Otváranie elektrických obvodov

Otvorenie elektrických obvodov zvyčajne znamená prechodný proces, v ktorom sa obvodový prúd mení z určitej hodnoty na nulu. V poslednej fáze otvárania obvodu sa medzi kontaktmi odpájacieho zariadenia objaví medzera, ktorá musí mať okrem nulovej vodivosti aj dostatočne vysokú dielektrickú pevnosť, aby odolala pôsobeniu obnoveného napätia obvodu.

Fyzikálne charakteristiky oblúkového výboja

Elektrický oblúk môže nastať, keď sa medzera medzi kontaktmi (elektródami) zlomí alebo keď sa otvoria. Keď sa kontakty otvoria, iskrenie medzi nimi je uľahčené vytváraním žeravých "škvŕn" na kontaktnej ploche, ktoré sú dôsledkom výrazných prúdových hustôt na malých plochách "oddelenia". To spôsobí, že pri prerušení kontaktov sa vytvorí oblúk aj pri dosť nízkom napätí (rádovo niekoľko desiatok voltov).

Všeobecne sa uznáva, že minimálne podmienky pre vznik aspoň nestabilného iskrenia na kontaktoch sú prúd asi 0,5 A a napätie 15 — 20 V.

Otváranie kontaktov pri nižších hodnotách napätia a prúdu je zvyčajne sprevádzané len malými iskrami. Pri vyšších napätiach naprázdno, ale pri nižších prúdoch je možná tvorba medzi otvorenými kontaktmi žeravý výboj.

Prítomnosť žeravého výboja je charakterizovaná výrazným poklesom katódového napätia (až 300 V). Ak sa žeravý výboj zmení napríklad na oblúkový výboj, keď sa prúd v obvode zvýši, pokles katódového napätia sa zníži na 10 - 20 V.

Charakteristické znaky oblúkového výboja pri vysokom tlaku plynného média sú:

• vysoká hustota prúdu v stĺpci oblúka;

• vysoká teplota plynu vo vnútri oblúkového kanála dosahujúca 5 000 K a v podmienkach intenzívnej deionizácie 12 000 - 15 000 K a viac;

• vysoká prúdová hustota a nízky pokles napätia na elektródach.

Zvyčajne je cieľom zabezpečiť, aby proces otvorenia okruhu prebiehal čo najrýchlejšie. Na tento účel sa používajú špeciálne spínacie zariadenia (vypínače, ističe, stýkače, poistky, ističe atď.).

Oblúkové javy sa pozorujú nielen v ističoch. Pri otvorení kontaktov môže vzniknúť elektrický oblúk. odpojovače vysokého napätia, pri prekrývaní izolácie vedení, pri vyhorení ochranných prvkov poistiek a pod.

Zložitosť zariadení týchto zariadení závisí od požiadaviek, ktoré sú na ne kladené z hľadiska úrovne prevádzkového napätia, menovitých prúdov a skratových prúdov, úrovní vyskytujúcich sa prepätí, atmosférických podmienok, rýchlostných stupňov atď.

Vlastnosti otvárania elektrických obvodov pomocou odpojovačov

Otázka hasenia dlhých otvorených oblúkov striedavého prúdu sa najčastejšie vyskytuje pri práci s jednoduchými odpojovačmi, ako sú vypínacie zariadenia. Takéto odpojovače nemajú špeciálne zariadenia na potlačenie oblúka a keď sa kontakty otvoria, iba roztiahnu oblúk do vzduchu.

Na zlepšenie podmienok pre napínanie oblúka sú odpojovače vybavené rohovými alebo prídavnými tyčovými elektródami, pozdĺž ktorých sa oblúk zdvíha a naťahuje do veľkej dĺžky.

Na internete je nahraných veľa videí, ktoré ukazujú proces iskrenia, keď sa kontakty odpojovačov otvoria pri zaťažení (tieto možno ľahko nájsť vyhľadaním výrazu «odpojovač oblúka»).

Otvorený oblúk na odpojovačoch alebo medzi vodičmi a zemou na elektrických vedeniach je silne podporovaný vetrom. V prítomnosti vetra môže byť oblúk kratší, a preto môže byť eliminovaný rýchlejšie ako bez vetra. Avšak faktor, ako je vietor, by sa nemal brať do úvahy kvôli jeho nekonzistentnosti, ale na základe tvrdších podmienok - úplné absencia vetra.

