Deschiderea circuitelor electrice

Deschiderea circuitelor electrice înseamnă de obicei proces de tranziție, în care curentul circuitului se schimbă de la o anumită valoare la zero. În ultima etapă de deschidere a circuitului, între contactele dispozitivului de deconectare apare un decalaj care, pe lângă conductivitatea zero, trebuie să aibă și o rigiditate dielectrică suficient de mare pentru a rezista la acțiunea tensiunii circuitului restabilită acestuia.

Caracteristicile fizice ale descărcării arcului

Arc electric poate apărea atunci când decalajul dintre contacte (electrozi) se rupe sau când se deschid. Când contactele se deschid, arcul între ele este facilitat de formarea de „pete” strălucitoare pe suprafața de contact, care sunt o consecință a densităților semnificative de curent pe zone mici de „separare”. Acest lucru face ca un arc să se formeze atunci când contactele sunt întrerupte, chiar și la o tensiune destul de scăzută (de ordinul a câteva zeci de volți).

În general, se acceptă că condițiile minime pentru apariția unui arc cel puțin instabil pe contacte sunt curent aproximativ 0,5 A și tensiune 15 - 20 V.

Deschiderea contactelor la valori mai mici ale tensiunii și curentului este de obicei însoțită de doar scântei mici. La tensiuni mai mari de circuit deschis, dar la curenți mai mici, este posibilă formarea între contactele deschise descărcare strălucitoare.

Prezența unei descărcări strălucitoare se caracterizează printr-o scădere semnificativă a tensiunii catodului (până la 300 V). Dacă o descărcare luminoasă se transformă într-o descărcare cu arc, de exemplu, pe măsură ce curentul din circuit crește, atunci căderea de tensiune a catodului scade la 10 - 20 V.

Trăsăturile caracteristice ale descărcării arcului la presiune înaltă a unui mediu gazos sunt:

• densitate mare de curent în coloana arcului;

• temperatura ridicată a gazului în interiorul canalului arcului, ajungând la 5000 K, iar în condiții de deionizare intensă, 12000 — 15000 K și mai mare;

• densitate mare de curent și cădere scăzută de tensiune la electrozi.

De obicei, scopul este de a se asigura că procesul de deschidere a circuitului se desfășoară cât mai repede posibil. În acest scop se folosesc dispozitive speciale de comutare (întrerupătoare, întrerupătoare, contactoare, siguranțe, întrerupătoare de sarcină etc.).

Fenomenele de arc se observă nu numai la întrerupătoarele de circuit. Un arc electric poate apărea atunci când contactele sunt deschise. separatoare de înaltă tensiune, când izolația liniilor se suprapune, când elementele de protecție ale siguranțelor sunt arse etc.

Complexitatea dispozitivelor acestor dispozitive depinde de cerințele impuse acestora în ceea ce privește nivelurile tensiunii de funcționare, curenții nominali și curenții de scurtcircuit, nivelurile de supratensiuni care apar, condițiile atmosferice, cotele de viteză etc.

Caracteristici de deschidere a circuitelor electrice prin separatoare

Problema stingerii arcurilor lungi deschise de curent alternativ este cel mai des întâlnită atunci când se lucrează cu deconectatoare simple, cum ar fi dispozitivele de declanșare. Astfel de deconectatoare nu au dispozitive speciale de suprimare a arcului, iar când contactele se deschid, ele extind doar arcul în aer.

Pentru a îmbunătăți condițiile de întindere a arcului, deconectatoarele sunt echipate cu corn sau electrozi suplimentari cu tijă, de-a lungul cărora arcul este ridicat și întins la o lungime mare.

Există multe videoclipuri încărcate pe Internet care arată procesul de arc atunci când contactele deconectatoarelor se deschid la sarcină (acestea pot fi găsite cu ușurință căutând „deconectator de arc”).

Arcul deschis la deconectatoare sau între conductori și masă pe liniile electrice este puternic încurajat de vânt. În prezența vântului, arcul poate fi mai scurt și, prin urmare, eliminat mai repede decât în ​​absența vântului.Cu toate acestea, un astfel de factor precum vântul nu trebuie luat în considerare din cauza inconsecvenței sale, ci pe baza unor condiții mai severe - întregul absența vântului.

