Princíp a spôsob hasenia elektrického oblúka v elektronických zariadeniach, ako sú poistky

Čo je elektrický oblúk?

Keď je poistka v obvode spálená, keď napätie a prúd dosiahnu určitú hodnotu, poistková vložka sa práve roztavila a odpojila a medzi práve oddelenými poistkovými vložkami vznikne oblúk, ktorý sa nazýva oblúk. Je to vďaka silnému elektrickému poľu, ktoré ionizuje plyn a spôsobuje prechod prúdu cez normálne izolačné médium. Použitie elektrického oblúka môže mať mnoho aplikácií, ako je zváranie, elektrické oblúkové pece v oceliarňach atď. Ak je však oblúk generovaný v nekontrolovanom stave, spôsobí poškodenie prenosu energie, distribúcie a elektronických zariadení. Takže musíme pochopiť a ovládať oblúk.

Zloženie elektrického oblúka

1. Zóna oblúkového stĺpca

Oblasť stĺpca oblúka je elektricky neutrálna a skladá sa z molekúl, atómov, excitovaných atómov, kladných iónov, záporných iónov a elektrónov. Medzi nimi sú kladne nabité ióny takmer rovnaké ako záporne nabité ióny, preto sa nazýva aj plazma. Nabité častice sa pohybujú v plazme smerovo bez toho, aby spotrebovali veľa energie, a preto môžu prenášať vysoké prúdy pri nízkonapäťových podmienkach. Hlavnými nabitými časticami, ktoré prenášajú prúd, sú elektróny, ktoré predstavujú približne 99,9 % z celkového počtu nabitých častíc, pričom zvyšok tvoria kladné ióny. V dôsledku extrémne krátkej dĺžky oblastí katódy a anódy možno dĺžku oblasti stĺpca oblúka považovať za dĺžku oblúka. Intenzita elektrického poľa v oblasti stĺpca oblúka je relatívne nízka, zvyčajne len 5-10 V/cm.

2. Oblasť katódy

Katóda sa považuje za zdroj elektrónov. Poskytuje 99,9 % nabitých častíc (elektrónov) do oblúkového stĺpca. Schopnosť katódy emitovať elektróny má významný vplyv na stabilitu oblúka. Dĺžka katódovej oblasti je 10-5-10-6 cm. Ak je pokles napätia na katóde 10 V, intenzita elektrického poľa v oblasti katódy je 106-107 V/cm.

3. Oblasť anódy

Anódová oblasť je zodpovedná hlavne za prijímanie elektrónov, ale mala by tiež poskytnúť 0,1% nabitých častíc (pozitívnych iónov) do oblúkového stĺpca. Dĺžka anódovej oblasti je zvyčajne 10-2-10-3 cm, takže intenzita elektrického poľa anódovej oblasti je 103-104 V/cm. V dôsledku významného vplyvu materiálu anódy a zváracieho prúdu na pokles napätia v oblasti anódy sa môže meniť medzi 0 a 10 V. Napríklad, keď je prúdová hustota vysoká a teplota anódy je vysoká, čo spôsobí odparovanie materiálu anódy, pokles anódového napätia sa zníži, dokonca až na 0 V.

Charakteristika elektrických oblúkov

1. Napätie oblúka potrebné na udržanie stabilného horenia oblúka je veľmi nízke a napätie 1 cm stĺpca jednosmerného oblúka v atmosfére je len 10-50V.

2. Oblúkom môže prechádzať veľký prúd v rozsahu od niekoľkých ampérov až po niekoľko tisíc ampérov.

3. Oblúk má vysokú teplotu a teplota stĺpca oblúka je nerovnomerná. Stredová teplota je najvyššia, dosahuje 6000-10000 stupňov, zatiaľ čo teplota smerom od stredu klesá.

