Elektromos áramkörök nyitása

Az elektromos áramkörök nyitása általában azt jelenti átmeneti folyamat, amelyben az áramkör árama egy bizonyos értékről nullára változik. Az áramkör nyitásának utolsó szakaszában a leválasztó eszköz érintkezői között rés jelenik meg, amelynek a nulla vezetőképesség mellett kellően nagy dielektromos szilárdsággal is rendelkeznie kell ahhoz, hogy ellenálljon a rá visszaállított áramköri feszültség hatásának.

Az ívkisülés fizikai jellemzői

Elektromos ív akkor fordulhat elő, amikor az érintkezők (elektródák) közötti rés eltörik, vagy amikor kinyílnak. Amikor az érintkezők kinyílnak, a köztük lévő ívet elősegíti, hogy az érintkezési felületen izzó "foltok" képződnek, amelyek a kis "leválási" területeken jelentkező jelentős áramsűrűség következményei. Ez ív keletkezését okozza, amikor az érintkezők megszakadnak, még meglehetősen alacsony (több tíz voltos nagyságrendű) feszültségnél is.

Általánosan elfogadott, hogy az érintkezők legalább instabil ívképződésének minimális feltételei a következők áram körülbelül 0,5 A és feszültség 15-20 V.

Az érintkezők nyitását alacsonyabb feszültség- és áramértékeknél általában csak kis szikrák kísérik. Magasabb nyitott áramköri feszültségeknél, de kisebb áramerősségeknél a nyitott érintkezők közötti képződés lehetséges izzó kisülés.

Az izzító kisülés jelenlétét a katódfeszültség jelentős csökkenése (300 V-ig) jellemzi. Ha az izzító kisülés például ívkisüléssé válik, amikor az áramkörben nő az áram, akkor a katód feszültségesése 10-20 V-ra csökken.

A nagy nyomású gázközeg ívkisülésének jellemzői:

• nagy áramsűrűség az ívoszlopban;

• a gáz magas hőmérséklete az ívcsatornán belül, eléri az 5000 K-t, intenzív ionmentesítés esetén pedig 12000-15000 K és magasabb;

• nagy áramsűrűség és alacsony feszültségesés az elektródáknál.

Általában az a cél, hogy az áramkör nyitási folyamata a lehető leggyorsabban lezajljon. Erre a célra speciális kapcsolóberendezéseket (kapcsolók, megszakítók, mágneskapcsolók, biztosítékok, terhelésmegszakítók stb.) használnak.

Ívíves jelenségek nem csak a megszakítókban figyelhetők meg. Az érintkezők kinyitásakor elektromos ív keletkezhet. nagyfeszültségű szakaszolók, amikor a vezetékek szigetelése átfedésben van, amikor a biztosítékok védőelemei kiégnek stb.

Ezen készülékek berendezéseinek összetettsége az üzemi feszültségszintek, névleges áramok és zárlati áramok, a fellépő túlfeszültségek szintjei, légköri viszonyok, fordulatszám-értékek stb. tekintetében a velük szemben támasztott követelményektől függ.

Az elektromos áramkörök szakaszolókon keresztül történő nyitásának jellemzői

A váltakozó áram hosszú nyitott ívei kioltásának kérdése leggyakrabban akkor merül fel, ha egyszerű szakaszolókkal, például kioldóeszközökkel dolgozik. Az ilyen szakaszolóknak nincs speciális ívelnyomó berendezése, és az érintkezők nyitásakor csak az ívet terjesztik ki a levegőbe.

Az ívnyújtás feltételeinek javítása érdekében a szakaszolókat kürttel vagy kiegészítő rúdelektródákkal látják el, amelyek mentén az ív felemelkedik és nagy hosszra nyújtódik.

Az internetre számos videót töltöttek fel, amelyek bemutatják az ívelés folyamatát, amikor a szakaszolók érintkezői terhelésre kinyílnak (ezek könnyen megtalálhatók az «íves szakaszoló» kifejezésre keresve).

A szél erősen ösztönzi a nyílt ívképződést a szakaszolóknál vagy a vezetékek és a földelés között az elektromos vezetékeken. Szél jelenlétében az ív rövidebb lehet, és ezért gyorsabban megszűnik, mint szél hiányában, azonban az olyan tényezőt, mint a szél, nem az inkonzisztencia miatt kell figyelembe venni, hanem a súlyosabb körülmények alapján - a teljes szél hiánya.

