseksi ja siten piirin katkaisemiseksi on ryhdyttävä toimenpiteisiin Enemmän tai vähemmän kehittyneitä valokaarisammutuslaitteita ... Erityisen merkittäviä vaikeuksia syntyy tasavirtapiirejä kytkettäessä pois päältä.

Myös kallion aikana on voitettava huomattavia vaikeuksia. oikosulkuvirrat vaihtovirtapiireissä lyhyitä aikoja (sekunnin sadasosat ja tuhannesosat).

Piirin nopea katkaisu ja siitä aiheutuvien oikosulkujen poistaminen sähköasennuksissa on sanelee useat olosuhteet ja ennen kaikkea tarve ylläpitää toiminnan vakautta. sähköjärjestelmät, johtojen ja laitteiden suojaaminen oikosulkuvirtojen lämpövaikutuksilta, irrotuslaitteiden koskettimien ja kaarikammioiden suojaus voimakkaan valokaaren tuhoisilta vaikutuksilta.

Myös avoimen piirin valokaaren nopea poistaminen on erittäin tärkeää ja pienjänniteohjauspiirien laitteissa, jotka on yleensä suunniteltu erittäin suurelle määrälle kytkentäprosesseja. Kaaren palamisen keston lyhentäminen johtaa koskettimien ja muiden laitteen osien palamisen vähenemiseen ja siten käyttöiän pidentämiseen.

Valokaarin erittäin nopea eliminointi voi kuitenkin aiheuttaa erittäin suuria jännitteitä piirissä, koska kaari, kun piiri on auki, absorboi piiriin varastoitunutta sähkömagneettista energiaa, joka voidaan muuntaa sähköstaattiseksi aaltoenergiaksi. Näin ollen kaaripurkauksella voi joissain tapauksissa olla myönteinen rooli. Tämä on otettava huomioon.

Luotettavien nopeiden suur- ja pienjännitteisten katkaisulaitteiden luomisen ongelma perustuu ensinnäkin niiden kaaren sammutusongelman oikeaan ratkaisuun.

Pien- ja korkeajännitteisten sähköpiirien katkaisu voimakkaan kaaren muodostumisella sähkölaitteiden koskettimiin on monimutkainen prosessi, jonka tutkimus on omistettu valtavalle määrälle teoreettisia ja kokeellisia tutkimuksia ja suunnittelukehitystä.

Käytännössä käytössä on lukuisia vaihto- ja tasavirtakaarien sammutusmenetelmiä riippuen käyttöjännitetasoista, virtojen suuruudesta, katkaisulaitteiden vaaditusta käyttöajasta, turvallisuusolosuhteista jne.

Tällä hetkellä yksinkertainen valokaari on edelleen pääpolku, jota korkea- ja matalajännite AC- ja DC-kytkentälaitetekniikka jatkaa.

Katso myös:Suurjännitetyhjiökatkaisijat — rakenne ja toimintaperiaate