Pomocou odpojovačov nie je možné vypnúť veľký prúd, pretože oblúk zároveň dosahuje značnú dĺžku, vytvára veľa plameňa a silne roztaví kontakty odpájacieho zariadenia. Výkonný otvorený oblúk ľahko poškodí izolátory, s ktorými prichádza do kontaktu, spôsobuje prekrývanie medzi fázami, čo vedie ku skratu v sieti.

Konvenčné odpojovače sa široko používajú na odpojenie prúdov naprázdno malých transformátorov, kapacitných zaťažovacích prúdov, nízkych zaťažovacích prúdov atď.

Spôsoby otvárania elektrických obvodov

Na otváranie elektrických obvodov jednosmerným a striedavým prúdom sú v zásade možné nasledujúce spôsoby.

1. Jednoduché oblúkové oblúky elektrických obvodov

Do tejto skupiny patria také spôsoby otvárania elektrických obvodov jednosmerným a striedavým prúdom, pri ktorých sa nevykonávajú žiadne špeciálne dodatočné opatrenia na obmedzenie prúdu v obvode pred otvorením kontaktov alebo špeciálne opatrenia na zníženie energie oblúka v oblúkovej medzere elektrického oblúka. istič.

Pri tomto spôsobe otvárania sú podmienky prerušenia obvodu zabezpečené nanajvýš zhášacia komora odpojovacieho zariadenia vytvorením potrebnej dielektrickej pevnosti medzery pri prechode prúdu nulou (striedavý prúd) alebo dosiahnutím dostatočnej hodnoty napätia na oblúku (jednosmerný prúd).

Počas oblúka sa kontakty prístroja môžu otvárať v ktorejkoľvek fáze prúdu tečúceho v obvode, preto musia byť kontakty a prvky zhášacej komory dimenzované na dopad oblúka relatívne vysokého výkonu a energie.

Oblúkové zhášacie komory pre elektrické prístroje

Oblúkový žľab vypínača

2. Obmedzené otváranie oblúka elektrických obvodov

Medzi takéto vylučovacie metódy patria tie, pri ktorých sa pomerne veľká aktívna resp reaktivita, vďaka čomu prúd v obvode pomerne výrazne klesá v porovnaní s jeho hodnotou, ktorá existovala pred začiatkom obmedzenia. Vypínač vypne obmedzený prúd, ktorý zostáva v obvode.

V tomto prípade vzniká na kontaktoch oblúk s obmedzeným výkonom a zhasnutie oblúka na zostávajúcom prúde je jednoduchšia úloha, ako keby prúd nebol obmedzený.

Do tej istej skupiny bežne zaraďujeme také spôsoby odpojenia, v ktorých je fáza prerušenia prúdu striktne pevná alebo doba horenia oblúka na kontaktoch je obmedzená niektorými špeciálnymi opatreniami, napríklad ventilovými zariadeniami atď.

3. Bezoblúkové otváranie elektrických obvodov

Proces otvárania elektrických obvodov je v tomto prípade charakterizovaný skutočnosťou, že oblúkový výboj na hlavných kontaktoch nastáva úplne alebo sa vyskytuje vo forme veľmi krátkodobého nestabilného oblúka v dôsledku vplyvu indukčnosti a vzájomnej indukčnosti obvodov. . Tento typ otvárania obvodu sa zvyčajne dosahuje pomocou vysokovýkonných ventilov (kremíkové diódy alebo tyristory), ktoré sa používajú ako shuntovacie prvky kontaktov hlavného ističa.

Charakteristiky zhášania oblúka pri otváraní DC a AC elektrických obvodov

Podmienky zhášania striedavého oblúka s aktívnou deionizáciou medzery spínacieho zariadenia sú zásadne vylúčené z podmienok zhášania jednosmerných oblúkov a dlhých otvorených striedavých oblúkov.

Pri trvalom oblúku alebo v otvorenom dlhom striedavom oblúku dochádza k zhášaniu najmä preto, že pri napínaní oblúka zdroj elektrickej energie nedokáže pokryť úbytok napätia v oblúkovom stĺpci, následkom čoho vzniká nestabilný stav a tzv. oblúk zhasne.