A szakaszolók segítségével lehetetlen nagy áramot kikapcsolni, mivel az ív ugyanakkor jelentős hosszúságot ér el, sok lángot képezve, erősen megolvasztva a leválasztó eszköz érintkezőit. Az erős nyitott ív könnyen károsítja a szigetelőket, amelyekkel érintkezik, átfedést okoz a fázisok között, ami rövidzárlathoz vezet a hálózatban.

A hagyományos szakaszolókat széles körben használják kis transzformátorok nyitott áramköri áramainak, kapacitív terhelési vonali áramoknak, kis terhelésű áramoknak stb.

Az elektromos áramkörök megnyitásának módjai

Elvileg a következő módszerek lehetségesek egyenáramú és váltakozó áramú elektromos áramkörök nyitására.

1. Elektromos áramkörök egyszerű ívelése

Ebbe a csoportba tartoznak az elektromos áramkörök egyen- és váltakozóáramú nyitásának olyan módszerei, amelyeknél nem tesznek különleges kiegészítő intézkedéseket az áramkörben lévő áram korlátozására az érintkezők kinyitása előtt, vagy különleges intézkedéseket az ív energiájának csökkentésére az ív résében. megszakító.

Ennél a nyitási módnál az áramkör megszakítási feltételeit legfeljebb az biztosítja a leválasztó berendezés ívoltó kamrája a rés szükséges dielektromos szilárdságának létrehozásával, amikor az áram átlépi a nullát (váltóáram), vagy eléri az ívfeszültség megfelelő értékét (egyenáram).

Ívképzés során a készülék érintkezői az áramkörben folyó áram bármely fázisában kinyílhatnak, ezért az ívcsúszda érintkezőit és elemeit viszonylag nagy teljesítményű és energiájú ív becsapódására kell tervezni.

Ívoltó kamrák elektromos készülékekhez

Áramköri megszakító ív csúszda

2. Elektromos áramkörök korlátozott ívnyitása

Ilyen kizárási módszerek közé tartoznak azok, amelyekben viszonylag nagy aktív ill reakcióképesség, ami miatt az áramkörben az áramerősség meglehetősen jelentősen csökken a korlátozás kezdete előtt fennálló értékéhez képest. A kapcsoló kikapcsolja az áramkörben maradó korlátozott áramot.

Ebben az esetben az érintkezőknél teljesítménykorlátozott ív keletkezik, és az ív eloltása a maradék áramon egyszerűbb feladat, mintha az áramerősség nem lenne korlátozva.

Hagyományosan ebbe a csoportba soroljuk az olyan lekapcsolási módszereket, amelyeknél az árammegszakítás fázisa szigorúan rögzített, vagy az érintkezőkön az ív égési idejét bizonyos speciális intézkedések korlátozzák, például szelepek stb.

3. Elektromos áramkörök ív nélküli nyitása

Az elektromos áramkörök nyitásának folyamatát ebben az esetben az a tény jellemzi, hogy az ívkisülés a fő érintkezőknél teljesen vagy nagyon rövid ideig instabil ív formájában jelentkezik az áramkörök induktivitásának és kölcsönös induktivitásának hatására. . Az ilyen típusú áramkör-nyitás általában nagy teljesítményű szelepek (szilíciumdiódák vagy tirisztorok) segítségével érhető el, amelyeket a fő megszakító érintkezőinek tolatóelemeiként használnak.

Ívoltási jellemzők DC és AC elektromos áramkörök nyitásakor

Az egyenáramú ívek és a hosszú nyitott váltakozó áramú ívek oltási feltételei közül alapvetően ki vannak zárva a váltakozó áramú ívoltási feltételek a kapcsolókészülék-rés aktív ionmentesítése mellett.

Állandó ívben vagy nyitott hosszú váltakozó ívben a kioltás elsősorban azért következik be, mert az ív megfeszítésekor a villamos energia forrása nem tudja fedezni az ívoszlop feszültségesését, ennek következtében instabil állapot lép fel és a ív kialszik.

