Άνοιγμα ηλεκτρικών κυκλωμάτων

Άνοιγμα ηλεκτρικών κυκλωμάτων συνήθως σημαίνει μεταβατική διαδικασία, στο οποίο το ρεύμα του κυκλώματος αλλάζει από μια συγκεκριμένη τιμή σε μηδέν. Στο τελευταίο στάδιο ανοίγματος του κυκλώματος, εμφανίζεται ένα κενό μεταξύ των επαφών της συσκευής αποσύνδεσης, το οποίο, εκτός από τη μηδενική αγωγιμότητα, πρέπει επίσης να έχει αρκετά υψηλή διηλεκτρική αντοχή για να αντέχει τη δράση της τάσης κυκλώματος που αποκαθίσταται σε αυτό.

Φυσικά χαρακτηριστικά της εκκένωσης τόξου

Ηλεκτρικό τόξο μπορεί να συμβεί όταν σπάσει το κενό μεταξύ των επαφών (ηλεκτρόδια) ή όταν ανοίγουν. Όταν οι επαφές ανοίγουν, το τόξο μεταξύ τους διευκολύνεται από το σχηματισμό λαμπερών "σημείων" στην επιφάνεια επαφής, που είναι συνέπεια σημαντικών πυκνοτήτων ρεύματος σε μικρές περιοχές "διαχωρισμού". Αυτό προκαλεί τη δημιουργία τόξου όταν σπάσουν οι επαφές, ακόμη και σε αρκετά χαμηλή τάση (της τάξης πολλών δεκάδων βολτ).

Είναι γενικά αποδεκτό ότι οι ελάχιστες προϋποθέσεις για την εμφάνιση τουλάχιστον ασταθούς τόξου στις επαφές είναι ρεύμα περίπου 0,5 A και τάση 15-20 V.

Το άνοιγμα των επαφών σε χαμηλότερες τιμές τάσης και ρεύματος συνήθως συνοδεύεται από μικρούς σπινθήρες. Σε υψηλότερες τάσεις ανοιχτού κυκλώματος, αλλά σε χαμηλότερα ρεύματα, είναι δυνατός ο σχηματισμός μεταξύ των ανοιχτών επαφών εκκένωση λάμψης.

Η παρουσία εκκένωσης πυράκτωσης χαρακτηρίζεται από σημαντική πτώση της τάσης της καθόδου (έως 300 V). Εάν μια εκκένωση πυράκτωσης μετατραπεί σε εκκένωση τόξου, για παράδειγμα, καθώς αυξάνεται το ρεύμα στο κύκλωμα, τότε η πτώση τάσης της καθόδου μειώνεται στα 10-20 V.

Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της εκκένωσης τόξου σε υψηλή πίεση ενός αερίου μέσου είναι:

• υψηλή πυκνότητα ρεύματος στη στήλη τόξου.

• υψηλή θερμοκρασία του αερίου εντός του καναλιού τόξου, φθάνοντας τους 5000 K, και υπό συνθήκες έντονου απιονισμού, 12000 — 15000 K και άνω.

• υψηλή πυκνότητα ρεύματος και χαμηλή πτώση τάσης στα ηλεκτρόδια.

Συνήθως, ο στόχος είναι να διασφαλιστεί ότι η διαδικασία ανοίγματος του κυκλώματος προχωρά όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές μεταγωγής (διακόπτες, διακόπτες κυκλώματος, επαφές, ασφάλειες, διακόπτες φορτίου κ.λπ.).

Φαινόμενα τόξου παρατηρούνται όχι μόνο στους διακόπτες κυκλώματος. Ενδέχεται να προκύψει ηλεκτρικό τόξο όταν ανοίγουν οι επαφές. αποζεύκτες υψηλής τάσης, όταν η μόνωση των γραμμών επικαλύπτει, όταν τα προστατευτικά στοιχεία των ασφαλειών έχουν καεί κ.λπ.

Η πολυπλοκότητα των συσκευών αυτών των συσκευών εξαρτάται από τις απαιτήσεις που τους επιβάλλονται όσον αφορά τα επίπεδα τάσης λειτουργίας, τα ονομαστικά ρεύματα και τα ρεύματα βραχυκυκλώματος, τα επίπεδα υπερτάσεων που εμφανίζονται, τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, τις ονομαστικές ταχύτητες κ.λπ.

Χαρακτηριστικά ανοίγματος ηλεκτρικών κυκλωμάτων μέσω αποζεύξεων

Το ζήτημα της κατάσβεσης μεγάλων ανοιχτών τόξων εναλλασσόμενου ρεύματος απαντάται συχνότερα όταν εργάζεστε με απλούς αποζεύκτες, όπως συσκευές ενεργοποίησης. Τέτοιοι αποζεύκτες δεν διαθέτουν ειδικές συσκευές καταστολής τόξου και όταν οι επαφές ανοίγουν, επεκτείνουν μόνο το τόξο στον αέρα.

