Prinsippet og slokkemetoden for buegenerering i elektroniske enheter som sikringer

Hva er en elektrisk lysbue?

Når sikringen i kretsen er gått, når spenningen og strømmen når en viss verdi, har sikringsleddet akkurat smeltet og frakoblet, og det vil oppstå en lysbue mellom de nettopp separerte sikringsleddene, som kalles en lysbue. Det skyldes det sterke elektriske feltet, som ioniserer gassen og får strømmen til å gå gjennom det normalt isolerende mediet. Bruken av lysbuer kan ha mange bruksområder, som sveising, lysbueovner i stålverk osv. Men hvis lysbuen genereres i en ukontrollert tilstand, vil det forårsake skade på kraftoverføring, distribusjon og elektronisk utstyr. Så vi må forstå og kontrollere lysbuen.

Sammensetning av elektrisk lysbue

1. Buesøylesone

Buesøyleområdet er elektrisk nøytralt og består av molekyler, atomer, eksiterte atomer, positive ioner, negative ioner og elektroner. Blant dem er positivt ladede ioner nesten lik negativt ladede ioner, så det kalles også plasma. Ladede partikler beveger seg retningsbestemt i plasma uten å forbruke mye energi, og det er grunnen til at de kan overføre høye strømmer under lavspenningsforhold. De viktigste ladede partiklene som overfører strøm er elektroner, og utgjør omtrent 99,9 % av det totale antallet ladede partikler, mens resten er positive ioner. På grunn av den ekstremt korte lengden på katode- og anodeområdene, kan lengden av buesøyleområdet betraktes som buelengden. Den elektriske feltstyrken i buesøyleområdet er relativt lav, vanligvis bare 5-10V/cm.

2. Katodeområde

Katoden regnes som kilden til elektroner. Det gir 99,9 % av ladede partikler (elektroner) til buesøylen. Katodens evne til å avgi elektroner har en betydelig innvirkning på stabiliteten til lysbuen. Lengden på katodeområdet er 10-5-10-6 cm. Hvis katodespenningsfallet er 10V, er den elektriske feltstyrken til katodeområdet 106-107V/cm.

3. Anodeområde

Anoderegionen er hovedsakelig ansvarlig for å akseptere elektroner, men den skal også gi 0,1 % av ladede partikler (positive ioner) til buesøylen. Lengden på anodeområdet er vanligvis 10-2-10-3 cm, så den elektriske feltstyrken til anodeområdet er 103-104V/cm. På grunn av den betydelige innvirkningen av anodemateriale og sveisestrøm på spenningsfallet i anodeområdet, kan det variere mellom 0 og 10V. For eksempel, når strømtettheten er høy og anodetemperaturen er høy, noe som får anodematerialet til å fordampe, vil anodespenningsfallet avta, til og med til 0V.

Egenskaper til elektriske lysbuer

1. Lysbuespenningen som kreves for å opprettholde stabil forbrenning av lysbuen er svært lav, og spenningen til en 1cm likestrømsbuesøyle i atmosfæren er bare 10-50V.

2. En stor strøm kan gå gjennom lysbuen, alt fra noen få ampere til flere tusen ampere.

3. Buen har høy temperatur, og temperaturen på buesøylen er ujevn. Sentrumstemperaturen er høyest, når 6000-10000 grader, mens temperaturen synker bort fra sentrum.

4. Elektriske lysbuer kan avgi sterkt lys. Bølgelengden til lysstrålingen fra buen er (1,7-50) × 10-7m. Den inneholder tre deler: infrarødt, synlig lys og ultrafiolett lys

Klassifisering av elektriske lysbuer

1. I henhold til strømtypen kan den deles inn i AC-bue, DC-bue og pulsbue.

2. I henhold til tilstanden til lysbuen kan den deles inn i fri lysbue og komprimert lysbue (som plasmabue).

3. I henhold til elektrodematerialet kan det deles inn i: smeltende elektrodebue og ikke-smeltende elektrodebue.

Farene ved elektriske lysbuer

1. Tilstedeværelsen av lysbuer forlenger tiden for koblingsutstyr å koble fra feilkretser og øker sannsynligheten for kortslutninger i kraftsystemet.

2. Den høye temperaturen som genereres av lysbuen smelter og fordamper kontaktflaten, og brenner ut isolasjonsmaterialet. Oljefylt elektrisk utstyr kan også utgjøre risikoer som brann og eksplosjon.

3. På grunn av det faktum at elektriske lysbuer kan bevege seg under påvirkning av elektriske og termiske krefter. Det er lett å forårsake buedannelse og kortslutninger og skader, noe som fører til eskalering av ulykker.

Prinsippet med seks slukkebuer

1. Buetemperatur

Lysbuen opprettholdes ved termisk ionisering, og senking av temperaturen på lysbuen kan svekke termisk ionisering og redusere genereringen av nye ladede ioner. Samtidig reduserer det også hastigheten til ladede partikler og forbedrer kompositteffekten. Ved å raskt forlenge lysbuen, blåse lysbuen med gass eller olje, eller bringe lysbuen i kontakt med overflaten av et fast medium, kan lysbuetemperaturen reduseres.

