Odpiranje električnih tokokrogov

Odpiranje električnih tokokrogov običajno pomeni tranzicijski proces, v katerem se tok tokokroga spremeni z določene vrednosti na nič. V zadnji stopnji odpiranja tokokroga se pojavi reža med kontakti odklopne naprave, ki mora imeti poleg ničelne prevodnosti tudi dovolj visoko dielektrično trdnost, da prenese delovanje napetosti tokokroga, ki se ji povrne.

Fizikalne lastnosti obločne razelektritve

Električni lok lahko nastane, ko se vrzel med kontakti (elektrodami) zlomi ali ko se odprejo. Ko se kontakti odprejo, je oblok med njimi olajšan s tvorbo žarečih "lig" na kontaktni površini, ki so posledica znatnih gostot toka na majhnih območjih "ločevanja". To povzroči nastanek obloka, ko so kontakti pretrgani, tudi pri dokaj nizki napetosti (reda nekaj deset voltov).

Splošno sprejeto je, da so minimalni pogoji za pojav vsaj nestabilnega obloka na kontaktih tok približno 0,5 A in napetost 15-20 V.

Odpiranje kontaktov pri nižjih vrednostih napetosti in toka običajno spremljajo le majhne iskre. Pri višjih napetostih odprtega kroga, vendar pri nižjih tokovih, je možna tvorba med odprtimi kontakti žareča razelektritev.

Za prisotnost žarečega praznjenja je značilen pomemben padec katodne napetosti (do 300 V). Če se žareča razelektritev spremeni v obločno razelektritev, na primer, ko se tok v vezju poveča, se padec katodne napetosti zmanjša na 10-20 V.

Značilnosti obločne razelektritve pri visokem tlaku plinskega medija so:

• visoka gostota toka v stolpcu obloka;

• visoka temperatura plina v kanalu obloka, ki doseže 5000 K, v pogojih intenzivne deionizacije pa 12000-15000 K in več;

• visoka gostota toka in nizek padec napetosti na elektrodah.

Običajno je cilj zagotoviti, da postopek odpiranja vezja poteka čim hitreje. V ta namen se uporabljajo posebne stikalne naprave (stikala, odklopniki, kontaktorji, varovalke, odklopniki bremena itd.).

Pojavi obloka so opaženi ne samo v odklopnikih. Ob odpiranju kontaktov lahko nastane električni oblok. visokonapetostni ločilniki, ko se izolacija vodov prekriva, ko so zaščitni elementi varovalk pregoreli itd.

Kompleksnost naprav teh naprav je odvisna od zahtev, ki so jim naložene glede nivojev delovne napetosti, nazivnih tokov in tokov kratkega stika, ravni prenapetosti, ki se pojavljajo, atmosferskih razmer, nazivnih hitrosti itd.

Značilnosti odpiranja električnih tokokrogov prek ločilnikov

Vprašanje gašenja dolgih odprtih oblokov izmeničnega toka se najpogosteje pojavlja pri delu s preprostimi ločilniki, kot so sprožilne naprave. Takšni ločilniki nimajo posebnih naprav za dušenje obloka in ko se kontakti odprejo, samo razširijo oblok v zrak.

Za izboljšanje pogojev za raztezanje loka so ločilniki opremljeni z rogovimi ali dodatnimi paličnimi elektrodami, vzdolž katerih se lok dvigne in raztegne na veliko dolžino.

Na spletu je naloženih veliko videoposnetkov, ki prikazujejo proces obloka, ko se kontakti ločilnikov odprejo ob obremenitvi (lahko jih najdete z iskanjem po »arcing disconnector«).

Odprt oblok na ločilnikih ali med vodniki in tlemi na električnih vodih močno spodbuja veter. Ob prisotnosti vetra je lahko lok krajši in zato hitreje izgine kot v odsotnosti, vendar dejavnika, kot je veter, ne bi smeli upoštevati zaradi njegove nekonsistentnosti, temveč glede na strožje pogoje - popolno odsotnost vetra.