Για τη βελτίωση των συνθηκών τάνυσης τόξου, οι αποζεύκτες είναι εξοπλισμένοι με ηλεκτρόδια κόρνας ή πρόσθετες ράβδους, κατά μήκος των οποίων το τόξο ανυψώνεται και τεντώνεται σε μεγάλο μήκος.

Υπάρχουν πολλά βίντεο που ανεβαίνουν στο Διαδίκτυο που δείχνουν τη διαδικασία δημιουργίας τόξου όταν ανοίγουν οι επαφές των αποζεύξεων κατά τη φόρτωση (αυτά μπορούν να βρεθούν εύκολα αναζητώντας «αποζεύκτη τόξου»).

Το ανοιχτό τόξο στους αποζεύκτες ή μεταξύ των αγωγών και της γείωσης στις γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας ενθαρρύνεται έντονα από τον άνεμο. Παρουσία ανέμου, το τόξο μπορεί να είναι μικρότερο και επομένως να εξαλειφθεί πιο γρήγορα από ό,τι απουσία ανέμου. Ωστόσο, ένας παράγοντας όπως ο άνεμος δεν θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη λόγω της ασυνέπειάς του, αλλά με βάση πιο σοβαρές συνθήκες — το πλήρες απουσία ανέμου.

Με τη βοήθεια αποζεύξεων, είναι αδύνατο να απενεργοποιήσετε ένα μεγάλο ρεύμα, καθώς το τόξο φτάνει ταυτόχρονα σε σημαντικό μήκος, σχηματίζοντας πολλή φλόγα, λιώνοντας έντονα τις επαφές της συσκευής αποσύνδεσης. Ένα ισχυρό ανοιχτό τόξο καταστρέφει εύκολα τους μονωτές με τους οποίους έρχεται σε επαφή, προκαλεί επικάλυψη μεταξύ των φάσεων, που οδηγεί σε βραχυκύκλωμα στο δίκτυο.

Οι συμβατικοί αποζεύκτες χρησιμοποιούνται ευρέως για την αποσύνδεση ρευμάτων ανοιχτού κυκλώματος μικρών μετασχηματιστών, χωρητικών ρευμάτων γραμμής φορτίου, ρευμάτων χαμηλού φορτίου κ.λπ.

Τρόποι ανοίγματος ηλεκτρικών κυκλωμάτων

Κατ' αρχήν, είναι δυνατές οι ακόλουθες μέθοδοι για το άνοιγμα ηλεκτρικών κυκλωμάτων με συνεχές ρεύμα και εναλλασσόμενο ρεύμα.

1. Απλό τόξο ηλεκτρικών κυκλωμάτων

Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει τέτοιες μεθόδους ανοίγματος ηλεκτρικών κυκλωμάτων με συνεχές και εναλλασσόμενο ρεύμα, στις οποίες δεν λαμβάνονται ειδικά πρόσθετα μέτρα για τον περιορισμό του ρεύματος στο κύκλωμα πριν από το άνοιγμα των επαφών ή ειδικά μέτρα για τη μείωση της ενέργειας του τόξου στο διάκενο τόξου του θραύστης.

Σε αυτή τη μέθοδο ανοίγματος, οι συνθήκες διακοπής κυκλώματος παρέχονται το πολύ θάλαμος πυρόσβεσης τόξου της συσκευής αποσύνδεσης δημιουργώντας την απαιτούμενη διηλεκτρική αντοχή του διακένου όταν το ρεύμα διασχίζει το μηδέν (εναλλασσόμενο ρεύμα) ή φτάνοντας σε επαρκή τιμή της τάσης τόξου (συνεχές ρεύμα).

Κατά τη διάρκεια του τόξου, οι επαφές της συσκευής μπορούν να ανοίξουν σε οποιαδήποτε φάση του ρεύματος που ρέει στο κύκλωμα, επομένως οι επαφές και τα στοιχεία του αγωγού τόξου πρέπει να είναι σχεδιασμένα για την πρόσκρουση ενός τόξου σχετικά υψηλής ισχύος και ενέργειας.

Θάλαμοι πυρόσβεσης τόξου για ηλεκτρικές συσκευές

Αλεξίπτωτο τόξου διακόπτη κυκλώματος

2. Περιορισμένο άνοιγμα τόξου ηλεκτρικών κυκλωμάτων

Τέτοιες μέθοδοι αποκλεισμού περιλαμβάνουν εκείνες στις οποίες ένα σχετικά μεγάλο ενεργό ή αντιδραστικότητα, λόγω του οποίου το ρεύμα στο κύκλωμα μειώνεται αρκετά σημαντικά σε σχέση με την τιμή του που υπήρχε πριν την έναρξη του περιορισμού. Ο διακόπτης απενεργοποιεί το περιορισμένο ρεύμα που παραμένει στο κύκλωμα.

