Öppna elektriska kretsar

Att öppna elektriska kretsar innebär vanligtvis övergångsprocessen, där kretsströmmen ändras från ett visst värde till noll. I det sista steget av att öppna kretsen uppstår ett gap mellan kontakterna på frånkopplingsanordningen, som förutom noll ledningsförmåga också måste ha en tillräckligt hög dielektrisk styrka för att motstå verkan av kretsspänningen som återställs till den.

Fysiska egenskaper hos ljusbågsurladdningen

Elektrisk ljusbåge kan uppstå när gapet mellan kontakterna (elektroderna) går sönder eller när de öppnas. När kontakterna öppnas underlättas bågbildning mellan dem av bildandet av glödande "fläckar" på kontaktytan, vilka är en följd av betydande strömtätheter över små områden med "separering". Detta gör att en båge bildas när kontakterna bryts, även vid en ganska låg spänning (i storleksordningen flera tiotals volt).

Det är allmänt accepterat att minimivillkoren för förekomsten av åtminstone instabil ljusbåge på kontakterna är ström ca 0,5 A och spänning 15 — 20 V.

Öppningen av kontakterna vid lägre värden på spänning och ström åtföljs vanligtvis av endast små gnistor. Vid högre öppen kretsspänning, men vid lägre strömmar, är bildning mellan de öppna kontakterna möjlig glöd urladdning.

Närvaron av en glödurladdning kännetecknas av ett betydande fall i katodspänningen (upp till 300 V). Om en glödurladdning förvandlas till en ljusbågsurladdning, till exempel när strömmen i kretsen ökar, minskar katodspänningsfallet till 10 - 20 V.

De karakteristiska egenskaperna hos ljusbågsurladdningen vid högt tryck av ett gasmedium är:

• hög strömtäthet i bågkolonnen;

• hög temperatur på gasen inuti bågkanalen, som når 5000 K, och under förhållanden med intensiv avjonisering, 12000 - 15000 K och högre;

• hög strömtäthet och lågt spänningsfall vid elektroderna.

Vanligtvis är målet att säkerställa att kretsöppningsprocessen fortskrider så snabbt som möjligt. För detta ändamål används speciella brytare (brytare, brytare, kontaktorer, säkringar, lastbrytare etc.).

Bågbildningsfenomen observeras inte bara i effektbrytare. En elektrisk ljusbåge kan uppstå när kontakterna öppnas. högspänningsfrånskiljare, när isoleringen av ledningarna överlappar, när säkringarnas skyddselement är utbrända etc.

Komplexiteten hos enheterna i dessa enheter beror på de krav som ställs på dem när det gäller driftspänningsnivåer, märkströmmar och kortslutningsströmmar, nivåer av överspänningar som uppstår, atmosfäriska förhållanden, hastighetsklasser etc.

Funktioner för att öppna elektriska kretsar genom frånskiljare

Frågan om att släcka långa öppna bågar av växelström uppstår oftast när man arbetar med enkla frånskiljare som utlösningsanordningar. Sådana frånskiljare har inga speciella ljusbågsdämpningsanordningar, och när kontakterna öppnas sträcker de bara ut bågen i luften.

För att förbättra förutsättningarna för bågsträckning är frånskiljare utrustade med horn eller ytterligare stavelektroder, längs vilka bågen lyfts upp och sträcks till en stor längd.

Det finns många videor uppladdade på Internet som visar processen för bågbildning när kontakterna på frånskiljare öppnas vid belastning (dessa kan lätt hittas genom att söka efter «bågsbrytare»).

Öppen ljusbåge vid frånskiljare eller mellan ledare och jord på kraftledningar uppmuntras starkt av vind. I närvaro av vind kan bågen vara kortare och därför elimineras snabbare än i frånvaro av vind. En sådan faktor som vind bör dock inte beaktas på grund av dess inkonsekvens, utan baserat på svårare förhållanden - den fullständiga frånvaro av vind.

