Åbning af elektriske kredsløb

Åbning af elektriske kredsløb betyder normalt overgangsproces, hvor kredsløbsstrømmen skifter fra en bestemt værdi til nul. I det sidste trin af åbning af kredsløbet opstår der et mellemrum mellem afbryderanordningens kontakter, som ud over nul ledningsevne også skal have en tilstrækkelig høj dielektrisk styrke til at modstå virkningen af ​​kredsløbsspændingen, der gendannes til den.

Fysiske karakteristika for lysbueudladningen

Elektrisk lysbue kan opstå, når afstanden mellem kontakterne (elektroderne) går i stykker, eller når de åbner. Når kontakterne åbner, lettes buedannelse mellem dem af dannelsen af ​​glødende "pletter" på kontaktfladen, som er en konsekvens af betydelige strømtætheder over små områder med "adskillelse". Dette medfører, at der dannes en lysbue, når kontakterne brydes, selv ved en ret lav spænding (i størrelsesordenen flere titusinder af volt).

Det er almindeligt accepteret, at minimumsbetingelserne for forekomsten af ​​mindst ustabil lysbuedannelse på kontakterne er strøm ca. 0,5 A og spænding 15 — 20 V.

Åbningen af ​​kontakterne ved lavere værdier af spænding og strøm er normalt kun ledsaget af små gnister. Ved højere tomgangsspændinger, men ved lavere strømme, er dannelse mellem de åbne kontakter mulig glødeudladning.

Tilstedeværelsen af ​​en glødeudladning er karakteriseret ved et betydeligt fald i katodespændingen (op til 300 V). Hvis en glødeudladning bliver til en lysbueudladning, for eksempel, når strømmen i kredsløbet stiger, falder katodespændingsfaldet til 10 - 20 V.

De karakteristiske træk ved lysbueudladningen ved højt tryk af et gasmedium er:

• høj strømtæthed i buesøjlen;

• høj temperatur af gassen inde i lysbuekanalen, når 5000 K, og under betingelser med intens deionisering, 12000 - 15000 K og højere;

• høj strømtæthed og lavt spændingsfald ved elektroderne.

Normalt er målet at sikre, at kredsløbsåbningsprocessen forløber så hurtigt som muligt. Til dette formål anvendes specielle koblingsanordninger (afbrydere, afbrydere, kontaktorer, sikringer, belastningsafbrydere osv.).

Buedannelsesfænomener observeres ikke kun i afbrydere. Der kan opstå en elektrisk lysbue, når kontakterne åbnes. højspændingsafbrydere, når ledningernes isolering overlapper, når sikringernes beskyttelseselementer er udbrændt mv.

Kompleksiteten af ​​enhederne i disse enheder afhænger af de krav, der stilles til dem med hensyn til driftsspændingsniveauer, nominelle strømme og kortslutningsstrømme, niveauer af forekommende overspændinger, atmosfæriske forhold, hastighedsklassificeringer osv.

Funktioner ved at åbne elektriske kredsløb gennem afbrydere

Spørgsmålet om at slukke lange åbne lysbuer med vekselstrøm opstår oftest, når man arbejder med simple afbrydere, såsom udløsningsanordninger. Sådanne afbrydere har ikke specielle buedæmpningsanordninger, og når kontakterne åbner, forlænger de kun buen ud i luften.

For at forbedre betingelserne for buestrækning er afbrydere udstyret med horn eller ekstra stangelektroder, langs hvilke lysbuen løftes op og strækkes til en stor længde.

Der er mange videoer uploadet på internettet, der viser processen med lysbuedannelse, når kontakterne på afbrydere åbner ved belastning (disse kan nemt findes ved at søge efter "bueafbryder").

Åben lysbuedannelse ved afbrydere eller mellem ledere og jord på elledninger opmuntres kraftigt af vind. I nærvær af vind kan buen være kortere og derfor elimineres hurtigere end i fravær af vind. Men en sådan faktor som vind bør ikke tages i betragtning på grund af dens inkonsistens, men baseret på mere alvorlige forhold - den komplette fravær af vind.

