Princip a způsob hašení vzniku oblouku v elektronických zařízeních, jako jsou pojistky

Co je elektrický oblouk?

Při spálení pojistky v obvodu, když napětí a proud dosáhnou určité hodnoty, se pojistková vložka právě roztavila a odpojila a mezi právě oddělenými pojistkovými vložkami vznikne oblouk, který se nazývá oblouk. Je to díky silnému elektrickému poli, které ionizuje plyn a způsobuje, že proud prochází normálně izolačním prostředím. Použití elektrického oblouku může mít mnoho aplikací, jako je svařování, elektrické obloukové pece v ocelárnách atd. Ale pokud je oblouk generován v nekontrolovaném stavu, způsobí poškození přenosu energie, distribuce a elektronických zařízení. Musíme tedy chápat a ovládat oblouk.

Složení elektrického oblouku

1. Zóna obloukového sloupce

Oblast sloupce oblouku je elektricky neutrální a skládá se z molekul, atomů, excitovaných atomů, kladných iontů, záporných iontů a elektronů. Mezi nimi jsou kladně nabité ionty téměř stejné jako záporně nabité ionty, proto se také nazývá plazma. Nabité částice se v plazmatu pohybují směrově, aniž by spotřebovávaly mnoho energie, a proto mohou přenášet vysoké proudy za podmínek nízkého napětí. Hlavní nabité částice, které přenášejí proud, jsou elektrony, které představují přibližně 99,9 % z celkového počtu nabitých částic, zbytek jsou kladné ionty. V důsledku extrémně krátké délky oblastí katody a anody lze délku oblasti sloupce oblouku považovat za délku oblouku. Síla elektrického pole v oblasti sloupce oblouku je relativně nízká, obvykle pouze 5-10 V/cm.

2. Oblast katody

Katoda je považována za zdroj elektronů. Poskytuje 99,9 % nabitých částic (elektronů) do sloupce oblouku. Schopnost katody emitovat elektrony má významný vliv na stabilitu oblouku. Délka katodové oblasti je 10-5-10-6 cm. Je-li pokles katodového napětí 10 V, je intenzita elektrického pole v oblasti katody 106-107 V/cm.

3. Anodová oblast

Anodová oblast je zodpovědná hlavně za přijímání elektronů, ale měla by také poskytnout 0,1 % nabitých částic (kladných iontů) sloupci oblouku. Délka anodové oblasti je obvykle 10-2-10-3 cm, takže intenzita elektrického pole anodové oblasti je 103-104 V/cm. Vzhledem k významnému vlivu materiálu anody a svařovacího proudu na pokles napětí v oblasti anody se může pohybovat mezi 0 a 10 V. Například, když je proudová hustota vysoká a teplota anody je vysoká, což způsobí odpařování materiálu anody, pokles anodového napětí se sníží, dokonce až na 0 V.

Charakteristika elektrických oblouků

1. Napětí oblouku potřebné k udržení stabilního hoření oblouku je velmi nízké a napětí 1cm sloupce stejnosměrného oblouku v atmosféře je pouze 10-50V.

2. Obloukem může procházet velký proud v rozsahu od několika ampér do několika tisíc ampér.

3. Oblouk má vysokou teplotu a teplota sloupce oblouku je nerovnoměrná. Teplota středu je nejvyšší, dosahuje 6000-10000 stupňů, zatímco teplota směrem od středu klesá.

4. Elektrické oblouky mohou vyzařovat silné světlo. Vlnová délka světelného záření z oblouku je (1,7-50) × 10-7m. Obsahuje tři části: infračervené, viditelné světlo a ultrafialové světlo

Klasifikace elektrických oblouků

1. Podle typu proudu jej lze rozdělit na AC oblouk, DC oblouk a pulzní oblouk.

2. Podle stavu oblouku jej lze rozdělit na volný oblouk a stlačený oblouk (např. plazmový oblouk).

3. Podle materiálu elektrody jej lze rozdělit na: tavící se elektrodový oblouk a netavící se elektrodový oblouk.

Nebezpečí elektrického oblouku

1. Přítomnost oblouků prodlužuje dobu, po kterou rozváděč odpojí vadné obvody a zvyšuje pravděpodobnost zkratu v energetickém systému.

2. Vysoká teplota generovaná obloukem taví a odpařuje kontaktní povrch, čímž se spálí izolační materiál. Elektrická zařízení naplněná olejem mohou také představovat rizika, jako je požár a výbuch.

3. Vzhledem k tomu, že elektrické oblouky se mohou pohybovat působením elektrických a tepelných sil. Je snadné způsobit obloukové zkraty a zranění, což vede k eskalaci nehod.

Princip šesti zhášecích oblouků

1. Teplota oblouku

Oblouk je udržován tepelnou ionizací a snížení teploty oblouku může oslabit tepelnou ionizaci a snížit tvorbu nových nabitých iontů. Současně také snižuje rychlost nabitých částic a zvyšuje kompozitní efekt. Rychlým prodlužováním oblouku, foukáním oblouku plynem nebo olejem nebo přivedením oblouku do kontaktu s povrchem pevného média lze snížit teplotu oblouku.