Σε αυτήν την περίπτωση, εμφανίζεται ένα τόξο περιορισμένης ισχύος στις επαφές και η κατάσβεση του τόξου στο υπόλοιπο ρεύμα είναι πιο απλή από ό,τι αν το ρεύμα δεν ήταν περιορισμένο.

Συμβατικά, συμπεριλαμβάνουμε τέτοιες μεθόδους αποσύνδεσης στην ίδια ομάδα, στην οποία η φάση της διακοπής ρεύματος είναι αυστηρά καθορισμένη ή ο χρόνος καύσης του τόξου στις επαφές περιορίζεται από ορισμένα ειδικά μέτρα, για παράδειγμα, συσκευές βαλβίδων κ.λπ.

3. Άνοιγμα χωρίς τόξο ηλεκτρικών κυκλωμάτων

Η διαδικασία ανοίγματος ηλεκτρικών κυκλωμάτων σε αυτή την περίπτωση χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι η εκκένωση τόξου στις κύριες επαφές συμβαίνει πλήρως ή εμφανίζεται με τη μορφή ενός πολύ βραχυπρόθεσμου ασταθούς τόξου λόγω της επίδρασης της επαγωγής και της αμοιβαίας επαγωγής των κυκλωμάτων . Αυτός ο τύπος ανοίγματος κυκλώματος επιτυγχάνεται συνήθως μέσω βαλβίδων υψηλής ισχύος (διόδους πυριτίου ή θυρίστορ) που χρησιμοποιούνται ως στοιχεία διακλάδωσης των επαφών του κύριου διακόπτη κυκλώματος.

Χαρακτηριστικά κατάσβεσης τόξου κατά το άνοιγμα ηλεκτρικών κυκλωμάτων DC και AC

Οι συνθήκες κατάσβεσης τόξου εναλλασσόμενου ρεύματος με ενεργό απιονισμό του διακένου της συσκευής μεταγωγής εξαιρούνται ουσιαστικά από τις συνθήκες κατάσβεσης τόξων συνεχούς ρεύματος και μακρών ανοιχτών τόξων AC.

Σε μόνιμο τόξο ή σε ανοιχτό μακρύ εναλλασσόμενο τόξο, η εξάλειψη συμβαίνει κυρίως επειδή όταν το τόξο τεντώνεται, η πηγή ηλεκτρικής ενέργειας δεν μπορεί να καλύψει την πτώση τάσης στη στήλη τόξου, με αποτέλεσμα να εμφανίζεται μια ασταθής κατάσταση και η το τόξο έχει σβήσει.

Όταν εμφανίζεται ένα τόξο σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, όταν η στήλη τόξου είναι ενεργά απιονισμένη ή σπάει σε μια σειρά βραχέων τόξων, το τόξο μπορεί να σβήσει ακόμα και όταν η πηγή εξακολουθεί να έχει μεγάλη τάση τροφοδοσίας για να διατηρήσει το τόξο να καίει, αλλά η οποία αποδεικνύεται να είναι ανεπαρκής για να εξασφαλιστεί η ανάφλεξή του—σε μια διασταύρωση ρεύματος μηδέν.

Υπό συνθήκες ενεργού απιονισμού κατά τη διέλευση του ρεύματος από το μηδέν, η αγωγιμότητα της στήλης τόξου μειώνεται τόσο πολύ που, τουλάχιστον για μικρό χρονικό διάστημα, πρέπει να εφαρμοστεί μια σημαντική τάση σε αυτήν για να ξεκινήσει το τόξο στον επόμενο μισό κύκλο.

Εάν το κύκλωμα δεν είναι σε θέση να παρέχει επαρκή τάση και ο ρυθμός αύξησής του στο διάκενο, αφού το ρεύμα περάσει το μηδέν, το ρεύμα διακόπτεται, δηλαδή το τόξο δεν εμφανίζεται στον επόμενο μισό κύκλο και το κύκλωμα είναι τελικά απενεργοποιημένο.

Στη συνέχεια, εξετάστε τα πιο συνηθισμένα απλά ανοίγοντας κυκλώματα τόξου.

