Отваряне на електрически вериги

Отварянето на електрически вериги обикновено означава преходен процес, при който токът на веригата се променя от определена стойност на нула. В последния етап на отваряне на веригата възниква празнина между контактите на изключващото устройство, което освен нулева проводимост, трябва да получи и достатъчно висока диелектрична якост, за да издържи действието на възстановяващото се върху нея напрежение на веригата.

Физически характеристики на дъговия разряд

Електрическа дъга може да възникне, когато пролуката между контактите (електродите) се скъса или когато се отворят. Когато контактите се отварят, дъгата между тях се улеснява от образуването на нажежаеми „точки“ на контактната повърхност, които са следствие от значителни плътности на тока върху малки зони на „разделяне“. Това причинява образуването на дъга, когато контактите са прекъснати, дори при доста ниско напрежение (от порядъка на няколко десетки волта).

Обикновено се приема, че минималните условия за възникване на поне нестабилна дъга върху контактите са ток около 0,5 A и напрежение 15 — 20 V.

Отварянето на контактите при по -ниски стойности на напрежение и ток обикновено се придружава само от малки искри. При по -високи напрежения в отворената верига, но при по -ниски токове е възможно образуване между отворените контакти светещ разряд.

Наличието на светещ разряд се характеризира със значителен спад на напрежението на катода (до 300 V). Ако светещ разряд се превърне в дъгов разряд, например, с увеличаване на тока във веригата, тогава спадът на напрежението на катода намалява до 10 — 20 V.

Характерните особености на дъговия разряд при високо налягане на газова среда са:

• висока плътност на тока в дъговата колона;

• висока температура на газа вътре в дъговия канал, достигаща 5000 K, а при условия на интензивна дейонизация, 12000 — 15000 K и по -високи;

• висока плътност на тока и нисък спад на напрежението при електродите.

Обикновено целта е да се гарантира, че процесът на отваряне на веригата протича възможно най -бързо. За тази цел се използват специални комутационни устройства (превключватели, прекъсвачи, контактори, предпазители, прекъсвачи на натоварване и др.).

Явленията на дъгата се наблюдават не само в прекъсвачите. При отваряне на контактите може да възникне електрическа дъга. разединители за високо напрежение, когато изолацията на линиите се припокрива, когато предпазителните елементи на предпазителите са изгорели и т.н.

Сложността на устройствата на тези устройства зависи от изискванията, наложени им спрямо нивата на работното напрежение, стойностите на номиналните токове и токовете на късо съединение, нивата на възникващите пренапрежения, атмосферните условия, степента на скоростта и т.н.

Характеристики на отваряне на електрически вериги чрез разединители

Въпросът за гасене на дълги отворени дъги на променлив ток се среща най -често при работа с прости разединители като изключващи устройства. Такива разединители нямат специални устройства за потискане на дъгата и когато контактите се отворят, те разтягат дъгата само във въздуха.

За да се подобрят условията за разтягане на дъгата, разединителите са оборудвани с клаксонови или допълнителни електроди с пръти, по които дъгата се повдига нагоре и се разтяга на голяма дължина.

В интернет има много качени видеоклипове, които показват процеса на възникване на електрическа дъга при отваряне на контактите на разединители при натоварване (те могат лесно да бъдат намерени при заявка «електрически дъгов разединител»).

Изчезването на отворени дъги при разединители или между проводници и земя на електропроводи се насърчава силно от вятъра. При наличие на вятър дъгата може да бъде по -къса и следователно да се елиминира по -бързо, отколкото при липса на вятър.Такъв фактор като вятъра обаче не трябва да се взема предвид поради неговата непостоянство, а да се изхожда от по -тежки условия — пълната липса на вятър.

С помощта на разединители е невъзможно да се изключи голям ток, тъй като дъгата в същото време достига значителна дължина, образувайки много пламък, силно стопява контактите на изключващото устройство. Мощната отворена дъга лесно уврежда изолаторите, с които влиза в контакт, причинява припокриване между фазите, което води до късо съединение в мрежата.

Конвенционалните разединители се използват широко за изключване на токове с отворена верига на малки трансформатори, капацитивни токове на зареждаща линия, токове с ниско натоварване и др.

Начини за отваряне на електрически вериги

По принцип са възможни следните методи за отваряне на електрически вериги с постоянен и променлив ток.

1. Просто отваряне на дъга на електрически вериги

Тази група включва такива методи за отваряне на електрически вериги с постоянен и променлив ток, при които не се предприемат специални допълнителни мерки за ограничаване на тока във веригата преди отваряне на контактите или специални мерки за намаляване на енергията на дъгата в дъговата междина на прекъсвача .

При този метод на отваряне условията за прекъсване на веригата се осигуряват от най -много дъгогасителна камера на разединителното устройство чрез създаване на необходимата диелектрична якост на пролуката, когато токът преминава нула (променлив ток) или достигане на достатъчна стойност на напрежението на дъгата (постоянен ток).

По време на изключване на дъгата контактите на апарата могат да се отворят във всяка фаза на тока, протичащ по веригата, поради което контактите и елементите на дъговия улей трябва да бъдат проектирани за въздействието на дъга със сравнително висока мощност и енергия.

Камери за дъгогасене за електрически устройства

Дъгови улей за прекъсвач

2. Ограничено дъгово отваряне на електрическите вериги

Такива методи за изключване включват тези, при които относително голям активен или реактивност, поради което токът във веригата намалява доста значително в сравнение със стойността му, която е съществувала преди началото на ограничението. Превключвателят изключва ограничения ток, който остава във веригата.

