Otvaranje električnih krugova

Otvaranje električnih krugova obično znači prijelazni proces, u kojem se struja kruga mijenja od određene vrijednosti do nule. U posljednjoj fazi otvaranja strujnog kruga pojavljuje se razmak između kontakata rastavljača, koji osim nulte vodljivosti mora imati i dovoljno visoku dielektričnu čvrstoću da izdrži djelovanje napona kruga koji mu se vraća.

Fizičke karakteristike lučnog pražnjenja

Električni luk može nastati kada pukne razmak između kontakata (elektroda) ili kada se otvore. Kada se kontakti otvore, stvaranje luka između njih je olakšano stvaranjem užarenih "mrlja" na kontaktnoj površini, koje su posljedica značajnih gustoća struje na malim područjima "odvajanja". To uzrokuje stvaranje luka kada su kontakti prekinuti, čak i pri prilično niskom naponu (reda nekoliko desetaka volti).

Općenito je prihvaćeno da su minimalni uvjeti za pojavu barem nestabilnog luka na kontaktima struja oko 0,5 A i napon 15 — 20 V.

Otvaranje kontakata pri nižim vrijednostima napona i struje obično je popraćeno samo malim iskrama. Pri višim naponima otvorenog kruga, ali pri nižim strujama, moguće je stvaranje između otvorenih kontakata tinjajuće pražnjenje.

Prisutnost tinjajućeg pražnjenja karakterizira značajan pad napona katode (do 300 V). Ako se tinjajuće pražnjenje pretvori u lučno pražnjenje, na primjer, kako struja u krugu raste, tada se pad napona na katodi smanjuje na 10 - 20 V.

Karakteristične značajke lučnog pražnjenja pri visokom tlaku plinskog medija su:

• velika gustoća struje u stupcu luka;

• visoka temperatura plina unutar lučnog kanala, koja doseže 5000 K, au uvjetima intenzivne deionizacije, 12000 - 15000 K i više;

• velika gustoća struje i mali pad napona na elektrodama.

Obično je cilj osigurati da se proces otvaranja kruga odvija što je brže moguće. U tu svrhu koriste se posebni rasklopni uređaji (prekidači, prekidači, kontaktori, osigurači, prekidači opterećenja itd.).

Pojava luka uočena je ne samo u prekidačima. Može doći do električnog luka kada se kontakti otvore. visokonaponski rastavljači, kada se izolacija vodova preklapa, kada su zaštitni elementi osigurača pregorjeli itd.

Složenost uređaja ovih uređaja ovisi o zahtjevima koji im se postavljaju u pogledu razina radnog napona, nazivnih struja i struja kratkog spoja, razina prenapona koji se javljaju, atmosferskih uvjeta, brzina vrtnje itd.

Značajke otvaranja električnih krugova kroz rastavljače

Pitanje gašenja dugih otvorenih lukova izmjenične struje najčešće se susreće pri radu s jednostavnim rastavljačima kao što su okidači. Takvi rastavljači nemaju posebne uređaje za gašenje luka, a kada se kontakti otvore, samo produljuju luk u zrak.

Da bi se poboljšali uvjeti za rastezanje luka, rastavljači su opremljeni rogastim ili dodatnim štapnim elektrodama, duž kojih se luk podiže i rasteže na veliku duljinu.

Na Internetu je postavljeno mnogo videozapisa koji prikazuju proces stvaranja luka kada se kontakti rastavljača otvore pod opterećenjem (lako ih je pronaći traženjem pojma «lučni rastavljač»).

Otvoreni luk na rastavljačima ili između vodiča i zemlje na dalekovodima snažno potiče vjetar. U prisutnosti vjetra, luk može biti kraći i stoga se eliminira brže nego u odsutnosti vjetra. Međutim, faktor kao što je vjetar ne treba uzeti u obzir zbog njegove nedosljednosti, već na temelju težih uvjeta - potpune odsustvo vjetra.