Ved hjælp af afbrydere er det umuligt at slukke for en stor strøm, da lysbuen på samme tid når en betydelig længde, danner en masse flamme, hvilket kraftigt smelter kontakterne på afbryderenheden. En kraftig åben lysbue beskadiger let isolatorerne, som den kommer i kontakt med, forårsager et overlap mellem faserne, hvilket fører til en kortslutning i netværket.

Konventionelle afbrydere bruges i vid udstrækning til at afbryde åbne kredsløbsstrømme fra små transformere, kapacitive belastningsstrømme, lavbelastningsstrømme osv.

Måder at åbne elektriske kredsløb på

I princippet er følgende metoder mulige til at åbne elektriske kredsløb med jævnstrøm og vekselstrøm.

1. Simpel lysbuedannelse af elektriske kredsløb

Denne gruppe omfatter sådanne metoder til åbning af elektriske kredsløb med jævn- og vekselstrøm, hvor der ikke træffes særlige yderligere foranstaltninger for at begrænse strømmen i kredsløbet, før kontakterne åbnes, eller særlige foranstaltninger til at reducere energien af ​​lysbuen i lysbuespalten. afbryder.

I denne åbningsmetode er kredsløbsafbrydelsesbetingelserne tilvejebragt af højst lysbueslukningskammeret i frakoblingsanordningen ved at skabe den nødvendige dielektriske styrke af mellemrummet, når strømmen krydser nul (vekselstrøm) eller når en tilstrækkelig værdi af lysbuespændingen (jævnstrøm).

Under lysbuedannelse kan apparatets kontakter åbne i enhver fase af strømmen, der flyder i kredsløbet, derfor skal kontakterne og elementerne i lysbuen være designet til påvirkningen af ​​en lysbue med relativt høj effekt og energi.

Bueslukningskammer til elektriske apparater

Circuit Breaker Arc Chute

2. Begrænset lysbueåbning af elektriske kredsløb

Sådanne udelukkelsesmetoder omfatter dem, hvor en relativt stor aktiv eller reaktivitet, på grund af hvilken strømmen i kredsløbet falder ret betydeligt sammenlignet med dens værdi, der eksisterede før begrænsningens begyndelse. Kontakten slukker for den begrænsede strøm, der forbliver i kredsløbet.

I dette tilfælde opstår der en effektbegrænset lysbue ved kontakterne, og at slukke lysbuen på den resterende strøm er en enklere opgave, end hvis strømmen ikke var begrænset.

Konventionelt inkluderer vi sådanne afbrydelsesmetoder i samme gruppe, hvor fasen af ​​strømafbrydelse er strengt fastsat, eller lysbuens brændetid på kontakterne er begrænset af nogle specielle foranstaltninger, for eksempel ventilanordninger osv.

3. Buefri åbning af elektriske kredsløb

Processen med at åbne elektriske kredsløb i dette tilfælde er kendetegnet ved, at lysbueudladningen ved hovedkontakterne forekommer fuldstændigt eller forekommer i form af en meget kortvarig ustabil lysbue på grund af påvirkningen af ​​induktansen og den gensidige induktans af kredsløbene . Denne type kredsløbsåbning opnås normalt ved hjælp af højeffektventiler (siliciumdioder eller tyristorer), der bruges som shuntelementer i hovedafbryderens kontakter.

Lysbueslukningsegenskaber ved åbning af DC og AC elektriske kredsløb

AC-lysbueslukningsbetingelser med aktiv deionisering af koblingsenhedsgabet er fundamentalt udelukket fra slukningsbetingelserne for DC-buer og lange åbne AC-buer.

I en permanent lysbue eller i en åben lang vekslende bue opstår ekstinktion hovedsageligt, fordi når lysbuen strækkes, er kilden til elektrisk energi ikke i stand til at dække spændingsfaldet i buesøjlen, hvilket resulterer i en ustabil tilstand, og buen er slukket.

Når der opstår en lysbue i et vekselstrømskredsløb, når lysbuesøjlen er aktivt deioniseret eller bryder ind i en række korte buer, kan lysbuen slukkes, selv når kilden stadig har en stor forsyningsspænding for at opretholde lysbuen brændende, men som viser sig at være utilstrækkelig til at sikre dens tænding - ved en aktuel nulgennemgang.

