Åpning av elektriske kretser

Å åpne elektriske kretser betyr vanligvis overgangsprosess, der kretsstrømmen endres fra en viss verdi til null. I det siste trinnet med å åpne kretsen, vises et gap mellom kontaktene til frakoblingsanordningen, som i tillegg til null ledningsevne også må ha en tilstrekkelig høy dielektrisk styrke til å motstå virkningen av kretsspenningen som gjenopprettes til den.

Fysiske egenskaper ved lysbueutladningen

Elektrisk lysbue kan oppstå når gapet mellom kontaktene (elektrodene) ryker eller når de åpner seg. Når kontaktene åpnes, lettes buedannelse mellom dem av dannelsen av glødende "flekker" på kontaktflaten, som er en konsekvens av betydelige strømtettheter over små områder med "separasjon". Dette fører til at det dannes en lysbue når kontaktene brytes, selv ved en ganske lav spenning (i størrelsesorden flere titalls volt).

Det er generelt akseptert at minimumsbetingelsene for forekomsten av minst ustabil lysbuedannelse på kontaktene er strøm ca. 0,5 A og spenning 15 — 20 V.

Åpningen av kontaktene ved lavere verdier for spenning og strøm er vanligvis ledsaget av bare små gnister. Ved høyere åpen kretsspenning, men ved lavere strøm, er dannelse mellom de åpne kontaktene mulig glødeutslipp.

Tilstedeværelsen av en glødeutladning er preget av et betydelig fall i katodespenningen (opptil 300 V). Hvis en glødeutladning blir til en lysbueutladning, for eksempel når strømmen i kretsen øker, synker katodespenningsfallet til 10 - 20 V.

De karakteristiske egenskapene til lysbueutladningen ved høyt trykk av et gassmedium er:

• høy strømtetthet i buesøylen;

• høy temperatur på gassen inne i buekanalen, når 5000 K, og under forhold med intens avionisering, 12000 - 15000 K og høyere;

• høy strømtetthet og lavt spenningsfall ved elektrodene.

Vanligvis er målet å sikre at kretsåpningsprosessen fortsetter så raskt som mulig. Til dette formål brukes spesielle brytere (brytere, effektbrytere, kontaktorer, sikringer, lastbrytere, etc.).

Bue-fenomener observeres ikke bare i effektbrytere. En elektrisk lysbue kan oppstå når kontaktene åpnes. høyspenningsskillere, når isolasjonen til linjene overlapper, når beskyttelseselementene til sikringene er utbrent, etc.

Kompleksiteten til enhetene til disse enhetene avhenger av kravene som stilles til dem når det gjelder driftsspenningsnivåer, nominelle strømmer og kortslutningsstrømmer, nivåer av overspenninger som oppstår, atmosfæriske forhold, hastighetsklassifiseringer, etc.

Funksjoner ved å åpne elektriske kretser gjennom frakoblere

Spørsmålet om å slukke lange åpne lysbuer med vekselstrøm oppstår oftest når man arbeider med enkle frakoblere som utløserenheter. Slike frakoblere har ikke spesielle lysbueundertrykkende enheter, og når kontaktene åpnes, strekker de bare buen ut i luften.

For å forbedre forholdene for buestrekking, er frakoblere utstyrt med horn eller ekstra stangelektroder, langs hvilke lysbuen løftes opp og strekkes til en stor lengde.

Det er mange videoer lastet opp på Internett som viser prosessen med buedannelse når kontaktene til frakoblere åpnes ved belastning (disse kan enkelt finnes ved å søke etter «bueavbryter»).

Åpen lysbue ved skillebrytere eller mellom ledere og jord på kraftledninger oppmuntres sterkt av vind. I nærvær av vind, kan buen være kortere og derfor elimineres raskere enn i fravær av vind. En faktor som vind bør imidlertid ikke tas i betraktning på grunn av dens inkonsekvens, men basert på mer alvorlige forhold - den komplette fravær av vind.

