Processen med at danne en lysbue og metoder til at slukke den

Når det elektriske kredsløb åbnes, opstår der en elektrisk udladning i form af en lysbue. For udseendet af en elektrisk lysbue er det nok, at kontakternes spænding er over 10 V ved en strøm i kredsløbet i størrelsesordenen 0,1 A eller mere. Med betydelige spændinger og strømme kan temperaturen inde i lysbuen nå 3-15 tusinde ° C, som et resultat af hvilke kontakter og strømførende dele smelter.

Ved spændinger på 110 kV og derover kan lysbuens længde nå flere meter. Derfor er en lysbue, især i højeffektkredsløb, for spændinger over 1 kV en stor fare, selvom alvorlige konsekvenser også kan være i installationer for spændinger under 1 kV. Som et resultat skal lysbuedannelse være indeholdt så meget som muligt og hurtigt slukket i kredsløb for spændinger både over og under 1 kV.

Årsager til elektrisk lysbue

Processen med at danne en elektrisk lysbue kan forenkles som følger.Når kontakterne divergerer, falder kontakttrykket først, og kontaktfladen stiger tilsvarende, overgangsmodstand (strømtæthed og temperatur - lokal (i visse områder af kontaktområdet) begynder overophedning, hvilket yderligere bidrager til termionisk stråling, når elektronernes hastighed stiger under påvirkning af høj temperatur, og de brister fra overfladen af ​​elektroden.

I tidspunktet for kontaktadskillelse, det vil sige, at kredsløbet er brudt, genoprettes spændingen hurtigt i kontaktgabet. Da afstanden mellem kontakterne i dette tilfælde er lille, er der elektrisk felt høj spænding under påvirkning af hvilken elektroner trækkes tilbage fra elektrodens overflade. De accelererer i et elektrisk felt, og når de rammer et neutralt atom, giver de det deres kinetiske energi. Hvis denne energi er tilstrækkelig til at rive mindst én elektron af skallen af ​​et neutralt atom, så finder ioniseringsprocessen sted.

De dannede frie elektroner og ioner udgør buestammens plasma, det vil sige den ioniserede kanal, hvori lysbuen brænder, og der sikres en kontinuerlig bevægelse af partikler. I dette tilfælde bevæger negativt ladede partikler, hovedsageligt elektroner, sig i én retning (mod anoden), og atomer og molekyler af gasser, der er berøvet en eller flere elektroner - positivt ladede partikler - i den modsatte retning (mod katoden).

Plasmaledningsevnen er tæt på metallers.

Der løber en stor strøm i lysbueakslen, og der skabes en høj temperatur.Denne temperatur af buecylinderen fører til termisk ionisering - processen med iondannelse på grund af kollisionen af ​​molekyler og atomer med høj kinetisk energi ved høje hastigheder af deres bevægelse (molekyler og atomer i mediet, hvor lysbuen brænder, desintegreres til elektroner og positivt ladede ioner). Intens termisk ionisering opretholder høj plasmaledningsevne. Derfor er spændingsfaldet langs buen lille.

I en elektrisk lysbue foregår der konstant to processer: Udover ionisering også afionisering af atomer og molekyler. Sidstnævnte sker hovedsageligt gennem diffusion, det vil sige overførsel af ladede partikler til miljøet og rekombination af elektroner og positivt ladede ioner, som samles igen til neutrale partikler med tilbagevenden af ​​den energi, der bruges på deres opløsning. I dette tilfælde fjernes varmen til miljøet.

Der kan således skelnes mellem tre stadier af den betragtede proces: lysbueantændelse, når der på grund af stødionisering og emission af elektroner fra katoden begynder en lysbueudladning, og ioniseringsintensiteten er højere end deionisering, stabil afbrænding af lysbuen understøttet af termisk ionisering i lysbuecylinderen, når intensiteten af ​​ionisering og deionisering er den samme, forsvinden af ​​lysbuen, når intensiteten af ​​deionisering er højere end ioniseringsintensiteten.

Metoder til slukning af lysbuen i elektriske koblingsenheder

For at afbryde elementerne i det elektriske kredsløb og udelukke beskadigelse af omskifterenheden er det nødvendigt ikke kun at åbne dens kontakter, men også at slukke den bue, der opstår mellem dem. Lysbueslukningsprocesser såvel som afbrænding med vekselstrøm og jævnstrøm er forskellige.Dette bestemmes af det faktum, at i det første tilfælde går strømmen i buen gennem nul hver halvcyklus. På disse tidspunkter stopper frigivelsen af ​​energi i lysbuen, og lysbuen slukker spontant og tænder derefter igen hver gang.

I praksis bliver strømmen i lysbuen tæt på nul lidt tidligere end nulgennemgangen, fordi når strømmen falder, falder energien til lysbuen, og buens temperatur falder tilsvarende, og termisk ionisering ophører. I dette tilfælde fortsætter afioniseringsprocessen intensivt i buegabet. Hvis du åbner og hurtigt åbner kontakterne på dette tidspunkt, vil den efterfølgende elektriske afbrydelse muligvis ikke forekomme, og kredsløbet vil blive afbrudt uden bue. I praksis er dette dog ekstremt vanskeligt at gøre, og derfor tages der særlige foranstaltninger for at fremskynde udryddelsen af ​​lysbuen, for at sikre afkøling af buerummet og for at reducere antallet af ladede partikler.