Cu ajutorul deconectatoarelor, este imposibil să opriți un curent mare, deoarece arcul atinge în același timp o lungime considerabilă, formând multă flacără, topind puternic contactele dispozitivului de deconectare. Un arc deschis puternic deteriorează cu ușurință izolatoarele cu care intră în contact, provoacă o suprapunere între faze, ceea ce duce la un scurtcircuit în rețea.

Separatoarele convenționale sunt utilizate pe scară largă pentru a deconecta curenții în circuit deschis ai transformatoarelor mici, curenții capacitivi ai liniei de sarcină, curenții de sarcină scăzute etc.

Modalități de deschidere a circuitelor electrice

În principiu, următoarele metode sunt posibile pentru deschiderea circuitelor electrice cu curent continuu și curent alternativ.

1. Arcul simplu al circuitelor electrice

Această grupă include astfel de metode de deschidere a circuitelor electrice cu curent continuu și alternativ, în care nu se iau măsuri suplimentare speciale pentru limitarea curentului în circuit înainte de deschiderea contactelor sau măsuri speciale de reducere a energiei arcului în intervalul arcului. întrerupător.

În această metodă de deschidere, condițiile de întrerupere a circuitului sunt asigurate de cel mult camera de stingere a arcului a dispozitivului de deconectare prin crearea rigidității dielectrice necesare a golului atunci când curentul trece de zero (curent alternativ) sau atingerea unei valori suficiente a tensiunii arcului (curent continuu).

În timpul arcului, contactele aparatului se pot deschide în orice fază a curentului care curge în circuit, prin urmare contactele și elementele jgheabului de arc trebuie să fie proiectate pentru impactul unui arc de putere și energie relativ mare.

Camere de stingere a arcului pentru dispozitive electrice

Jgheab de arc pentru întrerupător

2. Deschiderea arcului limitată a circuitelor electrice

Astfel de metode de excludere le includ pe acelea în care un activ relativ mare sau reactivitate, datorită căruia curentul din circuit scade destul de semnificativ în comparație cu valoarea sa care exista înainte de apariția limitării. Comutatorul oprește curentul limitat care rămâne în circuit.

În acest caz, la contacte are loc un arc limitat de putere, iar stingerea arcului pe curentul rămas este o sarcină mai simplă decât dacă curentul nu ar fi limitat.

În mod convențional, includem astfel de metode de deconectare în aceeași grupă, în care faza de întrerupere a curentului este strict fixată sau timpul de ardere a arcului pe contacte este limitat de unele măsuri speciale, de exemplu, dispozitive de supapă etc.

3. Deschiderea fără arc a circuitelor electrice

Procesul de deschidere a circuitelor electrice în acest caz se caracterizează prin faptul că descărcarea arcului la contactele principale are loc complet sau are loc sub forma unui arc instabil pe termen foarte scurt datorită influenței inductanței și inductanței reciproce a circuitelor. . Acest tip de deschidere a circuitului se realizează de obicei prin intermediul supapelor de mare putere (diode din siliciu sau tiristoare) utilizate ca elemente de manevră ale contactelor întreruptorului principal.

Caracteristici de stingere a arcului la deschiderea circuitelor electrice DC și AC

Condițiile de stingere a arcului de curent alternativ cu deionizarea activă a golului dispozitivului de comutare sunt excluse în mod fundamental din condițiile de stingere a arcurilor de curent continuu și a arcurilor de curent alternativ deschise lungi.

Într-un arc permanent sau într-un arc alternativ lung deschis, stingerea are loc în principal pentru că atunci când arcul este întins, sursa de energie electrică nu poate acoperi căderea de tensiune în coloana arcului, în urma căreia apare o stare instabilă și arcul se stinge.

Când apare un arc într-un circuit de curent alternativ, când coloana arcului este deionizată activ sau se rupe într-o serie de arcuri scurte, arcul poate fi stins chiar și atunci când sursa are încă o tensiune de alimentare mare pentru a menține arderea arcului, dar care se dovedește să fie insuficientă pentru a-i asigura aprinderea — la trecerea curentului cu zero.

