Az elektromos ív kialakulásának folyamata és oltásának módjai

Az elektromos áramkör kinyitásakor elektromos kisülés lép fel elektromos ív formájában. Az elektromos ív megjelenéséhez elegendő, ha az érintkezők feszültsége 10 V felett van az áramkörben 0,1 A vagy annál nagyobb áramerősség mellett. Jelentős feszültségek és áramok esetén az ív belsejében a hőmérséklet elérheti a 3-15 ezer ° C-ot, aminek következtében az érintkezők és a feszültség alatt álló részek megolvadnak.

110 kV és annál nagyobb feszültségeknél az ív hossza elérheti a több métert is. Ezért az elektromos ív, különösen a nagy teljesítményű áramkörökben, 1 kV feletti feszültség esetén nagy veszélyt jelent, bár súlyos következményekkel járhat az 1 kV alatti feszültségű berendezésekben is. Ennek eredményeként az ívet a lehető legnagyobb mértékben meg kell akadályozni, és gyorsan el kell oltani az 1 kV feletti és alatti feszültségű áramkörökben.

Az elektromos ív kialakulásának okai

Az elektromos ív kialakításának folyamata a következőképpen egyszerűsíthető.Amikor az érintkezők eltérnek, először az érintkezési nyomás csökken, és ennek megfelelően az érintkezési felület nő, átmeneti ellenállás (áramsűrűség és hőmérséklet – lokális (az érintkezési terület bizonyos területein) túlmelegedés kezdődik, ami tovább járul a termikus sugárzáshoz, amikor magas hőmérséklet hatására megnő az elektronok sebessége és kiszakadnak az elektróda felületéről.

Az érintkező szétválás pillanatában, vagyis az áramkör megszakad, a feszültség gyorsan helyreáll az érintkezőrésben. Mivel ebben az esetben az érintkezők közötti távolság kicsi, van elektromos mező nagyfeszültség, amelynek hatására az elektronok kivonódnak az elektróda felületéről. Elektromos térben felgyorsulnak, és amikor egy semleges atomhoz ütköznek, kinetikus energiát adnak neki. Ha ez az energia elegendő ahhoz, hogy egy semleges atom héjáról legalább egy elektront letépjen, akkor megtörténik az ionizációs folyamat.

A képződött szabad elektronok és ionok alkotják az ívtörzs plazmáját, vagyis azt az ionizált csatornát, amelyben az ív ég és a részecskék folyamatos mozgása biztosított. Ebben az esetben a negatív töltésű részecskék, főként az elektronok, egy irányba (az anód felé), az egy vagy több elektrontól megfosztott gázok atomjai és molekulái – pozitív töltésű részecskék – pedig az ellenkező irányba (a katód felé) mozognak.

A plazma vezetőképessége közel áll a fémekéhez.

Az ívtengelyben nagy áram folyik, és magas hőmérséklet jön létre.Az ívhenger ezen hőmérséklete termikus ionizációhoz vezet - az ionképződés folyamata a nagy mozgási energiájú molekulák és atomok ütközésének következtében nagy mozgási sebesség mellett (a közeg molekulái és atomjai, ahol az ív ég, elektronokká bomlanak, és pozitívan töltött ionok). Az intenzív termikus ionizáció fenntartja a magas plazmavezetőképességet. Ezért az ív mentén kicsi a feszültségesés.

Az elektromos ívben folyamatosan két folyamat megy végbe: az ionizáció mellett az atomok és molekulák ionmentesítése is. Ez utóbbi főként diffúzióval, azaz töltött részecskék környezetbe kerülésével, valamint elektronok és pozitív töltésű ionok rekombinációjával jön létre, amelyek a szétesésükre fordított energia visszaadásával újra semleges részecskékké állnak össze. Ebben az esetben a hő a környezetbe kerül.