Med hjälp av frånskiljare är det omöjligt att stänga av en stor ström, eftersom bågen samtidigt når en avsevärd längd, bildar mycket låga, vilket starkt smälter kontakterna på frånkopplingsanordningen. En kraftfull öppen båge skadar lätt isolatorerna som den kommer i kontakt med, orsakar en överlappning mellan faserna, vilket leder till en kortslutning i nätverket.

Konventionella frånskiljare används ofta för att koppla bort öppna kretsströmmar från små transformatorer, kapacitiva lastledningsströmmar, låglastströmmar, etc.

Sätt att öppna elektriska kretsar

I princip är följande metoder möjliga för att öppna elektriska kretsar med likström och växelström.

1. Enkel ljusbågsbildning av elektriska kretsar

Denna grupp inkluderar sådana metoder för att öppna elektriska kretsar med lik- och växelström, i vilka inga speciella ytterligare åtgärder vidtas för att begränsa strömmen i kretsen innan kontakterna öppnas eller speciella åtgärder för att minska energin hos bågen i båggapet på bågen. brytare.

I denna öppningsmetod tillhandahålls kretsbrytningsförhållandena av högst urskiljningsanordningens ljusbågssläckningskammare genom att skapa den erforderliga dielektriska styrkan för gapet när strömmen passerar noll (växelström) eller når ett tillräckligt värde på bågspänningen (likström).

Under ljusbågsbildning kan anordningens kontakter öppnas i vilken fas som helst av strömmen som flyter i kretsen, därför måste kontakterna och elementen i ljusbågsrännan utformas för påverkan av en ljusbåge med relativt hög effekt och energi.

Bågsläckningskammare för elektriska apparater

Kretsbrytare Arc Chute

2. Begränsad ljusbågsöppning av elektriska kretsar

Sådana uteslutningsmetoder inkluderar de där en relativt stor aktiv eller reaktivitet, på grund av vilken strömmen i kretsen minskar ganska avsevärt jämfört med dess värde som fanns innan begränsningen började. Strömbrytaren stänger av den begränsade strömmen som finns kvar i kretsen.

I detta fall uppstår en effektbegränsad ljusbåge vid kontakterna, och att släcka ljusbågen på den kvarvarande strömmen är en enklare uppgift än om strömmen inte vore begränsad.

Konventionellt inkluderar vi sådana frånkopplingsmetoder i samma grupp, där strömavbrottsfasen är strikt fixerad eller brinntiden för bågen på kontakterna begränsas av några speciella åtgärder, till exempel ventilanordningar etc.

3. Bågfri öppning av elektriska kretsar

Processen att öppna elektriska kretsar i detta fall kännetecknas av det faktum att ljusbågsurladdningen vid huvudkontakterna inträffar helt eller uppstår i form av en mycket kortvarig instabil båge på grund av påverkan av induktansen och ömsesidig induktans hos kretsarna . Denna typ av kretsöppning uppnås vanligtvis med hjälp av högeffektsventiler (kiseldioder eller tyristorer) som används som shuntelement i huvudströmbrytarens kontakter.

Bågsläckningsegenskaper vid öppning av DC och AC elektriska kretsar

AC-bågsläckningsförhållanden med aktiv avjonisering av kopplingsanordningens gap är i grunden uteslutna från släckningsförhållandena för DC-bågar och långa öppna AC-bågar.

I en permanent båge eller i en öppen lång växelbåge uppstår utsläckning huvudsakligen på grund av att när ljusbågen sträcks kan den elektriska energikällan inte täcka spänningsfallet i bågkolonnen, vilket resulterar i ett instabilt tillstånd och bågen släcks.

När en ljusbåge uppstår i en växelströmskrets, när ljusbågspelaren är aktivt avjoniserad eller bryts i en serie av korta ljusbågar, kan ljusbågen släckas även när källan fortfarande har en stor matningsspänning för att bibehålla ljusbågen brinnande, men som visar sig att vara otillräcklig för att säkerställa dess antändning — vid en aktuell nollgenomgång.