Ved hjelp av frakoblere er det umulig å slå av en stor strøm, siden lysbuen samtidig når en betydelig lengde, danner mye flamme og smelter kontaktene til frakoblingsenheten sterkt. En kraftig åpen lysbue skader lett isolatorene som den kommer i kontakt med, forårsaker overlapping mellom fasene, noe som fører til kortslutning i nettverket.

Konvensjonelle frakoblere er mye brukt til å koble fra åpne kretsstrømmer til små transformatorer, kapasitive lastlinjestrømmer, lavlaststrømmer, etc.

Måter å åpne elektriske kretser på

I prinsippet er følgende metoder mulige for å åpne elektriske kretser med likestrøm og vekselstrøm.

1. Enkel lysbue av elektriske kretser

Denne gruppen inkluderer slike metoder for å åpne elektriske kretser med likestrøm og vekselstrøm, der det ikke tas spesielle tilleggstiltak for å begrense strømmen i kretsen før åpning av kontaktene eller spesielle tiltak for å redusere energien til lysbuen i buegapet til lysbuen. bryter.

I denne åpningsmetoden tilveiebringes kretsbruddforholdene ved det meste lysbueslukkekammeret til frakoblingsanordningen ved å skape den nødvendige dielektriske styrken til gapet når strømmen krysser null (vekselstrøm) eller når en tilstrekkelig verdi av lysbuespenningen (likestrøm).

Under lysbue kan kontaktene til apparatet åpnes i hvilken som helst fase av strømmen som flyter i kretsen, derfor må kontaktene og elementene til lysbuen utformes for påvirkning av en lysbue med relativt høy kraft og energi.

Bueslukkingskammer for elektriske apparater

Circuit Breaker Arc Chute

2. Begrenset lysbueåpning av elektriske kretser

Slike eksklusjonsmetoder inkluderer de der en relativt stor aktiv eller reaktivitet, på grunn av hvilken strømmen i kretsen reduseres ganske betydelig sammenlignet med verdien som eksisterte før begrensningens begynnelse. Bryteren slår av den begrensede strømmen som er igjen i kretsen.

I dette tilfellet oppstår det en strømbegrenset lysbue ved kontaktene, og å slukke lysbuen på gjenværende strøm er en enklere oppgave enn om strømmen ikke var begrenset.

Konvensjonelt inkluderer vi slike frakoblingsmetoder i samme gruppe, der fasen av strømavbrudd er strengt fastsatt eller brenntiden til lysbuen på kontaktene er begrenset av noen spesielle tiltak, for eksempel ventilenheter, etc.

3. Buefri åpning av elektriske kretser

Prosessen med å åpne elektriske kretser i dette tilfellet er preget av det faktum at lysbueutladningen ved hovedkontaktene oppstår helt eller oppstår i form av en svært kortvarig ustabil lysbue på grunn av påvirkningen av induktansen og gjensidig induktans av kretsene . Denne typen kretsåpning oppnås vanligvis ved hjelp av høyeffektsventiler (silisiumdioder eller tyristorer) som brukes som shuntelementer til hovedbryterkontaktene.

Bueslukkingsegenskaper ved åpning av DC og AC elektriske kretser

AC lysbueslukkingsforhold med aktiv avionisering av bryteranordningsgapet er fundamentalt utelukket fra slukkebetingelsene for likestrømsbuer og lange åpne AC-buer.

I en permanent bue eller i en åpen lang vekslende bue skjer ekstinksjon hovedsakelig fordi når lysbuen strekkes, er ikke kilden til elektrisk energi i stand til å dekke spenningsfallet i buesøylen, som et resultat av at det oppstår en ustabil tilstand og lysbuen er slukket.

Når det oppstår en lysbue i en vekselstrømskrets, når lysbuesøylen er aktivt avionisert eller brytes inn i en serie med korte lysbuer, kan lysbuen slukkes selv når kilden fortsatt har en stor forsyningsspenning for å opprettholde lysbuen brennende, men som viser seg å være utilstrekkelig til å sikre tenning - ved en gjeldende nullgjennomgang.