Így a vizsgált folyamat három szakasza különböztethető meg: ívgyújtás, amikor az ütési ionizáció és a katódból érkező elektronok kibocsátása következtében ívkisülés kezdődik és az ionizáció intenzitása nagyobb, mint a deionizáció, az ív stabil égése támogatja termikus ionizáció az ívhengerben, ha az ionizáció és az ionmentesítés intenzitása azonos, az ív eltűnése, ha az ionmentesítés intenzitása nagyobb, mint az ionizációé.

Az ív oltásának módszerei elektromos kapcsolóberendezésekben

Az elektromos áramkör elemeinek leválasztásához és a kapcsolókészülék sérülésének kizárásához nemcsak az érintkezőket kell kinyitni, hanem a közöttük megjelenő ívet is el kell oltani. Az ívoltási folyamatok, valamint az égés váltóárammal és egyenárammal eltérőek.Ezt az a tény határozza meg, hogy az első esetben az ívben lévő áram minden félciklusban átmegy nullán. Ilyenkor az ívben az energiafelszabadulás leáll, és az ív spontán kialszik, majd minden alkalommal újra kigyullad.

A gyakorlatban az ívben az áramerősség valamivel korábban válik nullához közel, mint a nulla átlépés, mert az áram csökkenésével az ívbe juttatott energia csökken, és ennek megfelelően csökken az ív hőmérséklete és megszűnik a termikus ionizáció. Ebben az esetben a deionizációs folyamat intenzíven folytatódik az ívrésben. Ha ekkor kinyitja és gyorsan kinyitja az érintkezőket, akkor előfordulhat, hogy az ezt követő elektromos megszakítás nem következik be, és az áramkör ívelés nélkül megszakad. A gyakorlatban azonban ez rendkívül nehezen kivitelezhető, ezért speciális intézkedéseket tesznek az ív kioltásának felgyorsítására, az ívtér hűtésének biztosítására és a töltött részecskék számának csökkentésére.

Az ionmentesítés hatására a rés dielektromos szilárdsága fokozatosan növekszik, és ezzel egyidejűleg nő benne a visszanyerő feszültség. Ezen értékek aránya attól függ, hogy a szivárvány kigyullad-e az időszak következő felében vagy sem. Ha a rés dielektromos szilárdsága gyorsabban növekszik, és nagyobb, mint a helyreállítási feszültség, akkor az ív már nem gyullad ki, különben stabil ív jön létre. Az első feltétel az ívoltás problémáját határozza meg.

A kapcsolóberendezésekben különböző ívoltási módszereket alkalmaznak.

Az ív kiterjesztése

Ha az érintkezők eltérnek az elektromos áramkör leválasztásakor, a keletkező ív megnyúlik.Ezzel egyidejűleg javulnak az ív hűtési feltételei, mert megnő a felülete és több feszültségre van szükség az égéshez.

Egy hosszú ív felosztása rövid ívek sorozatára

Ha az érintkezők nyitásakor keletkező ívet K rövid ívre osztjuk, például fémrácsba húzva, akkor az kialszik. Jellemzően az ívet a rácslemezekben örvényáramok által indukált elektromágneses tér hatására vezetik be egy fémrácsba. Ezt az ívoltási módszert széles körben alkalmazzák 1 kV alatti feszültségű kapcsolóberendezésekben, különösen az automatikus levegőkapcsolókban.

Ívhűtés keskeny résekben

A kis ívek oltása megkönnyített. Ezért be kapcsolóberendezések széles körben használják a hosszanti hornyokkal ellátott íves csúszdákat (egy ilyen rés tengelye egybeesik az ívhenger tengelyével). Ilyen rés általában a szigetelő íválló anyagokból készült kamrákban van kialakítva. Az ív hideg felületekkel való érintkezése miatt intenzív hűtése, töltött részecskék diffúziója a környezetben, és ennek megfelelően gyors ionmentesítése következik be.

A lapos-párhuzamos falú hornyok mellett bordákkal, kiemelkedésekkel, toldatokkal (zsebekkel) ellátott rések is használatosak. Mindez az ívhenger deformálódásához vezet, és növeli a kamra hideg falaival való érintkezésének területét.

