Elektriahelate avamine

Elektriahelate avamine tähendab tavaliselt üleminekuprotsess, milles vooluahela vool muutub teatud väärtusest nulliks. Ahela avamise viimases etapis tekib lahutusseadme kontaktide vahele tühimik, millel peab lisaks nulljuhtivusele olema ka piisavalt kõrge dielektriline tugevus, et vastu pidada sellele taastatud vooluahela pinge toimele.

Kaarlahenduse füüsikalised omadused

Elektrikaar võib tekkida kontaktide (elektroodide) vahe purunemisel või nende avanemisel. Kui kontaktid avanevad, soodustab nendevahelist kaare tekkimist kontaktpinnale helendavate "täppide" tekkimine, mis on väikeste "eraldusalade" märkimisväärse voolutiheduse tagajärg. See põhjustab kaare tekkimist kontaktide purunemisel isegi üsna madala pinge korral (suurusjärgus mitukümmend volti).

Üldiselt aktsepteeritakse, et minimaalsed tingimused vähemalt ebastabiilse kaare tekkimiseks kontaktidel on vool umbes 0,5 A ja pinge 15–20 V.

Kontaktide avamisega pinge ja voolu madalamatel väärtustel kaasnevad tavaliselt ainult väikesed sädemed. Kõrgema avatud vooluahela pinge korral, kuid väiksema voolu korral on avatud kontaktide vaheline moodustumine võimalik hõõguv heide.

Hõõglahenduse olemasolu iseloomustab katoodi pinge märkimisväärne langus (kuni 300 V). Kui hõõglahendus muutub näiteks voolutugevuse suurenemisel vooluahelas kaarelahenduseks, väheneb katoodpinge langus 10–20 V-ni.

Kaarlahenduse iseloomulikud tunnused gaasikeskkonna kõrge rõhu korral on järgmised:

• suur voolutihedus kaare veerus;

• gaasi kõrge temperatuur kaarekanali sees, ulatudes 5000 K-ni ja intensiivse deionisatsiooni tingimustes 12000–15000 K ja kõrgem;

• suur voolutihedus ja madal pingelang elektroodidel.

Tavaliselt on eesmärk tagada, et vooluahela avamise protsess kulgeks võimalikult kiiresti. Selleks kasutatakse spetsiaalseid lülitusseadmeid (lülitid, kaitselülitid, kontaktorid, kaitsmed, koormuslülitid jne).

Kaare teket ei täheldata mitte ainult kaitselülitites. Kontaktide avamisel võib tekkida elektrikaar. kõrgepinge lahklülitid, kui liinide isolatsioon kattub, kui kaitsmete kaitseelemendid on läbi põlenud jne.

Nende seadmete seadmete keerukus sõltub nõuetest, mis neile esitatakse tööpinge tasemete, nimivoolude ja lühisvoolude, esinevate liigpingete tasemete, atmosfääritingimuste, kiiruse parameetrite jms osas.

Elektriahelate avamise omadused lahklülitite kaudu

Pikkade avatud vahelduvvoolukaarte kustutamise küsimus tekib kõige sagedamini lihtsate lahklülititega, näiteks väljalülitusseadmetega töötamisel. Sellistel lahklülititel pole spetsiaalseid kaare summutusseadmeid ja kontaktide avanemisel ulatuvad need ainult kaare õhku.

Kaare venitamise tingimuste parandamiseks on lahklülitid varustatud sarve- või lisavarraste elektroodidega, mida mööda kaar tõstetakse üles ja venitatakse suureks.

Internetti on üles laetud palju videoid, mis näitavad kaare tekkimist lahklülitite kontaktide avanemisel koormuse ajal (neid saab hõlpsasti leida, kui otsida sõna «kaarlahti»).

Tuul soodustab tugevalt lahtist kaare tekkimist lahklülitites või elektriliinide juhtmete ja maanduse vahel. Tuule olemasolul võib kaar olla lühem ja seetõttu ka kiiremini elimineeritud kui tuule puudumisel, kuid sellist tegurit nagu tuul ei tohiks arvesse võtta selle ebaühtluse tõttu, vaid lähtuvalt karmimatest tingimustest — täielikust tuule puudumine.