În condiții de deionizare activă în timpul trecerii curentului cu zero, conductivitatea coloanei arcului scade atât de mult încât, cel puțin pentru o perioadă scurtă de timp, trebuie să i se aplice o tensiune semnificativă pentru a porni arcul în următorul semiciclu.

Dacă circuitul nu este capabil să furnizeze suficientă tensiune și viteza de creștere a intervalului, după ce curentul trece la zero, curentul este întrerupt, adică arcul nu apare în următorul semiciclu și circuitul este în sfârșit. oprit.

Apoi luați în considerare cele mai comune pur și simplu deschiderea circuitelor cu arc.

Dacă tensiunea și curentul sursei circuitului depășesc anumite valori critice, atunci la contactele dispozitivului de deconectare electrică când se deschid, are loc o descărcare stabilă a arcului… Dacă contactele diverg în continuare sau arcul este suflat în camera de stingere a arcului de deconectare, se creează condiții instabile de ardere a arcului și arcul poate fi stins.

Pe măsură ce tensiunea și curentul în circuit cresc, dificultatea de a crea condiții instabile de arc crește rapid. La tensiuni care ajung la mii și zeci de mii de volți și curenți relativ mari (mii de amperi), în contactele dispozitivului de deconectare apare un arc foarte puternic, pentru a-l stinge și deci a întrerupe circuitul, trebuie luate măsuri de utilizare. dispozitive de stingere a arcului mai mult sau mai puțin sofisticate ... Dificultăți deosebit de semnificative apar la oprirea circuitelor de curent continuu.

Dificultăți considerabile trebuie depășite și în timpul unei stânci. curenti de scurtcircuit în circuite de curent alternativ pentru perioade scurte de timp (sutimi și miimi de secundă).

Ruperea rapidă a circuitului și îndepărtarea scurtcircuitelor rezultate în instalațiile electrice sunt dictate de o serie de circumstanțe și în primul rând de necesitatea menținerii stabilității funcționării. sisteme electrice, protecția firelor și echipamentelor de efectele termice ale curenților de scurtcircuit, protecția contactelor și a camerelor cu arc ale dispozitivelor de deconectare de la acțiunea distructivă a unui arc puternic.

Îndepărtarea rapidă a arcului de circuit deschis este, de asemenea, de mare importanță și în dispozitive pentru circuite de control de joasă tensiune, care sunt de obicei proiectate pentru un număr foarte mare de procese de comutare. Reducerea duratei de ardere a arcului duce la o reducere a arderii contactelor și a altor elemente ale aparatului și, prin urmare, la o creștere a duratei de viață.

Cu toate acestea, eliminarea foarte rapidă a arcului poate duce la supratensiuni foarte mari în circuit deoarece arcul, atunci când circuitul este deschis, absoarbe energia electromagnetică stocată în circuit, care poate fi convertită în energie electrostatică. Astfel, descărcarea arcului poate juca un rol pozitiv în unele cazuri. Acest lucru ar trebui luat în considerare.

Problema creării de dispozitive fiabile de deconectare de înaltă și joasă tensiune de mare viteză, în primul rând, se bazează pe soluția corectă a problemei de stingere a arcului în acestea.

Întreruperea circuitelor electrice de joasă și înaltă tensiune cu formarea unui arc puternic în contactele dispozitivelor electrice este un proces complex, al cărui studiu este dedicat unui număr mare de studii teoretice și experimentale și dezvoltări de proiectare.

Există un număr mare de metode de stingere a arcurilor AC și DC care sunt utilizate în practică în funcție de nivelurile de tensiune de funcționare, magnitudinea curenților, timpul necesar de funcționare a dispozitivelor de deconectare, condițiile de siguranță etc.

În prezent, arcul simplu este încă calea principală pe care o continuă tehnologia dispozitivelor de comutare AC și DC de înaltă și joasă tensiune.

Vezi si:Întreruptoare cu vid de înaltă tensiune — Proiectare și principiu de funcționare