Zasada i sposób gaszenia łuku elektrycznego w urządzeniach elektronicznych typu bezpieczniki

Co to jest łuk elektryczny?

Kiedy bezpiecznik w obwodzie przepali się, gdy napięcie i prąd osiągną określoną wartość, wkładka bezpiecznikowa właśnie się stopiła i rozłączyła, a pomiędzy właśnie rozdzielonymi wkładkami bezpiecznikowymi powstanie łuk, który nazywa się łukiem. Dzieje się tak na skutek silnego pola elektrycznego, które jonizuje gaz i powoduje przepływ prądu przez normalnie izolujący ośrodek. Zastosowanie łuku elektrycznego może mieć wiele zastosowań, takich jak spawanie, elektryczne piece łukowe w stalowniach itp. Jeśli jednak łuk powstaje w niekontrolowany sposób, spowoduje to uszkodzenie przesyłu, dystrybucji i sprzętu elektronicznego. Musimy więc zrozumieć i kontrolować łuk.

Skład łuku elektrycznego

1. Strefa kolumny łukowej

Obszar kolumny łuku jest elektrycznie obojętny i składa się z cząsteczek, atomów, atomów wzbudzonych, jonów dodatnich, jonów ujemnych i elektronów. Wśród nich jony naładowane dodatnio są prawie równe jonom naładowanym ujemnie, dlatego nazywa się to również plazmą. Naładowane cząstki poruszają się w plazmie kierunkowo, nie zużywając przy tym dużo energii, dlatego mogą przenosić duże prądy w warunkach niskiego napięcia. Głównymi naładowanymi cząstkami przewodzącymi prąd są elektrony, stanowiące około 99,9% całkowitej liczby naładowanych cząstek, a reszta to jony dodatnie. Ze względu na wyjątkowo małą długość obszarów katody i anody, długość obszaru kolumny łuku można uznać za długość łuku. Natężenie pola elektrycznego w obszarze kolumny łuku jest stosunkowo niskie, zwykle wynosi tylko 5-10 V/cm.

2. Obszar katody

Katoda jest uważana za źródło elektronów. Dostarcza 99,9% naładowanych cząstek (elektronów) do kolumny łukowej. Zdolność katody do emisji elektronów ma istotny wpływ na stabilność łuku. Długość obszaru katody wynosi 10-5-10-6 cm. Jeżeli spadek napięcia na katodzie wynosi 10 V, natężenie pola elektrycznego w obszarze katody wynosi 106-107 V/cm.

3. Obszar anody

Obszar anodowy jest głównie odpowiedzialny za przyjmowanie elektronów, ale powinien również dostarczać 0,1% naładowanych cząstek (jonów dodatnich) do kolumny łuku. Długość obszaru anody wynosi zwykle 10-2-10-3 cm, więc natężenie pola elektrycznego obszaru anody wynosi 103-104 V/cm. Ze względu na znaczny wpływ materiału anody i prądu spawania na spadek napięcia w obszarze anody może on wynosić od 0 do 10 V. Na przykład, gdy gęstość prądu jest wysoka, a temperatura anody jest wysoka, co powoduje odparowanie materiału anody, spadek napięcia na anodzie zmniejszy się, nawet do 0 V.

Charakterystyka łuków elektrycznych

1. Napięcie łuku wymagane do utrzymania stabilnego spalania łuku jest bardzo niskie, a napięcie 1 cm kolumny łuku prądu stałego w atmosferze wynosi tylko 10-50 V.

2. Przez łuk może przepływać duży prąd, od kilku amperów do kilku tysięcy amperów.

3. Łuk ma wysoką temperaturę, a temperatura kolumny łuku jest nierówna. Temperatura w centrum jest najwyższa i sięga 6000-10000 stopni, przy czym temperatura maleje w miarę oddalania się od centrum.