Uz pomoć rastavljača nemoguće je isključiti veliku struju, budući da luk u isto vrijeme doseže značajnu duljinu, stvarajući puno plamena, snažno otapajući kontakte uređaja za odspajanje. Snažni otvoreni luk lako oštećuje izolatore s kojima dolazi u kontakt, uzrokuje preklapanje između faza, što dovodi do kratkog spoja u mreži.

Konvencionalni rastavljači naširoko se koriste za odvajanje struje otvorenog kruga malih transformatora, kapacitivne struje opterećenja, struje niskog opterećenja itd.

Načini otvaranja električnih krugova

U principu, moguće su sljedeće metode za otvaranje električnih krugova s ​​istosmjernom i izmjeničnom strujom.

1. Jednostavno stvaranje luka električnih krugova

U ovu skupinu spadaju takvi načini otvaranja električnih krugova s ​​istosmjernom i izmjeničnom strujom, kod kojih se ne poduzimaju posebne dodatne mjere za ograničavanje struje u krugu prije otvaranja kontakata ili posebne mjere za smanjenje energije luka u lučnom međuprostoru prekidač.

U ovoj metodi otvaranja uvjeti prekida strujnog kruga osigurani su za najviše komora za gašenje luka uređaja za odvajanje stvaranjem potrebne dielektrične čvrstoće raspora kada struja prijeđe nulu (izmjenična struja) ili dostizanjem dovoljne vrijednosti napona luka (istosmjerna struja).

Tijekom lučenja, kontakti uređaja mogu se otvoriti u bilo kojoj fazi struje koja teče u krugu, stoga kontakti i elementi lučnog otvora moraju biti projektirani za udar luka relativno velike snage i energije.

Komore za gašenje luka za električne uređaje

Lučni žlijeb prekidača

2. Ograničeno otvaranje luka električnih krugova

Takve metode isključenja uključuju one u kojima relativno veliki aktivni ili reaktivnost, zbog čega se struja u krugu znatno smanjuje u usporedbi s njegovom vrijednošću koja je postojala prije početka ograničenja. Prekidač isključuje ograničenu struju koja ostaje u krugu.

U tom slučaju na kontaktima nastaje luk ograničene snage, a gašenje luka na preostaloj struji je jednostavniji zadatak nego da struja nije ograničena.

Konvencionalno u istu skupinu ubrajamo takve metode odvajanja kod kojih je faza prekida struje strogo određena ili je vrijeme gorenja luka na kontaktima ograničeno nekim posebnim mjerama, na primjer, ventilskim uređajima i sl.

3. Otvaranje električnih krugova bez luka

Proces otvaranja električnih krugova u ovom slučaju karakterizira činjenica da se lučno pražnjenje na glavnim kontaktima događa potpuno ili se javlja u obliku vrlo kratkotrajnog nestabilnog luka zbog utjecaja induktiviteta i međusobnog induktiviteta krugova. . Ovakav način otvaranja strujnog kruga obično se postiže pomoću ventila velike snage (silicijeve diode ili tiristori) koji se koriste kao ranžirni elementi kontakata glavnog prekidača.

Karakteristike gašenja luka pri otvaranju istosmjernih i izmjeničnih električnih krugova

Uvjeti gašenja izmjeničnog luka s aktivnom deionizacijom razmaka sklopnog uređaja u osnovi su isključeni iz uvjeta gašenja istosmjernog luka i dugog otvorenog izmjeničnog luka.

U trajnom luku ili u otvorenom dugom izmjeničnom luku, do gašenja dolazi uglavnom zato što kada se luk rasteže, izvor električne energije ne može pokriti pad napona u stupcu luka, uslijed čega dolazi do nestabilnog stanja i luk se gasi.

Kada se luk pojavi u strujnom krugu izmjenične struje, kada je stupac luka aktivno deioniziran ili se razbije u niz kratkih lukova, luk se može ugasiti čak i kada izvor još uvijek ima veliki napon napajanja za održavanje gori luka, ali što ispada biti nedovoljan da osigura njegovo paljenje - pri trenutnom prelasku nule.