Under betingelser med aktiv deionisering under den nuværende nulgennemgang falder ledningsevnen af ​​buesøjlen så meget, at der i det mindste i kort tid skal påføres en betydelig spænding for at starte lysbuen i den næste halvcyklus.

Hvis kredsløbet ikke er i stand til at levere tilstrækkelig spænding og hastigheden af ​​dets stigning i mellemrummet, efter at strømmen passerer nul, afbrydes strømmen, det vil sige, at buen ikke vises i den næste halvcyklus, og kredsløbet er endelig slukket.

Overvej derefter de mest almindelige blot at åbne lysbuekredsløb.

Hvis kredsløbskildens spænding og strøm overstiger visse kritiske værdier, så ved kontakterne på den elektriske frakoblingsenhed når de åbner, opstår der en stabil lysbueudledning… Hvis kontakterne divergerer yderligere, eller lysbuen blæses ind i afbryderens lysbueslukningskammer, skabes ustabile lysbuebrændingsforhold, og lysbuen kan slukkes.

Efterhånden som kredsløbsspændingen og strømmen stiger, øges vanskeligheden ved at skabe ustabile lysbueforhold hurtigt. Ved spændinger, der når op på tusinder og titusinder af volt og relativt høje strømme (tusindvis af ampere), opstår der en meget kraftig lysbue i kontakterne på afbryderenheden, for at slukke den og derfor bryde kredsløbet, skal der træffes foranstaltninger for at bruge mere eller mindre sofistikerede lysbueslukningsanordninger ... Særligt betydelige vanskeligheder opstår ved afbrydelse af DC-kredsløb.

Betydelige vanskeligheder skal også overvindes under en sten. kortslutningsstrømme i AC-kredsløb i korte perioder (hundrededele og tusindedele af et sekund).

Hurtig afbrydelse af kredsløbet og fjernelse af de resulterende kortslutninger i elektriske installationer er dikteret af en række omstændigheder og først og fremmest af behovet for at opretholde driftsstabilitet. elektriske systemer, beskyttelse af ledninger og udstyr mod de termiske virkninger af kortslutningsstrømme, beskyttelse af kontakter og buekamre af afbrydelsesanordninger fra den ødelæggende virkning af en kraftig lysbue.

Hurtig fjernelse af den åbne kredsløbsbue er også af stor betydning og i enheder til lavspændingskontrolkredsløb, som normalt er designet til et meget stort antal skifteprocesser. Reduktion af varigheden af ​​lysbuebrænding fører til en reduktion i forbrændingen af ​​kontakter og andre elementer i apparatet og derfor til en forøgelse af levetiden.

Meget hurtig eliminering af lysbuen kan dog resultere i meget store overspændinger i kredsløbet, fordi lysbuen, når kredsløbet er åbent, absorberer den elektromagnetiske energi, der er lagret i kredsløbet, som kan omdannes til elektrostatisk overspændingsenergi. Således kan lysbueudladning i nogle tilfælde spille en positiv rolle. Dette skal der tages højde for.

Problemet med at skabe pålidelige højhastigheds-høj- og lavspændingsafbryderanordninger er først og fremmest baseret på den korrekte løsning af problemet med bueslukning i dem.

Afbrydelse af elektriske lav- og højspændingskredsløb med dannelsen af ​​en kraftig lysbue i kontakterne til elektriske enheder er en kompleks proces, hvis undersøgelse er afsat til et stort antal teoretiske og eksperimentelle undersøgelser og designudviklinger.

Der er et stort antal metoder til slukning af AC- og DC-buer, der bruges i praksis afhængigt af driftsspændingsniveauerne, strømmenes størrelse, den nødvendige driftstid for frakoblingsenhederne, sikkerhedsforhold mv.

På nuværende tidspunkt er simpel buedannelse stadig hovedvejen, som høj- og lavspændings-AC- og DC-koblingsenhedsteknologi fortsætter med at tage.

Se også:Højspændingsvakuumafbrydere — Design og funktionsprincip