Εάν η τάση και το ρεύμα της πηγής του κυκλώματος υπερβαίνουν ορισμένες κρίσιμες τιμές, τότε στις επαφές της συσκευής ηλεκτρικής αποσύνδεσης όταν ανοίγουν, εμφανίζεται μια σταθερή εκκένωση τόξου… Εάν οι επαφές αποκλίνουν περαιτέρω ή το τόξο φυσηθεί στον θάλαμο πυρόσβεσης τόξου του αποζεύκτη, δημιουργούνται ασταθείς συνθήκες καύσης τόξου και το τόξο μπορεί να σβήσει.

Καθώς η τάση και το ρεύμα του κυκλώματος αυξάνονται, η δυσκολία στη δημιουργία ασταθών συνθηκών τόξου αυξάνεται γρήγορα. Σε τάσεις που φτάνουν χιλιάδες και δεκάδες χιλιάδες βολτ και σχετικά υψηλά ρεύματα (χιλιάδες αμπέρ), εμφανίζεται ένα πολύ ισχυρό τόξο στις επαφές της συσκευής αποσύνδεσης, προκειμένου να σβήσει και επομένως να σπάσει το κύκλωμα, πρέπει να ληφθούν μέτρα για τη χρήση περισσότερο ή λιγότερο εξελιγμένες συσκευές πυρόσβεσης τόξου ... Ιδιαίτερα σημαντικές δυσκολίες προκύπτουν κατά την απενεργοποίηση κυκλωμάτων DC.

Σημαντικές δυσκολίες πρέπει επίσης να ξεπεραστούν κατά τη διάρκεια ενός βράχου. ρεύματα βραχυκυκλώματος σε κυκλώματα AC για μικρά χρονικά διαστήματα (εκατοστά και χιλιοστά του δευτερολέπτου).

Η γρήγορη διακοπή του κυκλώματος και η αφαίρεση των βραχυκυκλωμάτων που προκύπτουν στις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις υπαγορεύονται από μια σειρά περιστάσεων και πρώτα από όλα από την ανάγκη διατήρησης της σταθερότητας λειτουργίας. ηλεκτρικά συστήματα, προστασία καλωδίων και εξοπλισμού από τις θερμικές επιδράσεις των ρευμάτων βραχυκυκλώματος, προστασία των επαφών και των θαλάμων τόξων των συσκευών αποσύνδεσης από την καταστροφική δράση ενός ισχυρού τόξου.

Η ταχεία αφαίρεση του τόξου ανοιχτού κυκλώματος έχει επίσης μεγάλη σημασία και σε συσκευές για κυκλώματα ελέγχου χαμηλής τάσης, τα οποία είναι συνήθως σχεδιασμένα για πολύ μεγάλο αριθμό διαδικασιών μεταγωγής. Η μείωση της διάρκειας καύσης τόξου οδηγεί σε μείωση της καύσης των επαφών και άλλων στοιχείων της συσκευής και, επομένως, σε αύξηση της διάρκειας ζωής.

Ωστόσο, η πολύ γρήγορη εξάλειψη του τόξου μπορεί να οδηγήσει σε πολύ μεγάλες υπερτάσεις στο κύκλωμα επειδή το τόξο, όταν το κύκλωμα είναι ανοιχτό, απορροφά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο κύκλωμα, η οποία μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια ηλεκτροστατικής υπέρτασης. Έτσι, η εκκένωση τόξου μπορεί να παίξει θετικό ρόλο σε ορισμένες περιπτώσεις. Αυτό πρέπει να ληφθεί υπόψη.

Το πρόβλημα της δημιουργίας αξιόπιστων συσκευών αποσύνδεσης υψηλής και χαμηλής τάσης υψηλής ταχύτητας, πρώτα απ 'όλα, βασίζεται στη σωστή λύση του ζητήματος της απόσβεσης τόξου σε αυτές.

Η διακοπή ηλεκτρικών κυκλωμάτων χαμηλής και υψηλής τάσης με το σχηματισμό ισχυρού τόξου στις επαφές των ηλεκτρικών συσκευών είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, η μελέτη της οποίας είναι αφιερωμένη σε έναν τεράστιο αριθμό θεωρητικών και πειραματικών μελετών και εξελίξεων σχεδιασμού.

Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός μεθόδων κατάσβεσης τόξων AC και DC που χρησιμοποιούνται στην πράξη ανάλογα με τα επίπεδα τάσης λειτουργίας, το μέγεθος των ρευμάτων, τον απαιτούμενο χρόνο λειτουργίας των συσκευών αποσύνδεσης, τις συνθήκες ασφαλείας κ.λπ.

Προς το παρόν, το απλό τόξο εξακολουθεί να είναι η κύρια διαδρομή που συνεχίζει να ακολουθεί η τεχνολογία συσκευών μεταγωγής AC και DC υψηλής και χαμηλής τάσης.

Δείτε επίσης:Διακόπτες κενού υψηλής τάσης — Σχεδιασμός και Αρχή Λειτουργίας