U uvjetima aktivne deionizacije tijekom trenutnog prelaska nule, vodljivost stupca luka toliko se smanjuje da se, barem na kratko vrijeme, na njega mora primijeniti značajan napon kako bi se započeo luk u sljedećem poluciklusu.

Ako strujni krug nije u stanju osigurati dovoljan napon i brzinu njegovog porasta u međuprostoru, nakon što struja prijeđe nulu, struja se prekida, odnosno luk se ne pojavljuje u sljedećem poluperiodu i strujni krug je konačno ugašen.

Zatim razmotrite najčešće jednostavno otvaranje krugova luka.

Ako napon i struja izvora kruga prijeđu određene kritične vrijednosti, tada na kontaktima električnog uređaja za odvajanje kada se otvore, dolazi do stabilnog pražnjenja luka… Ako kontakti dalje odstupaju ili se luk upuhne u komoru za gašenje luka rastavljača, stvaraju se nestabilni uvjeti gorenja luka i luk se može ugasiti.

Kako se napon i struja strujnog kruga povećavaju, poteškoće u stvaranju nestabilnih uvjeta luka brzo se povećavaju. Pri naponima koji dosežu tisuće i desetke tisuća volti i relativno visokim strujama (tisuće ampera), u kontaktima uređaja za odvajanje dolazi do vrlo snažnog luka, kako bi se ugasio i time prekinuo strujni krug, moraju se poduzeti mjere za korištenje više ili manje sofisticirani uređaji za gašenje luka ... Osobito značajne poteškoće nastaju pri isključivanju istosmjernih krugova.

Znatne poteškoće također se moraju prevladati tijekom stijene. struje kratkog spoja u strujnim krugovima izmjenične struje u kratkim vremenskim razdobljima (stotinke i tisućinke sekunde).

Brzo prekidanje strujnog kruga i otklanjanje nastalih kratkih spojeva u električnim instalacijama uvjetovano je nizom okolnosti, a prije svega potrebom održavanja stabilnosti rada. električni sustavi, zaštita žica i opreme od toplinskih učinaka struja kratkog spoja, zaštita kontakata i lučnih komora uređaja za odvajanje od destruktivnog djelovanja snažnog luka.

Brzo uklanjanje luka otvorenog kruga također je od velike važnosti i u uređajima za regulacijske krugove niskog napona, koji su obično dizajnirani za vrlo velik broj sklopnih procesa. Smanjenje trajanja gorenja luka dovodi do smanjenja izgaranja kontakata i drugih elemenata aparata i, prema tome, do povećanja radnog vijeka.

Međutim, vrlo brzo uklanjanje luka može rezultirati vrlo velikim udarima u krugu jer luk, kada je krug otvoren, apsorbira elektromagnetsku energiju pohranjenu u krugu, koja se može pretvoriti u elektrostatsku energiju udara. Stoga, lučno pražnjenje može igrati pozitivnu ulogu u nekim slučajevima. Ovo treba uzeti u obzir.

Problem stvaranja pouzdanih brzih visokonaponskih i niskonaponskih rastavljačkih uređaja, prije svega, temelji se na ispravnom rješenju problema gašenja luka u njima.

Prekid niskonaponskih i visokonaponskih električnih krugova s ​​stvaranjem snažnog luka u kontaktima električnih uređaja složen je proces, čijem proučavanju je posvećen veliki broj teorijskih i eksperimentalnih studija i razvoja dizajna.

Postoji veliki broj metoda gašenja izmjeničnog i istosmjernog luka koji se koriste u praksi ovisno o razinama radnog napona, veličini struja, potrebnom vremenu rada rastavljača, sigurnosnim uvjetima itd.

Trenutačno je jednostavno stvaranje luka još uvijek glavni put kojim tehnologija visokonaponskih i istosmjernih sklopnih uređaja nastavlja ići.

Vidi također:Visokonaponski vakuumski prekidači — Dizajn i princip rada