2. Kjennetegn ved mediet

Egenskapene til mediet der lysbuen brenner bestemmer i stor grad styrken til dissosiasjonen i lysbuen. Inkludert termisk ledningsevne, varmekapasitet, termisk fri temperatur, dielektrisk styrke, etc.

3. Trykk på gassmedium

Trykket i gassmediet har en betydelig innvirkning på dissosiasjonen av lysbuen. For jo høyere trykk på gassen er, jo høyere konsentrasjon av partikler i lysbuen, jo mindre avstand mellom partiklene, jo sterkere blir kompositteffekten, og jo lettere er det for lysbuen å slukke. I et høyvakuummiljø reduseres sannsynligheten for kollisjon, noe som undertrykker kollisjonsdissosiasjon, mens diffusjonseffekten er sterk.

4. Kontaktmateriale

Kontaktmaterialet påvirker også løsrivelsesprosessen. Ved bruk av høytemperaturbestandige metaller med høye smeltepunkter, god varmeledningsevne og stor varmekapasitet som kontakter, reduserer det utslippet av varme elektroner og metalldamp i lysbuen, noe som er gunstig for lysbueslukking.

Metoden for å slukke lysbuen

1. Bruk mediet til å slukke lysbuen

Frigjøringen av lysbuespalten avhenger i stor grad av egenskapene til slokkemediet rundt lysbuen. Svovelheksafluoridgass er et utmerket lysbueslukkemiddel med sterk elektronegativitet. Det kan raskt adsorbere elektroner og danne stabile negative ioner, noe som bidrar til rekombinasjon og ionisering. Dens lysbueslukkingsevne er omtrent 100 ganger sterkere enn luft; Vakuum (trykk under 0,013 Pa) er også et godt medium for lysbueslukking. På grunn av det lille antallet nøytrale partikler i vakuum er det ikke lett å kollidere og dissosiere, og vakuum bidrar til diffusjon og dissosiasjon. Dens lysbueslukkingsevne er omtrent 15 ganger sterkere enn luft.

2. Bruk gass eller olje for å blåse lysbuen

Å blåse en lysbue forårsaker diffusjon og avkjølingsrekombinasjon av ladede partikler i lysbuespalten. I høyspenningsbrytere brukes ulike former for lysbueslukkekammerstrukturer for å generere enormt trykk fra gass eller olje og blåse det kraftig mot lysbuespalten. Det er to hovedmåter å blåse en bue på: vertikal blåsing og horisontal blåsing. Vertikal blåsing er blåseretningen parallelt med buen, som gjør at buen blir tynnere; Horisontal blåsing er blåseretningen vinkelrett på buen, som forlenges og skjærer av buen.

3. Bruk spesielle metallmaterialer som lysbueslukkende kontakter

Bruk av høytemperaturbestandige metaller med høye smeltepunkter, termisk ledningsevne og stor varmekapasitet som kontaktmaterialer kan redusere utslipp av varme elektroner og metalldamp i elektriske lysbuer, og dermed oppnå effekten av å undertrykke ionisering; Kontaktmaterialet som brukes samtidig krever også høy motstand mot lysbue og sveising. Vanlige kontaktmaterialer inkluderer kobber wolframlegering, sølv wolframlegering, etc.

4. Elektromagnetisk lysbueblåsing

Fenomenet med elektrisk lysbue som beveger seg under påvirkning av elektromagnetisk kraft kalles elektromagnetisk blåsebue. På grunn av bevegelsen av buen i det omgivende mediet har den samme effekt som luftblåsing, og oppnår dermed formålet med å slukke lysbuen. Denne lysbueslukkingsmetoden er mer utbredt i lavspenningsbryterutstyr.

5. Få buen til å bevege seg i den smale spalten til det faste mediet

Denne typen lysbueslukkingsmetode er også kjent som spaltebueslukking. På grunn av bevegelsen av buen i den smale spalten til mediet, på den ene siden, blir den avkjølt, noe som forbedrer ioniseringseffekten; På den annen side er buen forlenget, buediameteren reduseres, buemotstanden øker, og buen slukkes.

6. Skill den lange buen i korte buer

Når buen går gjennom en rad med metallgitter vinkelrett på den, er den lange buen delt inn i flere korte buer; Spenningsfallet for korte lysbuer faller hovedsakelig i anode- og katodeområdene. Hvis antallet gitter er tilstrekkelig til å sikre at summen av minimum spenningsfall som kreves for å opprettholde lysbueforbrenning i hvert segment er større enn den påførte spenningen, vil lysbuen slukke av seg selv. I tillegg, etter at AC-strømmen krysser null, på grunn av den nære katodeeffekten, øker den dielektriske styrken til hvert buegap plutselig til 150-250V. Ved å bruke flere lysbuespalter i serie kan en høyere dielektrisk styrke oppnås, slik at lysbuen ikke vil tenne på nytt etter å ha blitt slukket ved null kryssing.

7. Bruk lysbueslukking med flere brudd

Hver fase av en høyspenningsbryter er koblet i serie med to eller flere brudd, noe som reduserer spenningen som bæres av hvert brudd og dobler kontaktbrytehastigheten, noe som får lysbuen til å forlenge seg raskt og fordeler lysbuens slukking.

8. Forbedre separasjonshastigheten til kretsbryterkontakter

Forbedret hastigheten på å forlenge lysbuen, noe som er gunstig for buekjøling, rekombinasjon og diffusjon.