Under forhold med aktiv avionisering under den nåværende nullkryssningen, avtar ledningsevnen til lysbuesøylen så mye at, i det minste for kort tid, må det påføres en betydelig spenning for å starte lysbuen i neste halvsyklus.

Hvis kretsen ikke er i stand til å gi tilstrekkelig spenning og hastigheten på dens økning i gapet, etter at strømmen passerer null, blir strømmen avbrutt, det vil si at buen ikke vises i neste halvsyklus og kretsen er endelig slått av.

Vurder deretter de vanligste ganske enkelt å åpne lysbuekretser.

Hvis kretskildespenningen og strømmen overstiger visse kritiske verdier, så ved kontaktene til den elektriske frakoblingsenheten når de åpner seg, oppstår det en stabil lysbueutladning… Hvis kontaktene divergerer ytterligere eller lysbuen blåses inn i lysbueslukkingskammeret til skillebryteren, skapes ustabile lysbuebrenningsforhold og lysbuen kan slukkes.

Når kretsspenning og strøm øker, øker vanskeligheten med å skape ustabile lysbueforhold raskt. Ved spenninger som når tusenvis og titusenvis av volt og relativt høye strømmer (tusenvis av ampere), oppstår det en veldig kraftig lysbue i kontaktene til frakoblingsenheten, for å slukke den og derfor bryte kretsen, må det tas tiltak for å bruke mer eller mindre sofistikerte lysbueslukkere ... Spesielt betydelige vanskeligheter oppstår ved å slå av likestrømskretser.

Betydelige vanskeligheter må også overvinnes under en stein. kortslutningsstrømmer i AC-kretser i korte perioder (hundredeler og tusendeler av et sekund).

Rask brudd på kretsen og fjerning av de resulterende kortslutningene i elektriske installasjoner er diktert av en rekke omstendigheter og først av alt av behovet for å opprettholde driftsstabilitet. elektriske systemer, beskyttelse av ledninger og utstyr fra de termiske effektene av kortslutningsstrømmer, beskyttelse av kontakter og buekamre til frakoblingsenheter fra den ødeleggende virkningen av en kraftig lysbue.

Rask fjerning av den åpne kretsbuen er også av stor betydning og i enheter for lavspenningskontrollkretser, som vanligvis er designet for et veldig stort antall bytteprosesser. Å redusere varigheten av lysbuebrenning fører til en reduksjon i brenningen av kontakter og andre elementer i apparatet og derfor til en økning i levetiden.

Imidlertid kan svært rask eliminering av lysbuen resultere i svært store overspenninger i kretsen fordi lysbuen, når kretsen er åpen, absorberer den elektromagnetiske energien som er lagret i kretsen, som kan omdannes til elektrostatisk overspenningsenergi. Dermed kan lysbueutladning spille en positiv rolle i noen tilfeller. Dette bør redegjøres for.

Problemet med å lage pålitelige høyhastighets høy- og lavspente frakoblingsenheter er først og fremst basert på den riktige løsningen av problemet med bueslukking i dem.

Avbrudd av elektriske kretser med lav og høy spenning med dannelse av en kraftig lysbue i kontaktene til elektriske enheter er en kompleks prosess, hvor studiet er viet til et stort antall teoretiske og eksperimentelle studier og designutvikling.

Det er et stort antall metoder for å slukke AC- og DC-buer som brukes i praksis avhengig av driftsspenningsnivåene, størrelsen på strømmene, nødvendig driftstid for frakoblingsenhetene, sikkerhetsforhold, etc.

For øyeblikket er enkel lysbue fortsatt hovedveien som høy- og lavspenningsteknologi for vekselstrøm og likestrøm fortsetter å ta.

Se også:Høyspenningsvakuumkretsbrytere — Design og driftsprinsipp