4. Elektrické oblúky môžu vyžarovať silné svetlo. Vlnová dĺžka svetelného žiarenia z oblúka je (1,7-50) × 10-7m. Obsahuje tri časti: infračervené, viditeľné svetlo a ultrafialové svetlo

Klasifikácia elektrických oblúkov

1. Podľa typu prúdu ho možno rozdeliť na striedavý oblúk, jednosmerný oblúk a pulzný oblúk.

2. Podľa stavu oblúka ho možno rozdeliť na voľný oblúk a stlačený oblúk (napríklad plazmový oblúk).

3. Podľa materiálu elektródy sa dá rozdeliť na: taviaci sa elektródový oblúk a netaviaci sa elektródový oblúk.

Nebezpečenstvo elektrického oblúka

1. Prítomnosť oblúkov predlžuje čas rozvádzača na odpojenie chybných obvodov a zvyšuje pravdepodobnosť skratu v napájacom systéme.

2. Vysoká teplota generovaná oblúkom sa roztaví a odparí kontaktný povrch, čím sa spáli izolačný materiál. Elektrické zariadenia naplnené olejom môžu tiež predstavovať riziká, ako je požiar a výbuch.

3. Vzhľadom na skutočnosť, že elektrické oblúky sa môžu pohybovať pôsobením elektrických a tepelných síl. Je ľahké spôsobiť skraty a zranenia, ktoré vedú k eskalácii nehôd.

Princíp šiestich hasiacich oblúkov

1. Teplota oblúka

Oblúk je udržiavaný tepelnou ionizáciou a zníženie teploty oblúka môže oslabiť tepelnú ionizáciu a znížiť tvorbu nových nabitých iónov. Zároveň tiež znižuje rýchlosť nabitých častíc a zvyšuje kompozitný efekt. Rýchlym predlžovaním oblúka, fúkaním oblúka plynom alebo olejom alebo privedením oblúka do kontaktu s povrchom pevného média je možné znížiť teplotu oblúka.

2. Charakteristika média

Charakteristiky média, v ktorom oblúk horí, do značnej miery určujú silu disociácie v oblúku. Vrátane tepelnej vodivosti, tepelnej kapacity, tepelnej voľnej teploty, dielektrickej pevnosti atď.

3. Tlak plynného média

Tlak plynného média má významný vplyv na disociáciu oblúka. Pretože čím vyšší je tlak plynu, tým vyššia je koncentrácia častíc v oblúku, čím menšia je vzdialenosť medzi časticami, tým silnejší je kompozitný efekt a tým ľahšie je oblúk zhasnúť. V prostredí vysokého vákua sa znižuje pravdepodobnosť kolízie, čo potláča disociáciu kolízie, pričom difúzny efekt je silný.

4. Kontaktný materiál

Kontaktný materiál tiež ovplyvňuje proces oddeľovania. Pri použití kovov odolných voči vysokej teplote s vysokými bodmi topenia, dobrou tepelnou vodivosťou a veľkou tepelnou kapacitou ako kontaktmi sa znižuje emisia horúcich elektrónov a kovových pár v oblúku, čo je výhodné na zhášanie oblúka.

Spôsob hasenia oblúka

1. Použite médium na uhasenie oblúka

Oddelenie medzery oblúka do značnej miery závisí od charakteristík hasiaceho média okolo oblúka. Plynný hexafluorid sírový je vynikajúce hasiace médium so silnou elektronegativitou. Dokáže rýchlo adsorbovať elektróny a vytvárať stabilné záporné ióny, čo vedie k rekombinácii a ionizácii. Jeho schopnosť uhasiť oblúk je asi 100-krát silnejšia ako vzduch; Vákuum (tlak pod 0,013 Pa) je tiež dobrým médiom na uhasenie oblúka. Vzhľadom na malý počet neutrálnych častíc vo vákuu nie je ľahké sa zraziť a disociovať a vákuum prispieva k difúzii a disociácii. Jeho schopnosť zhášať oblúk je asi 15-krát silnejšia ako vzduch.