Amikor ív keletkezik egy váltakozó áramú áramkörben, amikor az ívoszlop aktívan ionmentes, vagy rövid ívek sorozatára szakad, az ív még akkor is kioltható, ha a forrás még mindig nagy tápfeszültséggel rendelkezik az ív égésének fenntartásához, de ez kiderül. hogy elégtelen legyen a gyújtásának biztosításához – az áram nulla átlépésénél.

Aktív ionmentesítés körülményei között az áram nulla átlépése során az ívoszlop vezetőképessége annyira lecsökken, hogy legalább rövid időre jelentős feszültséget kell rá adni ahhoz, hogy a következő félciklusban az ív elinduljon.

Ha az áramkör nem tud elegendő feszültséget biztosítani és a rés növekedési ütemét, az áram nulla elérése után az áram megszakad, vagyis a következő félciklusban nem jelenik meg az ív és az áramkör végül kikapcsolt.

Ezután vegye figyelembe a leggyakoribbakat íváramkörök egyszerűen megnyitása.

Ha az áramkör forrásfeszültsége és árama meghalad bizonyos kritikus értékeket, akkor az elektromos megszakító eszköz érintkezőinél amikor kinyílnak, stabil ívkisülés lép fel… Ha az érintkezők tovább eltávolodnak, vagy az ívet befújják a szakaszoló ívoltó kamrájába, instabil ívégési viszonyok jönnek létre, és az ív eloltható.

Az áramkör feszültségének és áramerősségének növekedésével gyorsan nő az instabil ívkörülmények létrehozásának nehézsége. Ezer és tízezer voltot elérő feszültségnél és viszonylag nagy áramerősségnél (több ezer ampernél) nagyon erős ív keletkezik a leválasztó eszköz érintkezőiben, ennek kioltása és az áramkör megszakítása érdekében intézkedni kell többé-kevésbé kifinomult ívoltó készülékek ... Különösen jelentős nehézségek merülnek fel az egyenáramú áramkörök kikapcsolásakor.

A szikla során jelentős nehézségeket is le kell küzdeni. rövidzárlati áramok AC áramkörökben rövid ideig (század és ezredmásodperc).

Az áramkör gyors megszakítását és az ebből eredő rövidzárlatok eltávolítását az elektromos berendezésekben számos körülmény, és mindenekelőtt a működés stabilitásának megőrzése határozza meg. elektromos rendszerek, vezetékek és berendezések védelme a rövidzárlati áramok hőhatásaitól, a leválasztó eszközök érintkezőinek és ívkamráinak védelme az erős ív pusztító hatásától.

A nyitott áramköri ív gyors eltávolítása is nagy jelentőséggel bír és kisfeszültségű vezérlőáramkörök készülékeiben, amelyeket általában nagyon sok kapcsolási folyamatra terveztek. Az ívégetés időtartamának csökkentése az érintkezők és a berendezés egyéb elemeinek égésének csökkenéséhez, és ezáltal az élettartam növekedéséhez vezet.

Az ív nagyon gyors megszüntetése azonban nagyon nagy túlfeszültségeket eredményezhet az áramkörben, mert az ív, amikor az áramkör nyitva van, elnyeli az áramkörben tárolt elektromágneses energiát, amely elektrosztatikus túlfeszültség-energiává alakítható. Így az ívkisülés bizonyos esetekben pozitív szerepet játszhat. Ezzel számolni kell.

A megbízható, nagy sebességű nagy- és kisfeszültségű leválasztó eszközök létrehozásának problémája mindenekelőtt az ívoltás kérdésének helyes megoldásán alapul.

Az alacsony és nagyfeszültségű elektromos áramkörök megszakítása erős ív kialakulásával az elektromos eszközök érintkezőiben összetett folyamat, amelynek tanulmányozása számos elméleti és kísérleti tanulmánynak és tervezési fejlesztésnek szentelődik.

A váltóáramú és egyenáramú ívek oltására nagyszámú módszer létezik, amelyeket a gyakorlatban alkalmaznak az üzemi feszültségszintektől, az áramok nagyságától, a leválasztó eszközök szükséges működési idejétől, a biztonsági feltételektől stb.

Jelenleg még mindig az egyszerű ívelés a fő út, amelyen a nagy- és kisfeszültségű váltakozó és egyenáramú váltakozóáramú és egyenáramú kapcsolókészülékek technológiája továbbra is követi.

Lásd még:Nagyfeszültségű vákuum-megszakítók – Felépítés és működési elv