Az ívet általában az ívvel kölcsönhatásba lépő mágneses mező húzza be keskeny résekbe, amely áramvezetőnek tekinthető.

Külső mágneses mező az ív mozgatását leggyakrabban azokkal az érintkezőkkel sorba kapcsolt tekercs biztosítja, amelyek között az ív keletkezik.A keskeny réses ívoltást minden feszültségnél alkalmazzák.

Nagynyomású ívoltás

Állandó hőmérsékleten a gáz ionizációs foka a nyomás növekedésével csökken, miközben a gáz hővezető képessége nő. Ha minden más tényező megegyezik, ez jobb ívhűtést eredményez. A nagynyomású ívoltást, amelyet maga az ív hoz létre szorosan zárt kamrákban, széles körben alkalmazzák biztosítékokban és számos más eszközben.

Ív kioltás olajban

Ha érintkezők váltása olajba helyezve a kinyitásukkor fellépő ív az olaj intenzív párolgásához vezet. Ennek eredményeként az ív körül gázbuborék (burok) képződik, amely főleg hidrogénből (70 ... 80%), valamint olajgőzből áll. A kibocsátott gázok nagy sebességgel közvetlenül behatolnak az ívhenger területére, hideg és meleg gáz keveredését okozzák a buborékban, intenzív hűtést és ennek megfelelően az ívrés ionmentesítését biztosítják. Ezenkívül a gázok ionmentesítő képessége növeli a buborék belsejében az olaj gyors bomlása során keletkező nyomást.

Az ívoltási folyamat intenzitása az olajban annál nagyobb, minél közelebbről érintkezik az ív az olajjal, és annál gyorsabban mozog az olaj az ívhez képest. Ennek ismeretében az ívhézagot zárt szigetelő berendezés - íves csúszda korlátozza... Ezekben a kamrákban az olaj szorosabb érintkezése jön létre az ívvel, és szigetelőlapok és nyomólyukak segítségével munkacsatornákat alakítanak ki. amelyen keresztül az olaj és a gázok mozgása, az ív intenzív kifújását (kifújását) biztosítva.

Az íves csúszdák működési elve szerint három fő csoportra oszthatók: önfúvással, amikor az ívben felszabaduló energia miatt nagy nyomás és gázmozgási sebesség jön létre az ív területén, olaj kényszerfúvatása speciális szivattyús hidraulikus mechanizmusok segítségével, olajban mágneses oltással, amikor az ív a mágneses tér hatása alatt áll, szűk résekbe mozog.

A leghatékonyabb és legegyszerűbb önfelfújó íves csúszdák... A csatornák és a kipufogó nyílások elhelyezkedésétől függően különböztetjük meg azokat a kamrákat, amelyekben a gáz-gőz keverék és az olaj intenzív fújása az ív árama mentén (hosszirányú fúvás), ill. az íven keresztül (keresztirányú fúvás) biztosított ). A vizsgált ívoltási módszereket széles körben alkalmazzák 1 kV feletti feszültségű megszakítókban.

Az ív oltásának egyéb módjai az 1 kV feletti feszültségű készülékekben

A fenti ívoltási módszereken kívül alkalmazzák még: sűrített levegőt, melynek áramlása az ívet végig vagy keresztben fújja, biztosítva annak intenzív hűtését (levegő helyett más gázokat használnak, gyakran szilárd gáztermelésből nyernek anyagok – rostok, vinil műanyag stb. – az égő ív általi lebomlásuk rovására), SF6 (kén-hexafluorid), melynek elektromos szilárdsága nagyobb, mint a levegő és a hidrogén, aminek következtében az ebben a gázban égő ív még légköri nyomáson is gyorsan kialszik, az érintkezők kinyitásakor erősen ritka gáz (vákuum), amelyben az ív igen nem gyullad ki (kialszik) az áram első nullán való áthaladása után.