Lahtilülitite abil on võimatu suurt voolu välja lülitada, kuna kaar saavutab samal ajal märkimisväärse pikkuse, moodustades palju leeki, sulatades tugevalt lahutusseadme kontakte. Võimas avatud kaar kahjustab kergesti isolaatoreid, millega see kokku puutub, põhjustab faaside kattumist, mis põhjustab võrgus lühise.

Tavalisi lahklüliteid kasutatakse laialdaselt väikeste trafode avatud vooluahela voolude, mahtuvusliku koormusliini voolude, madala koormusega voolude jne lahtiühendamiseks.

Elektriahelate avamise viisid

Põhimõtteliselt on alalis- ja vahelduvvooluga elektriahelate avamiseks võimalikud järgmised meetodid.

1. Elektriahelate lihtne kaar

Sellesse rühma kuuluvad sellised alalis- ja vahelduvvooluga elektriahelate avamise meetodid, mille puhul ei võeta erilisi lisameetmeid vooluahela piiramiseks enne kontaktide avamist ega erimeetmeid kaare energia vähendamiseks kaare vahes. katkestaja.

Selle avamismeetodi korral tagab vooluahela katkestustingimused maksimaalselt lahutusseadme kaare kustutuskamber luues tühimiku vajaliku dielektrilise tugevuse, kui vool ületab nulli (vahelduvvool) või saavutades piisava kaarepinge väärtuse (alalisvool).

Kaare tekitamisel võivad aparaadi kontaktid avaneda vooluringis voolava voolu mis tahes faasis, seetõttu peavad kaarerenni kontaktid ja elemendid olema projekteeritud suhteliselt suure võimsuse ja energiaga kaare löömiseks.

Kaarkustutuskambrid elektriseadmetele

Kaitselüliti kaareluu

2. Elektriahelate piiratud kaaravamine

Sellised välistamismeetodid hõlmavad selliseid, mille puhul suhteliselt suur aktiivne või reaktsioonivõime, mille tõttu voolutugevus ahelas väheneb üsna oluliselt võrreldes selle väärtusega, mis oli enne piirangu algust. Lüliti lülitab välja piiratud voolu, mis jääb ahelasse.

Sellisel juhul tekib kontaktidel piiratud võimsusega kaar ja kaare kustutamine järelejäänud voolu pealt on lihtsam ülesanne kui siis, kui vool poleks piiratud.

Tavapäraselt võtame samasse gruppi sellised lahtiühendamismeetodid, mille puhul on voolukatkestuse faas rangelt fikseeritud või kaare põlemisaeg kontaktidel on piiratud mõne erimeetmega, näiteks klapiseadmed vms.

3. Elektriahelate kaarevaba avamine

Elektriahelate avamise protsessi iseloomustab sel juhul asjaolu, et kaare tühjenemine põhikontaktidel toimub täielikult või väga lühiajalise ebastabiilse kaare kujul, mis on tingitud ahelate induktiivsuse ja vastastikuse induktiivsuse mõjust. . Seda tüüpi vooluahela avamine saavutatakse tavaliselt suure võimsusega ventiilide (ränidioodid või türistorid) abil, mida kasutatakse peakaitselülitite kontaktide šunteerimiselementidena.

Kaare kustutusomadused alalis- ja vahelduvvoolu elektriahelate avamisel

Vahelduvvoolukaare kustutustingimused koos lülitusseadme pilu aktiivse deioniseerimisega on põhimõtteliselt välistatud alalisvoolukaarte ja pikkade avatud vahelduvvoolukaarte kustutustingimustest.

Püsikaares või avatud pikas vahelduvkaares toimub väljasuremine peamiselt seetõttu, et kaare venitamisel ei suuda elektrienergia allikas katta pingelangust kaarekolonnis, mille tagajärjel tekib ebastabiilne seisund ja kaar kustub.

Kui vahelduvvooluahelas tekib kaar, kui kaarekolonn on aktiivselt deioniseeritud või puruneb lühikesteks kaareteks, saab kaare kustutada isegi siis, kui allikal on veel suur toitepinge kaare põlemise säilitamiseks, kuid see selgub olema ebapiisav selle süttimise tagamiseks — voolu nulliületusel.