2. Na fúkanie oblúka použite plyn alebo olej

Fúkanie oblúka spôsobuje difúziu a chladiacu rekombináciu nabitých častíc v oblúkovej medzere. Vo vysokonapäťových ističoch sa používajú rôzne formy konštrukcií komôr na zhášanie oblúka, ktoré vytvárajú obrovský tlak z plynu alebo oleja a fúkajú ho silou smerom k medzere elektrického oblúka. Existujú dva hlavné spôsoby fúkania oblúka: vertikálne fúkanie a horizontálne fúkanie. Vertikálne fúkanie je smer fúkania rovnobežný s oblúkom, čo spôsobuje, že sa oblúk stáva tenším; Horizontálne fúkanie je smer fúkania kolmý na oblúk, ktorý predĺži a odreže oblúk.

3. Ako kontakty na zhášanie oblúka použite špeciálne kovové materiály

Použitie kovov odolných voči vysokej teplote s vysokými bodmi topenia, tepelnou vodivosťou a veľkou tepelnou kapacitou ako kontaktných materiálov môže znížiť emisiu horúcich elektrónov a kovových pár v elektrických oblúkoch, čím sa dosiahne účinok potlačenia ionizácie; Súčasne používaný kontaktný materiál tiež vyžaduje vysokú odolnosť voči oblúku a zváraniu. Bežné kontaktné materiály zahŕňajú zliatinu medi volfrámu, zliatinu striebra volfrámu atď.

4. Fúkanie elektromagnetického oblúka

Fenomén pohybu elektrického oblúka pôsobením elektromagnetickej sily sa nazýva elektromagnetický fúkací oblúk. Vďaka pohybu oblúka v okolitom médiu má rovnaký účinok ako fúkanie vzduchu, čím sa dosiahne účel zhasnutia oblúka. Táto metóda zhášania oblúka sa častejšie používa v nízkonapäťových rozvádzačoch.

5. Pohybujte oblúkom v úzkej štrbine pevného média

Tento typ metódy hasenia oblúka je známy aj ako hasenie štrbinového oblúka. Pohybom oblúka v úzkej štrbine média dochádza na jednej strane k jeho ochladzovaniu, čo zvyšuje ionizačný efekt; Na druhej strane sa oblúk predĺži, zmenší sa priemer oblúka, zvýši sa odpor oblúka a oblúk zhasne.

6. Rozdeľte dlhý oblúk na krátke oblúky

Keď oblúk prechádza radom kovových mriežok kolmých naň, dlhý oblúk je rozdelený na niekoľko krátkych oblúkov; Pokles napätia krátkych oblúkov spadá hlavne do oblasti anódy a katódy. Ak je počet mriežok dostatočný na to, aby sa zabezpečilo, že súčet minimálnych úbytkov napätia potrebných na udržanie horenia oblúka v každom segmente je väčší ako aplikované napätie, oblúk sám zhasne. Okrem toho, keď striedavý prúd prekročí nulu, v dôsledku blízkeho katódového efektu sa dielektrická pevnosť každej oblúkovej medzery náhle zvýši na 150-250 V. Použitím viacerých oblúkových medzier v sérii je možné dosiahnuť vyššiu dielektrickú pevnosť, takže oblúk sa po zhasnutí pri prechode nulou znovu nezapáli.

7. Prijmite zhášanie oblúka pri viacerých zlomeninách

Každá fáza vysokonapäťového ističa je zapojená do série s dvoma alebo viacerými prerušeniami, čo znižuje napätie znášané každým prerušením a zdvojnásobuje rýchlosť vypínania kontaktu, čo spôsobuje rýchle predĺženie oblúka a prospieva zhášaniu oblúka.

8. Zlepšite rýchlosť oddelenia kontaktov ističa

Vylepšená rýchlosť predlžovania oblúka, čo je výhodné pre chladenie oblúka, rekombináciu a difúziu.