Elektrik devrelerini açma

Elektrik devrelerini açmak genellikle şu anlama gelir: geçiş sürecidevre akımının belirli bir değerden sıfıra değiştiği. Devreyi açmanın son aşamasında, bağlantı kesme cihazının kontakları arasında, sıfır iletkenliğe ek olarak, kendisine geri yüklenen devre voltajının etkisine dayanmak için yeterince yüksek bir dielektrik kuvvete sahip olması gereken bir boşluk belirir.

Ark deşarjının fiziksel özellikleri

elektrik arkı kontaklar (elektrotlar) arasındaki boşluk kırıldığında veya açıldıklarında oluşabilir. Kontaklar açıldığında, küçük "ayrılma" alanları üzerindeki önemli akım yoğunluklarının bir sonucu olan temas yüzeyinde parlayan "noktaların" oluşmasıyla aralarındaki ark oluşumu kolaylaştırılır. Bu, oldukça düşük bir voltajda bile (onlarca volt mertebesinde) kontaklar koptuğunda bir arkın oluşmasına neden olur.

Kontaklar üzerinde en azından kararsız ark oluşumu için minimum koşulların aşağıdakiler olduğu genel olarak kabul edilir: yaklaşık 0,5 A akım ve 15 — 20 V gerilim.

Kontakların daha düşük voltaj ve akım değerlerinde açılmasına genellikle sadece küçük kıvılcımlar eşlik eder. Daha yüksek açık devre gerilimlerinde, ancak daha düşük akımlarda, açık kontaklar arasında oluşum mümkündür. kızdırma deşarjı.

Kızdırma deşarjının varlığı, katot voltajında ​​(300 V'a kadar) önemli bir düşüş ile karakterize edilir. Örneğin, devredeki akım arttıkça akkor deşarj ark deşarjına dönüşürse, katot voltajı düşüşü 10 - 20 V'a düşer.

Bir gaz ortamının yüksek basıncında ark deşarjının karakteristik özellikleri şunlardır:

• ark sütununda yüksek akım yoğunluğu;

• ark kanalı içindeki gazın yüksek sıcaklığı, 5000 K'ye ulaşır ve yoğun deiyonizasyon koşulları altında, 12000 - 15000 K ve üstü;

• elektrotlarda yüksek akım yoğunluğu ve düşük voltaj düşüşü.

Genellikle amaç, devre açma sürecinin olabildiğince hızlı ilerlemesini sağlamaktır. Bu amaçla özel anahtarlama cihazları (anahtarlar, devre kesiciler, kontaktörler, sigortalar, yük ayırıcılar vb.) kullanılmaktadır.

Ark olayı sadece devre kesicilerde görülmez. Kontaklar açıldığında elektrik arkı oluşabilir. yüksek gerilim ayırıcılar, hatların yalıtımı üst üste geldiğinde, sigortaların koruyucu elemanları yandığında vb.

Bu cihazların cihazlarının karmaşıklığı, çalışma voltajı seviyeleri, anma akımları ve kısa devre akımları, meydana gelen aşırı voltaj seviyeleri, atmosferik koşullar, hız değerleri vb. açısından kendilerine dayatılan gerekliliklere bağlıdır.

Ayırıcılar aracılığıyla elektrik devrelerini açmanın özellikleri

Alternatif akımın uzun açık arklarının söndürülmesi sorununa genellikle açma cihazları gibi basit ayırıcılarla çalışırken rastlanır. Bu tür ayırıcılarda özel ark bastırma cihazları yoktur ve kontaklar açıldığında sadece arkı havaya uzatırlar.

Ark esnetme koşullarını iyileştirmek için ayırıcılar, arkın yukarı kaldırıldığı ve büyük bir uzunluğa uzatıldığı korna veya ek çubuk elektrotlarla donatılır.

Ayırıcıların kontakları yükte açıldığında arklanma sürecini gösteren internette yüklenen birçok video vardır (bunlar «ark ayırıcı» aranarak kolayca bulunabilir).