В този случай на контактите възниква дъга с ограничена мощност и гасенето на дъгата на оставащия ток е по -проста задача, отколкото ако токът не е ограничен.

Конвенционално ние включваме такива методи на изключване в същата група, в която фазата на прекъсване на тока е строго фиксирана или времето на изгаряне на дъгата върху контактите е ограничено от някои специални мерки, например вентилни устройства и т.н.

3. Бездугово отваряне на електрически вериги

Процесът на отваряне на електрически вериги в този случай се характеризира с факта, че дъговият разряд при основните контакти възниква напълно или възниква под формата на много краткотрайна нестабилна дъга поради влиянието на индуктивността и взаимната индуктивност на веригите. Този тип отваряне на вериги обикновено се постига с помощта на мощни клапани (силициеви диоди или тиристори), използвани като маневрени елементи на основните контакти на прекъсвача.

Характеристики на дъговото гасене при отваряне на електрически вериги DC и AC

Условията за гасене на променливотоковата дъга с активна дейонизация на пролуката на превключващото устройство са фундаментално изключени от условията за изгасване на DC дъги и дълго отворени променливи дъги.

При постоянна дъга или при отворена дълга променлива дъга изчезването се случва главно, защото при разтягане на дъгата източникът на електрическа енергия не е в състояние да покрие спада на напрежението в дъговия стълб, в резултат на което възниква нестабилно състояние и дъгата се гаси.

Когато се образува дъга във верига на променлив ток, когато колоната на дъгата е активно дейонизирана или се разкъсва в поредица от къси дъги, дъгата може да бъде гасена дори когато източникът има все още голямо захранване с напрежение, за да поддържа изгарянето на дъгата, но което се оказва недостатъчно, за да осигури запалването му — при пресичане на ток нула.

При условия на активна дейонизация по време на текущото пресичане на нулата, проводимостта на дъговия стълб намалява толкова много, че поне за кратко време към него трябва да се приложи значително напрежение, за да се стартира дъгата през следващия полупериод.

Ако веригата не е в състояние да осигури достатъчно напрежение и скоростта на нейното нарастване в пролуката, след като токът премине нула, токът се прекъсва, тоест дъгата не се появява в следващия полупериод и веригата е най -накрая изключен.

След това помислете за най -често срещаните просто отваряне на вериги с дъга.

Ако напрежението и токът на източника на веригата надвишават определени критични стойности, тогава при контактите на устройството за електрическо изключване когато се отворят, възниква стабилен дъгов разряд… При по-нататъшно разминаване на контактите или издухване на дъгата в камерата за гасене на дъга на разединителното устройство се създават условия на нестабилно изгаряне на дъгата и тя може да бъде гасена.

С увеличаване на напрежението и тока на веригата трудностите при създаването на условия за нестабилно изгаряне на дъгата нарастват бързо. При напрежения, достигащи хиляди и десетки хиляди волта, и относително високи токове (хиляди ампера), в контактите на разединителното устройство възниква много мощна дъга, за да се гаси, която и следователно да прекъсне веригата, трябва да се вземат мерки за използването на повече или по-малко сложни устройства за гасене на дъга … Особено значителни трудности възникват при изключване на DC вериги.

Значителни трудности също трябва да бъдат преодолени по време на скала. токове на късо съединение в вериги на променлив ток за кратки периоди от време (стотни и хилядни от секундата).

Бързо прекъсване на веригата и отстраняване на получените къси съединения в електрическите инсталации са продиктувани от редица обстоятелства и на първо място от необходимостта да се поддържа стабилността на работата. електрически системи, защита на проводници и оборудване от термичните ефекти на токовете на късо съединение, защита на контактите и дъговите камери на изключващите устройства от разрушителното действие на мощна дъга.

Бързото отстраняване на дъгата при отворена верига също е от голямо значение и в устройства за вериги за управление на ниско напрежение, които обикновено са предназначени за много голям брой процеси на превключване. Намаляването на продължителността на изгаряне на дъгата води до намаляване на изгарянето на контактите и други елементи на апарата и следователно до увеличаване на експлоатационния живот.

Много бързо елиминиране на дъгата обаче може да доведе до много големи пренапрежения във веригата, тъй като дъгата, когато веригата е отворена, абсорбира електромагнитната енергия, съхранявана във веригата, която може да се преобразува в електростатична енергия на пренапрежението. По този начин изхвърлянето на дъгата в някои случаи може да играе положителна роля. Това трябва да се отчита.

Проблемът за създаването на надеждни високоскоростни разединяващи устройства с високо и ниско напрежение, на първо място, се основава на правилното решение на въпроса за гасенето на дъгата в тях.

Прекъсването на електрическите вериги с ниско и високо напрежение с образуването на мощна дъга в контактите на електрическите устройства е сложен процес, изучаването на който е посветено на огромен брой теоретични и експериментални изследвания и разработки на дизайна.

Съществуват голям брой методи за гасене на електрически дъги с променлив и постоянен ток, които се използват на практика в зависимост от нивата на работното напрежение, величината на токовете, необходимото време на работа на разединителните устройства, условията на безопасност и т.н.

Понастоящем простите дъгови прекъсвания все още са основният път, по който технологията на устройствата за превключване на променливотоково и DC напрежение с високо и ниско напрежение продължава да върви.

Вижте също:Вакуумни прекъсвачи с високо напрежение — дизайн и принцип на действие