Som et resultat af deionisering øges den dielektriske styrke af spalten gradvist, og samtidig stiger genvindingsspændingen i den. Forholdet mellem disse værdier afhænger af, om regnbuen vil lyse i den næste halvdel af perioden eller ej. Hvis mellemrummets dielektriske styrke øges hurtigere og er større end genvindingsspændingen, vil lysbuen ikke længere antændes, ellers vil der blive tilvejebragt en stabil lysbue. Den første betingelse definerer bueslukningsproblemet.

Forskellige lysbueslukningsmetoder anvendes i koblingsudstyr.

Forlængelse af buen

Hvis kontakterne divergerer under afbrydelsen af ​​det elektriske kredsløb, strækkes den resulterende bue.Samtidig forbedres lysbuens kølebetingelser, fordi dens overfladeareal øges, og der kræves mere spænding for at brænde.

Opdeling af en lang bue i en række korte buer

Hvis den bue, der dannes, når kontakterne åbner, opdeles i K korte buer, for eksempel ved at trække ind i et metalgitter, vil den slukke. Typisk indføres lysbuen i et metalgitter under påvirkning af et elektromagnetisk felt induceret i gitterpladerne af hvirvelstrømme. Denne metode til lysbueslukning er meget udbredt i koblingsudstyr til spændinger under 1 kV, især i automatiske luftafbrydere.

Buekøling i smalle spalter

Slukning af små buer er lettet. Derfor i skifte enheder bueslider med langsgående slidser er meget udbredt (aksen for en sådan slids falder sammen i retning med buecylinderens akse). Et sådant mellemrum er normalt dannet i kamre lavet af isolerende lysbuebestandige materialer. På grund af lysbuens kontakt med kolde overflader opstår dens intense afkøling, diffusionen af ​​ladede partikler i miljøet og følgelig hurtig deionisering.

Ud over slidser med flade parallelle vægge anvendes også slidser med ribber, fremspring, forlængelser (lommer). Alt dette fører til deformation af buecylinderen og øger området for dens kontakt med de kolde vægge i kammeret.

Buen trækkes ind i smalle spalter, sædvanligvis af et magnetfelt, der interagerer med lysbuen, som kan opfattes som en strømførende leder.

Ekstern magnetfelt at flytte lysbuen er oftest tilvejebragt af en spole forbundet i serie med de kontakter, mellem hvilke lysbuen opstår.Smal spaltebueslukning bruges i enheder til alle spændinger.

Højtryksbueslukning

Ved konstant temperatur falder graden af ​​gasionisering med stigende tryk, mens gassens varmeledningsevne stiger. Alt andet lige resulterer dette i forbedret buekøling. Lysbueslukning ved højt tryk, skabt af selve lysbuen i tæt lukkede kamre, er meget brugt i sikringer og en række andre enheder.

Bueslukning i olie

Hvis skifte kontakter placeres i olie, fører den bue, der opstår, når de åbnes, til intens fordampning af olien. Som følge heraf dannes en gasboble (kappe) omkring buen, der hovedsageligt består af brint (70 ... 80%) samt oliedamp. De udsendte gasser trænger direkte ind i buecylinderens område ved høj hastighed, forårsager blanding af kold og varm gas i boblen, giver intensiv afkøling og følgelig deionisering af buegabet. Derudover øger gassens afioniseringsevne trykket inde i boblen, der skabes under den hurtige nedbrydning af olien.

Intensiteten af ​​lysbueslukningsprocessen i olien er jo højere jo tættere lysbuen kommer i kontakt med olien og jo hurtigere bevæger olien sig i forhold til lysbuen. Givet dette er buegabet begrænset af en lukket isoleringsanordning - buesliske... I disse kamre skabes en tættere kontakt af olien med lysbuen, og ved hjælp af isoleringsplader og udløbshuller dannes arbejdskanaler gennem hvilken bevægelsen af ​​olie og gasser, hvilket giver intensiv udblæsning (blowout) af buen.

Buesliske i henhold til driftsprincippet er opdelt i tre hovedgrupper: med selvblæsning, når højtryk og gasbevægelseshastighed skabes i området af buen på grund af den energi, der frigives i buen, med tvangsblæsning af olie ved hjælp af specielle pumpende hydrauliske mekanismer, med magnetisk bratkøling i olie, når buen er under påvirkning af magnetfeltet, bevæger den sig ind i snævre huller.

De mest effektive og enkle selvoppustelige lysbuesliske... Afhængigt af placeringen af ​​kanalerne og udstødningsåbningerne skelnes der kamre, hvor intensivt blæser gas-dampblandingen og olie langs lysbuens strøm (langsgående blæsning) hhv. gennem buen (tværblæsning) er tilvejebragt ). De overvejede lysbueslukningsmetoder anvendes i vid udstrækning i afbrydere til spændinger over 1 kV.

Andre metoder til slukning af lysbuen i enheder til spændinger over 1 kV

Ud over de ovennævnte metoder til slukning af lysbuen bruger de også: komprimeret luft, hvis strøm blæser lysbuen langs eller på tværs, hvilket sikrer dens intense afkøling (i stedet for luft bruges andre gasser, ofte opnået fra fast gasgenerering materialer — fibre, vinylplast osv. — på bekostning af deres nedbrydning ved selve den brændende lysbue). SF6 (svovlhexafluorid), som har en højere elektrisk styrke end luft og brint, som et resultat af, at den lysbue, der brænder i denne gas, selv ved atmosfærisk tryk, hurtigt slukkes, meget fortærnet gas (vakuum), når kontakterne åbnes, hvori lysbuen gør ikke antændes (slukker) efter den første passage af strømmen gennem nul.