Aktiivse deionisatsiooni tingimustes voolu nulli ületamise ajal väheneb kaare samba juhtivus nii palju, et vähemalt lühiajaliselt tuleb sellele rakendada märkimisväärset pinget, et kaare järgmisel poolperioodil käivitada.

Kui vooluahel ei suuda pakkuda piisavat pinget ja selle vahe suurenemise kiirust, katkeb pärast voolu nullist möödumist vool, see tähendab, et kaar järgmisel poolperioodil ei ilmu ja ahel on lõpuks välja lülitatud.

Seejärel kaaluge kõige levinumaid lihtsalt kaareahelate avamine.

Kui vooluahela allika pinge ja vool ületavad teatud kriitilisi väärtusi, siis elektrilahutusseadme kontaktidel kui need avanevad, tekib stabiilne kaarlahendus… Kui kontaktid lahknevad veelgi või kaar puhutakse lahklüliti kaare kustutuskambrisse, tekivad ebastabiilsed kaare põlemistingimused ja kaare saab kustutada.

Kui vooluringi pinge ja vool suurenevad, suureneb kiiresti ebastabiilsete kaaretingimuste loomise raskus. Pingetel, mis ulatuvad tuhandete ja kümnete tuhandete voltideni ning suhteliselt kõrgete voolude (tuhandete ampriteni) korral tekib lahutusseadme kontaktides väga võimas kaar, mille kustutamiseks ja seetõttu vooluringi katkestamiseks tuleb kasutusele võtta abinõud enam-vähem keerukad kaarekustutusseadmed ... Eriti olulised raskused tekivad alalisvooluahelate väljalülitamisel.

Kivi ajal tuleb ületada ka märkimisväärseid raskusi. lühisvoolud vahelduvvooluahelates lühikest aega (saja- ja tuhandiksekunditeks).

Ahela kiire katkemine ja sellest tulenevate lühiste kõrvaldamine elektripaigaldistes on tingitud mitmetest asjaoludest ja ennekõike vajadusest säilitada töö stabiilsus. elektrisüsteemid, juhtmete ja seadmete kaitse lühisvoolude termiliste mõjude eest, lahtiühendamisseadmete kontaktide ja kaarekambrite kaitse võimsa kaare hävitava toime eest.

Suure tähtsusega on ka avatud voolukaare kiire eemaldamine ja madalpinge juhtimisahelate seadmetes, mis on tavaliselt mõeldud väga paljude lülitusprotsesside jaoks. Kaare põlemise kestuse vähendamine vähendab seadme kontaktide ja muude elementide põlemist ning seega pikendab kasutusiga.

Kaare väga kiire kõrvaldamine võib aga põhjustada vooluringis väga suuri liigpingeid, sest avatud vooluringi korral neelab kaar ahelasse salvestatud elektromagnetilist energiat, mille saab muundada elektrostaatiliseks liigenergiaks. Seega võib kaarelahendus teatud juhtudel mängida positiivset rolli. Sellega tuleks arvestada.

Usaldusväärsete kiirete kõrge- ja madalpinge eraldusseadmete loomise probleem põhineb ennekõike nendes kaare kustutamise probleemi õigel lahendamisel.

Madal- ja kõrgepinge elektriahelate katkestamine koos võimsa kaare moodustumisega elektriseadmete kontaktides on keeruline protsess, mille uurimine on pühendatud suurele hulgale teoreetilistele ja eksperimentaalsetele uuringutele ning disainiarendustele.

Praktikas on kasutusel suur hulk vahelduv- ja alaliskaare kustutamise meetodeid, mis sõltuvad tööpinge tasemetest, voolude suurusest, lahutusseadmete vajalikust tööajast, ohutustingimustest jne.

Praegu on lihtne kaarlaskmine endiselt peamine tee, mida kõrge ja madalpinge vahelduv- ja alalisvoolu lülitusseadmete tehnoloogia jätkab.

Vaata ka:Kõrgepinge vaakumkaitselülitid – konstruktsioon ja tööpõhimõte