Ayırıcılarda veya iletkenler ile güç hatlarındaki toprak arasında açık ark oluşması, rüzgar tarafından kuvvetle teşvik edilir. Rüzgarın varlığında ark daha kısa olabilir ve bu nedenle rüzgarın olmadığı duruma göre daha hızlı bir şekilde ortadan kaldırılabilir.Ancak, rüzgar gibi bir faktör tutarsızlığından dolayı değil, daha şiddetli koşullara göre dikkate alınmalıdır - tam rüzgar olmaması

Ayırıcıların yardımıyla, büyük bir akımı kapatmak imkansızdır, çünkü ark aynı zamanda önemli bir uzunluğa ulaşır, çok fazla alev oluşturur ve bağlantı kesme cihazının kontaklarını güçlü bir şekilde eritir. Güçlü bir açık ark, temas ettiği izolatörlere kolayca zarar verir, fazlar arasında çakışmaya neden olarak şebekede kısa devreye neden olur.

Geleneksel ayırıcılar, küçük transformatörlerin açık devre akımlarını, kapasitif yük hattı akımlarını, düşük yük akımlarını vb. ayırmak için yaygın olarak kullanılır.

Elektrik devrelerini açmanın yolları

Prensip olarak, doğru akım ve alternatif akım ile elektrik devrelerini açmak için aşağıdaki yöntemler mümkündür.

1. Elektrik devrelerinin basit arklanması

Bu grup, kontakları açmadan önce devredeki akımı sınırlamak için hiçbir özel ek önlemin alınmadığı veya arkın ark aralığındaki ark enerjisini azaltmak için özel önlemlerin alınmadığı, doğru ve alternatif akımla elektrik devrelerini açma yöntemlerini içerir. kırıcı

Bu açma yönteminde devre kesme koşulları en fazla bağlantı kesme cihazının ark söndürme odası akım sıfırı geçtiğinde (alternatif akım) veya ark voltajının (doğru akım) yeterli bir değere ulaştığında boşluğun gerekli dielektrik dayanımını oluşturarak.

Ark oluşturma sırasında, devrede akan akımın herhangi bir fazında aparatın kontakları açılabilir, bu nedenle ark oluğunun kontakları ve elemanları, nispeten yüksek güç ve enerjiye sahip bir arkın etkisi için tasarlanmalıdır.

Elektrikli cihazlar için ark söndürme odaları

Devre Kesici Ark Oluğu

2. Elektrik devrelerinin sınırlı ark açılması

Bu tür hariç tutma yöntemleri, nispeten büyük bir aktif veya tepkisellik, bu nedenle devredeki akım, sınırlamanın başlangıcından önce var olan değerine kıyasla oldukça önemli ölçüde azalır. Anahtar, devrede kalan sınırlı akımı kapatır.

Bu durumda, kontaklarda güç sınırlı bir ark meydana gelir ve arkın kalan akımla söndürülmesi, akımın sınırlandırılmamasına göre daha basit bir iştir.

Geleneksel olarak, akım kesme fazının kesin olarak sabitlendiği veya kontaklardaki arkın yanma süresinin örneğin valf cihazları vb. gibi bazı özel önlemlerle sınırlandığı bu tür bağlantı kesme yöntemlerini aynı gruba dahil ediyoruz.

3. Elektrik devrelerinin arksız açılması

Bu durumda elektrik devrelerini açma işlemi, ana kontaklardaki ark deşarjının tamamen meydana gelmesi veya devrelerin endüktansının ve karşılıklı endüktansının etkisi nedeniyle çok kısa süreli kararsız bir ark şeklinde meydana gelmesiyle karakterize edilir. . Bu tip devre açma, genellikle ana devre kesici kontaklarının şöntleme elemanları olarak kullanılan yüksek güçlü valfler (silikon diyotlar veya tristörler) aracılığıyla sağlanır.

DC ve AC elektrik devrelerini açarken ark söndürme özellikleri

Anahtarlama cihazı aralığının aktif deiyonizasyonu ile AC ark söndürme koşulları, temel olarak DC arkları ve uzun açık AC arklarının söndürme koşullarının dışındadır.

Kalıcı bir arkta veya açık bir uzun alternatif arkta, sönme esas olarak ark gerildiğinde, elektrik enerjisi kaynağının ark sütunundaki voltaj düşüşünü karşılayamaması nedeniyle meydana gelir ve bunun sonucunda kararsız bir durum oluşur ve ark söndürülür.

Bir AC devresinde bir ark meydana geldiğinde, ark kolonu aktif olarak deiyonize olduğunda veya bir dizi kısa ark halinde kırıldığında, ark yanmasını sürdürmek için kaynak hala büyük bir besleme voltajına sahip olsa bile ark söndürülebilir. mevcut bir sıfır geçişte ateşlemesini sağlamak için yetersiz olmak.