4. Łuki elektryczne mogą emitować silne światło. Długość fali promieniowania świetlnego z łuku wynosi (1,7-50) × 10-7m. Obejmuje trzy części: podczerwień, światło widzialne i światło ultrafioletowe

Klasyfikacja łuków elektrycznych

1. W zależności od rodzaju prądu można go podzielić na łuk przemienny, łuk stały i łuk impulsowy.

2. W zależności od stanu łuku można go podzielić na łuk swobodny i łuk sprężony (taki jak łuk plazmowy).

3. W zależności od materiału elektrody można go podzielić na: łuk elektrody topiącej i łuk elektrody nietopliwej.

Zagrożenia łukiem elektrycznym

1. Występowanie łuków wydłuża czas rozłączenia uszkodzonych obwodów przez rozdzielnicę i zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia zwarć w systemie elektroenergetycznym.

2. Wysoka temperatura wytwarzana przez łuk topi i odparowuje powierzchnię styku, powodując wypalenie materiału izolacyjnego. Sprzęt elektryczny napełniony olejem może również stwarzać ryzyko, takie jak pożar i eksplozja.

3. Ze względu na fakt, że łuki elektryczne mogą poruszać się pod wpływem sił elektrycznych i termicznych. Łatwo jest spowodować zwarcia łukowe i obrażenia, co prowadzi do eskalacji wypadków.

Zasada sześciu łuków gaszących

1. Temperatura łuku

Łuk jest utrzymywany poprzez jonizację termiczną, a obniżenie temperatury łuku może osłabić jonizację termiczną i zmniejszyć wytwarzanie nowych naładowanych jonów. Jednocześnie zmniejsza prędkość naładowanych cząstek i wzmacnia efekt złożony. Szybkie wydłużanie łuku, przedmuchiwanie go gazem lub olejem lub kontaktowanie łuku z powierzchnią stałego ośrodka umożliwia obniżenie temperatury łuku.

2. Charakterystyka ośrodka

Charakterystyka ośrodka, w którym płonie łuk, w dużej mierze determinuje siłę dysocjacji w łuku. Obejmuje przewodność cieplną, pojemność cieplną, temperaturę wolną od ciepła, wytrzymałość dielektryczną itp.

3. Ciśnienie czynnika gazowego

Istotny wpływ na dysocjację łuku ma ciśnienie ośrodka gazowego. Ponieważ im wyższe ciśnienie gazu, tym większe stężenie cząstek w łuku, im mniejsza odległość między cząstkami, tym silniejszy jest efekt złożony i łatwiej jest zgasić łuk. W środowisku wysokiej próżni prawdopodobieństwo kolizji jest zmniejszone, co tłumi dysocjację kolizyjną, podczas gdy efekt dyfuzji jest silny.

4. Materiał kontaktowy

Materiał styku wpływa również na proces odrywania. W przypadku stosowania metali odpornych na wysokie temperatury o wysokich temperaturach topnienia, dobrej przewodności cieplnej i dużej pojemności cieplnej jako styki, zmniejsza emisję gorących elektronów i par metali w łuku, co jest korzystne przy gaszeniu łuku.

Sposób wygaszenia łuku

1. Użyj medium do zgaszenia łuku

Oderwanie przerwy łukowej w dużej mierze zależy od właściwości środka gaśniczego wokół łuku. Gazowy sześciofluorek siarki jest doskonałym środkiem do gaszenia łuku elektrycznego o silnej elektroujemności. Może szybko adsorbować elektrony i tworzyć stabilne jony ujemne, co sprzyja rekombinacji i jonizacji. Jego zdolność gaszenia łuku jest około 100 razy silniejsza niż powietrze; Próżnia (ciśnienie poniżej 0,013 Pa) jest również dobrym medium do gaszenia łuku. Ze względu na małą liczbę cząstek obojętnych w próżni, zderzenie i dysocjacja nie są łatwe, a próżnia sprzyja dyfuzji i dysocjacji. Jego zdolność gaszenia łuku jest około 15 razy silniejsza niż powietrze.