2. Charakteristika média

Charakteristiky prostředí, ve kterém oblouk hoří, do značné míry určují sílu disociace v oblouku. Včetně tepelné vodivosti, tepelné kapacity, tepelné volné teploty, dielektrické pevnosti atd.

3. Tlak plynného média

Tlak plynného média má významný vliv na disociaci oblouku. Protože čím vyšší je tlak plynu, tím vyšší je koncentrace částic v oblouku, čím menší je vzdálenost mezi částicemi, tím silnější je kompozitní efekt a tím snáze oblouk zhasne. V prostředí vysokého vakua se snižuje pravděpodobnost kolize, což potlačuje disociaci kolize, zatímco difúzní efekt je silný.

4. Kontaktní materiál

Kontaktní materiál také ovlivňuje proces oddělení. Při použití kovů odolných vůči vysokým teplotám s vysokými body tání, dobrou tepelnou vodivostí a velkou tepelnou kapacitou jako kontakty snižuje emise horkých elektronů a kovových par v oblouku, což je výhodné pro zhášení oblouku.

Způsob hašení oblouku

1. Použijte médium k uhašení oblouku

Oddělení mezery oblouku do značné míry závisí na vlastnostech hasiva kolem oblouku. Plynný hexafluorid sírový je vynikajícím prostředkem pro zhášení oblouku se silnou elektronegativitou. Dokáže rychle adsorbovat elektrony a vytvářet stabilní záporné ionty, což vede k rekombinaci a ionizaci. Jeho schopnost zhášení oblouku je asi 100krát silnější než vzduch; Vakuum (tlak pod 0,013Pa) je také dobré médium pro uhašení oblouku. Vzhledem k malému počtu neutrálních částic ve vakuu není snadné se srazit a disociovat a vakuum přispívá k difúzi a disociaci. Jeho schopnost zhášení oblouku je asi 15krát silnější než vzduch.

2. K ofukování oblouku použijte plyn nebo olej

Foukání oblouku způsobuje difúzi a chladící rekombinaci nabitých částic v obloukové mezeře. Ve vysokonapěťových vypínačích se používají různé formy struktur zhášecí komory oblouku, které vytvářejí enormní tlak z plynu nebo oleje a násilně jej foukají směrem k obloukové mezeře. Existují dva hlavní způsoby foukání oblouku: vertikální foukání a horizontální foukání. Vertikální foukání je směr foukání rovnoběžný s obloukem, což způsobuje, že se oblouk ztenčuje; Horizontální foukání je směr foukání kolmý k oblouku, který oblouk prodlužuje a odřezává.

3. Jako kontakty pro zhášení oblouku použijte speciální kovové materiály

Použití vysokoteplotně odolných kovů s vysokými body tání, tepelnou vodivostí a velkou tepelnou kapacitou jako kontaktních materiálů může snížit emisi horkých elektronů a kovových par v elektrických obloucích, čímž se dosáhne efektu potlačení ionizace; Současně použitý kontaktní materiál také vyžaduje vysokou odolnost proti oblouku a svařování. Mezi běžné kontaktní materiály patří měděná wolframová slitina, stříbrná wolframová slitina atd.

4. Foukání elektromagnetického oblouku

Jev pohybu elektrického oblouku působením elektromagnetické síly se nazývá elektromagnetický ofukovací oblouk. Díky pohybu oblouku v okolním médiu má stejný účinek jako foukání vzduchu, čímž je dosaženo účelu zhášení oblouku. Tato metoda zhášení oblouku se více používá v nízkonapěťových rozvaděčích.

5. Pohybujte obloukem v úzké štěrbině pevného média

Tento typ metody hašení oblouku je také známý jako hašení štěrbinového oblouku. Díky pohybu oblouku v úzké štěrbině média dochází na jedné straně k jeho ochlazování, což zesiluje ionizační efekt; Na druhé straně se oblouk prodlouží, průměr oblouku se zmenší, odpor oblouku se zvýší a oblouk zhasne.

6. Rozdělte dlouhý oblouk na krátké oblouky

Když oblouk prochází řadou kovových mřížek kolmých k němu, je dlouhý oblouk rozdělen na několik krátkých oblouků; Pokles napětí u krátkých oblouků spadá hlavně do oblasti anody a katody. Pokud je počet mřížek dostatečný k zajištění toho, že součet minimálních úbytků napětí potřebných k udržení hoření oblouku v každém segmentu je větší než použité napětí, oblouk sám zhasne. Navíc poté, co střídavý proud překročí nulu, vlivem blízkého katodového efektu se dielektrická pevnost každé obloukové mezery náhle zvýší na 150-250V. Použitím více obloukových mezer v sérii lze získat vyšší dielektrickou pevnost, takže oblouk se po zhasnutí při průchodu nulou znovu nezapálí.

7. Přijměte zhášení oblouku při mnoha zlomeninách

Každá fáze vysokonapěťového jističe je zapojena do série se dvěma nebo více přerušeními, což snižuje napětí přenášené každým přerušením a zdvojnásobuje rychlost vypínání kontaktu, což způsobuje rychlé prodlužování oblouku a prospívá zhášení oblouku.

8. Zlepšete rychlost oddělení kontaktů vypínače

Vylepšená rychlost prodlužování oblouku, což je výhodné pro chlazení oblouku, rekombinaci a difúzi.