Mevcut sıfır geçişi sırasında aktif deiyonizasyon koşulları altında, ark sütununun iletkenliği o kadar azalır ki, en azından kısa bir süre için, bir sonraki yarım döngüde arkı başlatmak için ona önemli bir voltaj uygulanmalıdır.

Devre yeterli voltajı ve boşluktaki artış hızını sağlayamazsa akım sıfırı geçtikten sonra akım kesilir yani bir sonraki yarım döngüde ark oluşmaz ve devre nihayet kapalı.

O zaman en yaygın olanları düşünün sadece ark devrelerini açmak.

Devre kaynağı voltajı ve akımı belirli kritik değerleri aşarsa, elektrik kesme cihazının kontaklarında açıldıklarında kararlı bir ark deşarjı meydana gelir… Kontaklar daha fazla birbirinden uzaklaşırsa veya ark, ayırıcının ark söndürme odasına üflenirse, kararsız ark yanma koşulları oluşur ve ark söndürülebilir.

Devre voltajı ve akımı arttıkça, kararsız ark koşulları yaratmanın zorluğu hızla artar. Binlerce ve onbinlerce volta ulaşan gerilimlerde ve nispeten yüksek akımlarda (binlerce amper), bağlantı kesme cihazının kontaklarında çok güçlü bir ark meydana gelir, onu söndürmek ve dolayısıyla devreyi kesmek için, kullanmak için önlemler alınmalıdır. az çok gelişmiş ark söndürme cihazları ... DC devrelerini kapatırken özellikle önemli zorluklar ortaya çıkar.

Bir kaya sırasında önemli zorlukların da üstesinden gelinmesi gerekir. kısa devre akımları AC devrelerinde kısa süreler için (saniyenin yüzde biri ve binde biri).

Devrenin hızlı bir şekilde kesilmesi ve elektrik tesisatlarında ortaya çıkan kısa devrelerin ortadan kaldırılması, bir dizi koşul tarafından ve her şeyden önce, çalışma stabilitesini koruma ihtiyacı tarafından belirlenir. elektriksel sistemler, tellerin ve ekipmanın kısa devre akımlarının termal etkilerinden korunması, kontakların ve bağlantı kesme cihazlarının ark odalarının güçlü bir arkın yıkıcı etkisinden korunması.

Açık devre arkının hızla ortadan kaldırılması da büyük önem taşır ve alçak gerilim kontrol devreleri için cihazlarda, genellikle çok sayıda anahtarlama işlemi için tasarlanmıştır. Ark yanma süresinin azaltılması, kontakların ve aparatın diğer elemanlarının yanmasını azaltır ve dolayısıyla hizmet ömrünün artmasına neden olur.

Ancak arkın çok hızlı ortadan kaldırılması devrede çok büyük dalgalanmalara neden olabilir çünkü ark devre açıkken devrede depolanan ve elektrostatik dalgalanma enerjisine dönüştürülebilen elektromanyetik enerjiyi emer. Böylece ark deşarjı bazı durumlarda olumlu bir rol oynayabilir. Bunun hesabı sorulmalı.

Güvenilir yüksek hızlı yüksek ve düşük voltajlı bağlantı kesme cihazları oluşturma sorunu, her şeyden önce, bunlarda ark söndürme sorununun doğru çözümüne dayanır.

Elektrikli cihazların kontaklarında güçlü bir ark oluşumu ile alçak ve yüksek voltajlı elektrik devrelerinin kesilmesi, çalışması çok sayıda teorik ve deneysel çalışmaya ve tasarım geliştirmelerine ayrılan karmaşık bir süreçtir.

Çalışma voltaj seviyelerine, akımların büyüklüğüne, ayırma cihazlarının gerekli çalışma süresine, güvenlik koşullarına vb. bağlı olarak pratikte kullanılan çok sayıda AC ve DC ark söndürme yöntemi vardır.

Şu anda basit ark, yüksek ve düşük voltajlı AC ve DC anahtarlama cihazı teknolojisinin izlemeye devam ettiği ana yoldur.

Ayrıca bakınız:Yüksek Gerilim Vakumlu Devre Kesiciler — Tasarım ve Çalışma Prensibi