S pomočjo odklopnikov je nemogoče izklopiti velik tok, saj oblok hkrati doseže precejšnjo dolžino, tvori veliko plamena, ki močno tali kontakte odklopne naprave. Močan odprt lok zlahka poškoduje izolatorje, s katerimi pride v stik, povzroči prekrivanje med fazami, kar vodi do kratkega stika v omrežju.

Konvencionalni ločilniki se pogosto uporabljajo za odklop tokov odprtega tokokroga majhnih transformatorjev, kapacitivnih obremenitvenih tokov, tokov nizke obremenitve itd.

Načini odpiranja električnih tokokrogov

Načeloma so možni naslednji načini odpiranja električnih tokokrogov z enosmernim in izmeničnim tokom.

1. Enostavno vžiganje električnih tokokrogov

V to skupino sodijo takšni načini odpiranja električnih tokokrogov z enosmernim in izmeničnim tokom, pri katerih se ne izvajajo posebni dodatni ukrepi za omejitev toka v tokokrogu pred odpiranjem kontaktov ali posebni ukrepi za zmanjšanje energije obloka v obločni reži odklopnik.

Pri tej metodi odpiranja so prekinitveni pogoji zagotovljeni za največ komora za gašenje obloka odklopne naprave z ustvarjanjem zahtevane dielektrične trdnosti reže, ko tok prečka nič (izmenični tok) ali doseže zadostno vrednost obločne napetosti (enosmerni tok).

Med oblokom se lahko kontakti aparata odprejo v kateri koli fazi toka, ki teče v tokokrogu, zato morajo biti kontakti in elementi obločnega žleba zasnovani za vpliv obloka relativno visoke moči in energije.

Gasilne komore za električne naprave

Odklopnik obločnega žleba

2. Omejeno odpiranje obloka električnih tokokrogov

Med tovrstne izključitvene metode sodijo tiste, pri katerih je razmeroma velika aktivna oz reaktivnost, zaradi česar se tok v tokokrogu precej zmanjša v primerjavi z njegovo vrednostjo, ki je obstajala pred nastopom omejitve. Stikalo izklopi omejeni tok, ki ostane v tokokrogu.

V tem primeru nastane na kontaktih močnostno omejen oblok in je gašenje obloka na preostalem toku enostavnejša naloga, kot če tok ne bi bil omejen.

Običajno v isto skupino uvrščamo takšne načine odklopa, pri katerih je faza prekinitve toka strogo določena ali pa je čas gorenja obloka na kontaktih omejen z nekaterimi posebnimi ukrepi, na primer z ventilskimi napravami itd.

3. Odpiranje električnih tokokrogov brez loka

Za proces odpiranja električnih tokokrogov je v tem primeru značilno, da se obločna razelektritev na glavnih kontaktih pojavi v celoti ali se pojavi v obliki zelo kratkotrajnega nestabilnega obloka zaradi vpliva induktivnosti in medsebojne induktivnosti tokokrogov. . Ta vrsta odpiranja tokokroga se običajno doseže s pomočjo ventilov visoke moči (silicijeve diode ali tiristorji), ki se uporabljajo kot ranžirni elementi kontaktov glavnega odklopnika.

Značilnosti gašenja obloka pri odpiranju električnih tokokrogov DC in AC

Pogoji gašenja obloka z izmeničnim tokom z aktivno deionizacijo reže stikalne naprave so načeloma izključeni iz pogojev gašenja obloka z enosmernim tokom in dolgega odprtega obloka z izmeničnim tokom.

V trajnem obloku ali v odprtem dolgem izmeničnem obloku pride do gašenja predvsem zato, ker pri raztezanju obloka vir električne energije ne more pokriti padca napetosti v stebru obloka, zaradi česar pride do nestabilnega stanja in lok ugasne.

Ko pride do obloka v izmeničnem tokokrogu, ko je stolpec obloka aktivno deioniziran ali razpade v vrsto kratkih lokov, se lahko oblok ugasne tudi, če ima vir še vedno visoko napajalno napetost za vzdrževanje gorenja obloka, vendar se izkaže, ne zadostuje za zagotovitev njegovega vžiga - pri trenutnem prehodu ničle.

