Prosessen med å danne en lysbue og metoder for å slukke den

Når den elektriske kretsen åpnes, oppstår en elektrisk utladning i form av en elektrisk lysbue. For utseendet til en elektrisk lysbue er det nok at spenningen til kontaktene er over 10 V ved en strøm i kretsen i størrelsesorden 0,1 A eller mer. Med betydelige spenninger og strømmer kan temperaturen inne i buen nå 3-15 tusen ° C, som et resultat av at kontakter og strømførende deler smelter.

Ved spenninger på 110 kV og over kan lengden på lysbuen nå flere meter. Derfor er en elektrisk lysbue, spesielt i høyeffektkretser, for spenninger over 1 kV en stor fare, selv om alvorlige konsekvenser også kan være i installasjoner for spenninger under 1 kV. Som et resultat må lysbuedannelse holdes så mye som mulig og raskt slukkes i kretser for spenninger både over og under 1 kV.

Årsaker til elektrisk lysbue

Prosessen med å danne en elektrisk lysbue kan forenkles som følger.Når kontaktene divergerer, synker først kontakttrykket og kontaktflaten øker tilsvarende, Overgangsresistans (strømtetthet og temperatur - lokal (i visse områder av kontaktområdet) begynner overoppheting, noe som ytterligere bidrar til termionisk stråling, når under påvirkning av høy temperatur øker hastigheten til elektronene og de brister fra overflaten av elektroden.

I øyeblikket av kontaktseparasjon, det vil si at kretsen er brutt, gjenopprettes spenningen raskt i kontaktgapet. Siden i dette tilfellet er avstanden mellom kontaktene liten, er det elektrisk felt høy spenning under påvirkning av hvilke elektroner trekkes fra overflaten av elektroden. De akselererer i et elektrisk felt og når de treffer et nøytralt atom, gir de det sin kinetiske energi. Hvis denne energien er tilstrekkelig til å rive av minst ett elektron fra skallet til et nøytralt atom, finner ioniseringsprosessen sted.

De dannede frie elektronene og ionene utgjør plasmaet til buestammen, det vil si den ioniserte kanalen der lysbuen brenner og en kontinuerlig bevegelse av partikler er sikret. I dette tilfellet beveger negativt ladede partikler, hovedsakelig elektroner, seg i én retning (mot anoden), og atomer og molekyler av gasser fratatt ett eller flere elektroner - positivt ladede partikler - i motsatt retning (mot katoden).

Plasmaledningsevnen er nær den for metaller.

Det går en stor strøm i lysbueakselen og det skapes høy temperatur.Denne temperaturen på lysbuesylinderen fører til termisk ionisering - prosessen med ionedannelse på grunn av kollisjonen av molekyler og atomer med høy kinetisk energi ved høye bevegelseshastigheter (molekyler og atomer i mediet der lysbuen brenner desintegrerer til elektroner og positivt ladede ioner). Intens termisk ionisering opprettholder høy plasmaledningsevne. Derfor er spenningsfallet langs lysbuen lite.

I en elektrisk lysbue foregår det hele tiden to prosesser: i tillegg til ionisering også avionisering av atomer og molekyler. Sistnevnte skjer hovedsakelig gjennom diffusjon, det vil si overføring av ladede partikler til miljøet og rekombinasjon av elektroner og positivt ladede ioner, som settes sammen til nøytrale partikler med retur av energien som brukes på deres desintegrasjon. I dette tilfellet fjernes varmen til miljøet.

Dermed kan tre stadier av den betraktede prosessen skilles ut: lysbueantennelse, når på grunn av sjokkionisering og emisjon av elektroner fra katoden begynner en bueutladning og ioniseringsintensiteten er høyere enn deionisering, stabil brenning av buen støttet av termisk ionisering i lysbuesylinderen når intensiteten av ionisering og deionisering er den samme, forsvinning av lysbuen når intensiteten av deionisering er høyere enn ioniseringsintensiteten.

Metoder for å slukke lysbuen i elektriske koblingsenheter

For å koble fra elementene i den elektriske kretsen og utelukke skade på bryterenheten, er det nødvendig ikke bare å åpne kontaktene, men også å slukke buen som vises mellom dem. Bueslukkingsprosesser, samt brenning, med vekselstrøm og likestrøm er forskjellige.Dette bestemmes av det faktum at i det første tilfellet går strømmen i buen gjennom null hver halvsyklus. På disse tidspunktene stopper frigjøringen av energi i lysbuen og lysbuen slukkes spontant og tennes deretter på nytt hver gang.

I praksis blir strømmen i buen nær null litt tidligere enn nullkryssingen, fordi når strømmen avtar, avtar energien som tilføres lysbuen, og temperaturen på buen synker tilsvarende og termisk ionisering opphører. I dette tilfellet fortsetter avioniseringsprosessen intensivt i buespalten. Hvis du åpner og raskt åpner kontaktene på dette tidspunktet, kan det hende at det påfølgende elektriske avbruddet ikke oppstår, og kretsen vil bli frakoblet uten lysbue. I praksis er dette imidlertid ekstremt vanskelig å gjøre, og det gjøres derfor spesielle tiltak for å akselerere utslokkingen av lysbuen, for å sikre avkjøling av lysbuerommet og for å redusere antall ladede partikler.