Keď sa v obvode striedavého prúdu vyskytne oblúk, keď sa stĺpec oblúka aktívne deionizuje alebo sa rozbije na sériu krátkych oblúkov, oblúk môže zhasnúť, aj keď má zdroj stále veľké napájacie napätie na udržanie horenia oblúka, ale čo sa ukáže byť nedostatočný na zabezpečenie jeho zapálenia — pri prúdovom prekročení nuly.

V podmienkach aktívnej deionizácie pri prechode prúdom nulou sa vodivosť stĺpca oblúka natoľko zníži, že naň musí byť aspoň krátkodobo privedené značné napätie, aby sa oblúk v ďalšom polcykle spustil.

Ak obvod nie je schopný poskytnúť dostatočné napätie a rýchlosť jeho nárastu v medzere, po prechode prúdu nulou sa prúd preruší, to znamená, že sa oblúk neobjaví v ďalšom polcykle a obvod je nakoniec vypnutý.

Potom zvážte tie najbežnejšie jednoduché otváranie oblúkových obvodov.

Ak napätie a prúd zdroja obvodu prekročí určité kritické hodnoty, potom na kontaktoch elektrického odpojovacieho zariadenia keď sa otvoria, dôjde k stabilnému oblúkovému výboju… Ak sa kontakty ďalej rozchádzajú alebo je oblúk fúkaný do zhášacej komory odpojovača, vytvárajú sa nestabilné podmienky horenia oblúka a oblúk môže byť zhasnutý.

So zvyšujúcim sa napätím a prúdom v obvode sa rýchlo zvyšuje obtiažnosť vytvárania nestabilných podmienok elektrického oblúka. Pri napätiach dosahujúcich tisíce a desiatky tisíc voltov a relatívne vysokých prúdoch (tisíce ampérov) vzniká v kontaktoch vypínacieho zariadenia veľmi silný oblúk, aby ho zhasol a tým prerušil obvod, treba prijať opatrenia na použitie viac či menej sofistikované zariadenia na zhášanie oblúka ... Zvlášť výrazné ťažkosti vznikajú pri vypínaní jednosmerných obvodov.

Počas skaly treba prekonať aj značné ťažkosti. skratové prúdy v striedavých obvodoch na krátke časové úseky (stotiny a tisíciny sekundy).

Rýchle prerušenie obvodu a odstránenie vzniknutých skratov v elektrických inštaláciách sú diktované množstvom okolností a predovšetkým potrebou udržiavať stabilitu prevádzky. elektrické systémy, ochrana vodičov a zariadení pred tepelnými účinkami skratových prúdov, ochrana kontaktov a oblúkových komôr odpájacích zariadení pred deštruktívnym pôsobením silného oblúka.

Rýchle odstránenie otvoreného oblúka má tiež veľký význam a v zariadeniach pre nízkonapäťové riadiace obvody, ktoré sú zvyčajne určené pre veľmi veľké množstvo spínacích procesov. Skrátenie doby horenia oblúka vedie k zníženiu horenia kontaktov a iných prvkov zariadenia a tým k zvýšeniu životnosti.

Avšak veľmi rýchla eliminácia oblúka môže viesť k veľmi veľkým prepätiam v obvode, pretože oblúk, keď je obvod otvorený, absorbuje elektromagnetickú energiu uloženú v obvode, ktorá sa môže premeniť na elektrostatickú energiu nárazu. Oblúkový výboj teda môže hrať v niektorých prípadoch pozitívnu úlohu. S tým by sa malo počítať.

Problém vytvorenia spoľahlivých vysokorýchlostných vysokonapäťových a nízkonapäťových odpájacích zariadení je založený predovšetkým na správnom riešení otázky zhášania oblúka v nich.

Prerušenie nízkonapäťových a vysokonapäťových elektrických obvodov s vytvorením silného oblúka v kontaktoch elektrických zariadení je zložitý proces, ktorého štúdium je venované veľkému množstvu teoretických a experimentálnych štúdií a vývoju dizajnu.

V praxi sa používa veľké množstvo spôsobov hasenia striedavých a jednosmerných oblúkov v závislosti od prevádzkových napäťových úrovní, veľkosti prúdov, potrebnej doby prevádzky vypínacích zariadení, bezpečnostných podmienok atď.

V súčasnosti je jednoduchý oblúk stále hlavnou cestou, ktorou sa technológia spínacích zariadení na striedavý a jednosmerný prúd vysokého a nízkeho napätia naďalej uberá.

Pozri tiež:Vysokonapäťové vákuové ističe – konštrukcia a princíp činnosti