2. Do przedmuchania łuku użyj gazu lub oleju

Dmuchanie łuku powoduje dyfuzję i schładzającą rekombinację naładowanych cząstek w szczelinie łuku. W wyłącznikach wysokiego napięcia stosuje się różne formy konstrukcji komór gaszenia łuku, aby wytworzyć ogromne ciśnienie z gazu lub oleju i silnie przedmuchać je w kierunku szczeliny łukowej. Istnieją dwa główne sposoby nadmuchu łuku: nadmuch pionowy i nadmuch poziomy. Nadmuch pionowy to kierunek nadmuchu równoległy do ​​łuku, co powoduje, że łuk staje się cieńszy; Nadmuch poziomy to kierunek nadmuchu prostopadły do ​​łuku, który wydłuża i odcina łuk.

3. Jako styki gaszące łuk używaj specjalnych materiałów metalowych

Stosowanie metali odpornych na wysoką temperaturę o wysokich temperaturach topnienia, przewodności cieplnej i dużej pojemności cieplnej jako materiałów kontaktowych może zmniejszyć emisję gorących elektronów i par metali w łukach elektrycznych, uzyskując w ten sposób efekt tłumienia jonizacji; Stosowany jednocześnie materiał stykowy wymaga również dużej odporności na łuk i spawanie. Typowe materiały kontaktowe obejmują stop miedzi i wolframu, stop srebra i wolframu itp.

4. Dmuchanie łuku elektromagnetycznego

Zjawisko łuku elektrycznego poruszającego się pod wpływem siły elektromagnetycznej nazywa się łukiem elektromagnetycznym. Dzięki ruchowi łuku w otaczającym ośrodku działa on tak samo jak nadmuch powietrza, osiągając w ten sposób cel wygaszenia łuku. Ta metoda gaszenia łuku jest szerzej stosowana w rozdzielnicach niskiego napięcia.

5. Wprowadź łuk w wąską szczelinę ośrodka stałego

Ten rodzaj metody gaszenia łuku nazywany jest także gaszeniem łukiem szczelinowym. W wyniku ruchu łuku w wąskiej szczelinie ośrodka z jednej strony następuje jego ochłodzenie, co wzmacnia efekt jonizacji; Z drugiej strony łuk ulega wydłużeniu, średnica łuku maleje, opór łuku wzrasta, a łuk gaśnie.

6. Podziel długi łuk na krótkie łuki

Kiedy łuk przechodzi przez rząd metalowych siatek prostopadłych do niego, długi łuk dzieli się na kilka krótkich łuków; Spadek napięcia w przypadku krótkich łuków występuje głównie w obszarach anody i katody. Jeżeli liczba sieci jest wystarczająca, aby suma minimalnych spadków napięcia wymaganych do podtrzymania spalania łuku w każdym segmencie była większa od przyłożonego napięcia, łuk zgaśnie samoczynnie. Ponadto, gdy prąd przemienny przekroczy zero, ze względu na efekt bliskokatodowy, wytrzymałość dielektryczna każdej przerwy łukowej nagle wzrasta do 150-250 V. Stosując wiele przerw łukowych połączonych szeregowo, można uzyskać wyższą wytrzymałość dielektryczną, dzięki czemu łuk nie zapali się ponownie po wygaśnięciu przy przejściu przez zero.

7. Zastosuj gaszenie łuku z wieloma pęknięciami

Każda faza wyłącznika wysokiego napięcia jest połączona szeregowo z dwiema lub większą liczbą przerw, co zmniejsza napięcie przenoszone przez każdą przerwę i podwaja prędkość zrywania styków, powodując szybkie wydłużanie się łuku i sprzyjając jego wygaszaniu.

8. Popraw prędkość separacji styków wyłącznika

Poprawiona prędkość wydłużania łuku, co jest korzystne dla chłodzenia łuku, rekombinacji i dyfuzji.