Som et resultat av deionisering øker den dielektriske styrken til gapet gradvis og samtidig øker gjenvinningsspenningen i den. Forholdet mellom disse verdiene avhenger av om regnbuen vil lyse opp i neste halvdel av perioden eller ikke. Hvis den dielektriske styrken til gapet øker raskere og er større enn gjenvinningsspenningen, vil lysbuen ikke lenger antennes, ellers vil det bli gitt en stabil lysbue. Den første betingelsen definerer bueslukkingsproblemet.

Ulike lysbueslukkingsmetoder brukes i bryterutstyr.

Forlenger buen

Hvis kontaktene divergerer under frakoblingen av den elektriske kretsen, strekkes den resulterende buen.Samtidig forbedres kjøleforholdene til lysbuen fordi overflaten øker og det kreves mer spenning for å brenne.

Å dele opp en lang bue i en serie med korte buer

Hvis lysbuen som dannes når kontaktene åpner deles i K korte buer, for eksempel ved å trekke inn i et metallgitter, vil den slukke. Vanligvis blir lysbuen introdusert i et metallgitter under påvirkning av et elektromagnetisk felt indusert i gitterplatene av virvelstrømmer. Denne metoden for bueslukking er mye brukt i bryterutstyr for spenninger under 1 kV, spesielt i automatiske luftbrytere.

Buekjøling i trange spor

Slukking av små buer er lettet. Derfor, i bytte enheter buesnner med langsgående slisser er mye brukt (aksen til et slikt spor faller sammen i retning med aksen til buesylinderen). Et slikt gap dannes vanligvis i kamre laget av isolerende lysbuebestandige materialer. På grunn av lysbuens kontakt med kalde overflater oppstår dens intense avkjøling, diffusjon av ladede partikler i miljøet og følgelig rask avionisering.

I tillegg til spor med flate parallelle vegger, brukes også spor med ribber, fremspring, forlengelser (lommer). Alt dette fører til deformasjon av buesylinderen og øker kontaktområdet med de kalde veggene i kammeret.

Buen trekkes inn i trange spor vanligvis av et magnetfelt som samhandler med buen, som kan betraktes som en strømførende leder.

Utvendig magnetfelt for å flytte lysbuen er oftest gitt av en spole koblet i serie med kontaktene som lysbuen oppstår mellom.Smal sporbueslukking brukes i enheter for alle spenninger.

Høytrykks lysbueslukking

Ved konstant temperatur avtar graden av gassionisering med økende trykk, mens den termiske ledningsevnen til gassen øker. Alt annet likt resulterer dette i forbedret lysbuekjøling. Bueslukking ved høyt trykk, skapt av selve lysbuen i tett lukkede kammer, er mye brukt i sikringer og en rekke andre enheter.

Bueslukking i olje

Hvis bytte kontakter plassert i olje, fører buen som oppstår når de åpnes til intens fordampning av oljen. Som et resultat dannes en gassboble (konvolutt) rundt buen, hovedsakelig bestående av hydrogen (70 ... 80%), samt oljedamp. De avgitte gassene trenger direkte inn i området til lysbuesylinderen med høy hastighet, forårsaker blanding av kald og varm gass i boblen, gir intensiv avkjøling og følgelig avionisering av buegapet. I tillegg øker avioniseringsevnen til gassene trykket inne i boblen som skapes under den raske nedbrytningen av oljen.

Intensiteten til lysbueslukkingsprosessen i oljen er jo høyere jo nærmere lysbuen kommer i kontakt med oljen og jo raskere beveger oljen seg i forhold til lysbuen. Gitt dette er buespalten begrenset av en lukket isolasjonsanordning - lysbuesjakt... I disse kamrene skapes en tettere kontakt av oljen med lysbuen, og ved hjelp av isolasjonsplater og utløpshull dannes arbeidskanaler gjennom hvilken bevegelsen av olje og gasser, gir intensiv utblåsning (utblåsing) av buen.

Buesnner i henhold til operasjonsprinsippet er de delt inn i tre hovedgrupper: med selvblåsing, når høyt trykk og gassbevegelseshastighet skapes i området av buen på grunn av energien som frigjøres i buen, med tvangsblåsing av olje ved hjelp av spesielle pumpende hydrauliske mekanismer, med magnetisk slukking i olje, når lysbuen er under påvirkning av magnetfeltet, beveger den seg inn i trange hull.

De mest effektive og enkle selvoppblåsende lysbuene... Avhengig av plasseringen av kanalene og eksosåpningene, skilles det ut kamre hvor intensiv blåsing av gass-dampblandingen og oljen langs strømmen av buen (langsgående blåsing) eller gjennom buen (tverrgående blåsing) er gitt ). De betraktede lysbueslukkingsmetodene er mye brukt i effektbrytere for spenninger over 1 kV.

Andre metoder for å slukke lysbuen i enheter for spenninger over 1 kV

I tillegg til de ovennevnte metodene for å slukke lysbuen, bruker de også: komprimert luft, hvis strøm blåser buen langs eller på tvers, og sikrer dens intense kjøling (i stedet for luft brukes andre gasser, ofte hentet fra fast gassgenerering materialer — fibre, vinylplast, etc. — på bekostning av deres nedbrytning av selve den brennende lysbuen), SF6 (svovelheksafluorid), som har høyere elektrisk styrke enn luft og hydrogen, som et resultat av at lysbuen som brenner i denne gassen, selv ved atmosfærisk trykk, raskt slukkes, svært foreldet gass (vakuum) når kontaktene åpnes, der lysbuen gjør ikke antennes (slukker) etter første passasje av strømmen gjennom null.