V pogojih aktivne deionizacije med trenutnim prehodom ničle se prevodnost stebra obloka toliko zmanjša, da je treba vsaj za kratek čas nanj uporabiti znatno napetost, da se oblok zažene v naslednjem polciklu.

Če vezje ni sposobno zagotoviti zadostne napetosti in hitrosti njenega povečevanja v vrzeli, potem ko tok preide nič, se tok prekine, to pomeni, da se oblok ne pojavi v naslednjem pol-ciklu in vezje je končno ugasnjen.

Nato razmislite o najpogostejših preprosto odpiranje obločnih tokokrogov.

Če napetost in tok vira vezja presežeta določene kritične vrednosti, potem na kontaktih električne odklopne naprave ko se odprejo, pride do stabilne obločne razelektritve… Če se kontakti še bolj razhajajo ali oblok piha v komoro za gašenje obloka ločilnika, nastanejo nestabilni pogoji gorenja obloka in oblok se lahko ugasne.

Ko se napetost in tok tokokroga povečata, se težave pri ustvarjanju nestabilnih obločnih oblokov hitro povečajo. Pri napetostih, ki dosegajo na tisoče in desettisoče voltov in relativno visokih tokovih (na tisoče amperov), se v kontaktih odklopne naprave pojavi zelo močan oblok, da bi ga ugasnili in s tem prekinili tokokrog, je treba sprejeti ukrepe za uporabo bolj ali manj sofisticirane naprave za gašenje obloka ... Posebej velike težave nastanejo pri izklopu enosmernih tokokrogov.

Tudi med skalo je treba premagati precejšnje težave. tokovi kratkega stika v AC tokokrogih za kratek čas (stotinke in tisočinke sekunde).

Hiter prekinitev tokokroga in odpravo nastalih kratkih stikov v električnih inštalacijah narekuje vrsta okoliščin in v prvi vrsti potreba po ohranjanju stabilnosti delovanja. električni sistemi, zaščita žic in opreme pred toplotnimi učinki tokov kratkega stika, zaščita kontaktov in obločnih komor odklopnih naprav pred uničujočim delovanjem močnega loka.

Zelo pomembna je tudi hitra odstranitev odprtega obloka in v napravah za nizkonapetostna krmilna vezja, ki so običajno zasnovani za zelo veliko število preklopnih procesov. Zmanjšanje trajanja gorenja obloka vodi do zmanjšanja gorenja kontaktov in drugih elementov aparata in s tem do povečanja življenjske dobe.

Vendar pa lahko zelo hitra izločitev obloka povzroči zelo velike prenapetosti v tokokrogu, ker oblok, ko je tokokrog odprt, absorbira elektromagnetno energijo, shranjeno v tokokrogu, ki se lahko pretvori v elektrostatično prenapetostno energijo. Tako ima lahko obločna razelektritev v nekaterih primerih pozitivno vlogo. To je treba upoštevati.

Problem ustvarjanja zanesljivih visokohitrostnih visoko- in nizkonapetostnih odklopnih naprav najprej temelji na pravilni rešitvi vprašanja gašenja obloka v njih.

Prekinitev nizkonapetostnih in visokonapetostnih električnih tokokrogov z nastankom močnega obloka v kontaktih električnih naprav je zapleten proces, katerega preučevanju je posvečeno ogromno število teoretičnih in eksperimentalnih študij ter oblikovalskega razvoja.

Obstaja veliko načinov gašenja izmeničnega in enosmernega obloka, ki se v praksi uporabljajo glede na nivoje delovne napetosti, velikost tokov, zahtevan čas delovanja odklopnih naprav, varnostne pogoje itd.

Trenutno je preprosto obločenje še vedno glavna pot, ki jo še naprej ubira tehnologija visokonapetostnih in nizkonapetostnih AC in DC stikalnih naprav.

Poglej tudi:Visokonapetostni vakuumski odklopniki – zasnova in princip delovanja