Under förhållanden med aktiv avjonisering under den aktuella nollgenomgången, minskar konduktiviteten hos bågkolonnen så mycket att, åtminstone under en kort tid, måste en betydande spänning appliceras på den för att starta bågen i nästa halvcykel.

Om kretsen inte kan ge tillräcklig spänning och hastigheten för dess ökning av gapet, efter att strömmen passerat noll, avbryts strömmen, det vill säga bågen dyker inte upp i nästa halvcykel och kretsen slutligen avstängd.

Tänk sedan på de vanligaste helt enkelt öppna ljusbågskretsar.

Om kretskällans spänning och ström överstiger vissa kritiska värden, då vid kontakterna på den elektriska frånkopplingsanordningen när de öppnas uppstår en stabil ljusbågsurladdning… Om kontakterna divergerar ytterligare eller om ljusbågen blåser in i ljusbågssläckarkammaren på frånskiljaren, skapas instabila ljusbågsbrännförhållanden och ljusbågen kan släckas.

När kretsens spänning och ström ökar, ökar svårigheten att skapa instabila ljusbågsförhållanden snabbt. Vid spänningar som når tusentals och tiotusentals volt och relativt höga strömmar (tusentals ampere) uppstår en mycket kraftig ljusbåge i kontakterna på frånskiljningsanordningen, för att släcka den och därför bryta kretsen måste åtgärder vidtas för att använda mer eller mindre sofistikerade ljusbågssläckningsanordningar ... Särskilt betydande svårigheter uppstår vid avstängning av DC-kretsar.

Betydande svårigheter måste också övervinnas under en sten. kortslutningsströmmar i AC-kretsar under korta tidsperioder (hundradelar och tusendelar av en sekund).

Snabb brytning av kretsen och avlägsnande av de resulterande kortslutningarna i elektriska installationer dikteras av ett antal omständigheter och först och främst av behovet att upprätthålla driftsstabilitet. elektriska system, skydd av ledningar och utrustning från de termiska effekterna av kortslutningsströmmar, skydd av kontakter och bågkammare för frånkopplingsanordningar från den destruktiva verkan av en kraftfull båge.

Snabbt avlägsnande av den öppna kretsbågen är också av stor betydelse och i anordningar för lågspänningsstyrkretsar, som vanligtvis är utformade för ett mycket stort antal växlingsprocesser. Att minska varaktigheten av bågbränning leder till en minskning av förbränningen av kontakter och andra delar av apparaten och därför till en ökning av livslängden.

En mycket snabb eliminering av ljusbågen kan dock resultera i mycket stora överspänningar i kretsen eftersom ljusbågen, när kretsen är öppen, absorberar den elektromagnetiska energin som lagras i kretsen, som kan omvandlas till elektrostatisk överspänningsenergi. Således kan ljusbågsurladdning spela en positiv roll i vissa fall. Detta bör redovisas.

Problemet med att skapa pålitliga höghastighets- och lågspänningsfrånkopplingsanordningar är först och främst baserat på den korrekta lösningen av frågan om bågsläckning i dem.

Avbrott av elektriska kretsar med låg och hög spänning med bildandet av en kraftfull båge i kontakterna på elektriska enheter är en komplex process, vars studie ägnas åt ett stort antal teoretiska och experimentella studier och designutvecklingar.

Det finns ett stort antal metoder för att släcka växelströms- och likströmsbågar som används i praktiken beroende på driftsspänningsnivåerna, strömmarnas storlek, den erforderliga drifttiden för frånkopplingsanordningarna, säkerhetsförhållanden, etc.

För närvarande är enkel ljusbågsbildning fortfarande huvudvägen som hög- och lågspänningstekniken för växelström och likström fortsätter att ta.

Se även:Högspänningsvakuumbrytare — Design och funktionsprincip