Načelo in način gašenja generiranja obloka v elektronskih napravah, kot so varovalke

Kaj je električni oblok?

Ko je varovalka v tokokrogu pregorela, ko napetost in tok dosežeta določeno vrednost, se je talilni vložek pravkar stopil in odklopil, med pravkar ločenima vložkoma varovalke pa bo nastal oblok, ki se imenuje oblok. To je posledica močnega električnega polja, ki ionizira plin in povzroči, da tok teče skozi običajno izolacijski medij. Uporaba električnega obloka ima lahko veliko aplikacij, kot so varjenje, elektroobločne peči v jeklarnah itd. Če pa oblok nastane v nenadzorovanem stanju, bo povzročil škodo na prenosu, distribuciji in elektronski opremi. Zato moramo razumeti in nadzorovati lok.

Sestava električnega obloka

1. Območje ločnega stebra

Območje stebra obloka je električno nevtralno in je sestavljeno iz molekul, atomov, vzbujenih atomov, pozitivnih ionov, negativnih ionov in elektronov. Med njimi so pozitivno nabiti ioni skoraj enaki negativno nabitim ionom, zato jo imenujemo tudi plazma. Nabiti delci se v plazmi premikajo usmerjeno, ne da bi pri tem porabili veliko energije, zato lahko prenašajo visoke tokove v pogojih nizke napetosti. Glavni nabiti delci, ki prenašajo tok, so elektroni, ki predstavljajo približno 99,9 % celotnega števila nabitih delcev, ostalo pa so pozitivni ioni. Zaradi izjemno kratke dolžine katodnega in anodnega področja lahko dolžino območja stebra obloka štejemo za dolžino obloka. Jakost električnega polja v območju stebra obloka je razmeroma nizka, običajno le 5-10 V/cm.

2. Katodno območje

Katoda velja za vir elektronov. Zagotavlja 99,9 % nabitih delcev (elektronov) stolpcu obloka. Sposobnost katode, da oddaja elektrone, pomembno vpliva na stabilnost obloka. Dolžina katodnega območja je 10-5-10-6 cm. Če je padec katodne napetosti 10 V, je električna poljska jakost katodnega območja 106-107 V/cm.

3. Območje anode

Območje anode je v glavnem odgovorno za sprejemanje elektronov, vendar mora zagotoviti tudi 0,1 % nabitih delcev (pozitivnih ionov) v steber obloka. Dolžina anodne regije je običajno 10-2-10-3 cm, tako da je električna poljska jakost anodne regije 103-104 V/cm. Zaradi znatnega vpliva anodnega materiala in varilnega toka na padec napetosti v anodnem območju se le-ta lahko giblje med 0 in 10V. Na primer, ko je gostota toka visoka in temperatura anode visoka, zaradi česar anodni material izhlapi, se bo padec anodne napetosti zmanjšal celo na 0 V.

Značilnosti električnih oblokov

1. Napetost obloka, ki je potrebna za vzdrževanje stabilnega zgorevanja obloka, je zelo nizka, napetost 1 cm DC obločnega stebra v atmosferi pa je samo 10-50 V.

2. Skozi oblok lahko teče velik tok, ki sega od nekaj amperov do nekaj tisoč amperov.

3. Oblok ima visoko temperaturo in temperatura stebra obloka je neenakomerna. Temperatura središča je najvišja in doseže 6000-10000 stopinj, medtem ko se temperatura zmanjšuje stran od središča.

4. Električni oblok lahko oddaja močno svetlobo. Valovna dolžina svetlobnega sevanja iz loka je (1,7-50) × 10-7m. Vključuje tri dele: infrardečo, vidno svetlobo in ultravijolično svetlobo

Razvrstitev električnih lokov

1. Glede na vrsto toka ga lahko razdelimo na AC oblok, DC oblok in impulzni oblok.

2. Glede na stanje loka ga lahko razdelimo na prosti lok in stisnjen lok (kot je plazemski lok).

3. Glede na material elektrode ga lahko razdelimo na: oblok talilne elektrode in oblok netalilne elektrode.

Nevarnosti električnega obloka

1. Prisotnost oblokov podaljša čas stikalnih naprav za odklop okvarjenih tokokrogov in poveča verjetnost kratkih stikov v elektroenergetskem sistemu.

2. Visoka temperatura, ki jo povzroči oblok, stopi in izhlapi kontaktno površino, pri čemer izgori izolacijski material. Električna oprema, napolnjena z oljem, lahko predstavlja tudi nevarnost, kot sta požar in eksplozija.

3. Zaradi dejstva, da se električni loki lahko premikajo pod delovanjem električnih in toplotnih sil. Lahko je povzročiti kratke stike in poškodbe ob obloku, kar vodi do stopnjevanja nesreč.

Princip šestih ugasnih lokov

1. Temperatura obloka

Oblok se vzdržuje s toplotno ionizacijo, znižanje temperature obloka pa lahko oslabi toplotno ionizacijo in zmanjša nastajanje novih nabitih ionov. Hkrati zmanjša tudi hitrost nabitih delcev in poveča kompozitni učinek. S hitrim podaljševanjem obloka, pihanjem obloka s plinom ali oljem ali s spravljanjem obloka v stik s površino trdnega medija lahko temperaturo obloka znižamo.

2. Značilnosti medija

Lastnosti medija, v katerem gori oblok, v veliki meri določajo moč disociacije v obloku. Vključno s toplotno prevodnostjo, toplotno kapaciteto, toplotno prosto temperaturo, dielektrično trdnostjo itd.

3. Tlak plinskega medija

Tlak plinskega medija pomembno vpliva na disociacijo obloka. Ker višji kot je tlak plina, večja je koncentracija delcev v obloku, manjša kot je razdalja med delci, močnejši je kompozitni učinek in oblok lažje ugasne. V okolju z visokim vakuumom je verjetnost trka zmanjšana, kar zavira disociacijo trka, medtem ko je učinek difuzije močan.

4. Kontaktni material

Kontaktni material vpliva tudi na proces odvajanja. Pri uporabi visokotemperaturno odpornih kovin z visokimi tališči, dobro toplotno prevodnostjo in veliko toplotno kapaciteto kot kontakte zmanjša emisijo vročih elektronov in kovinskih hlapov v obloku, kar je koristno za gašenje obloka.

Metoda gašenja obloka

1. Uporabite medij za ugasnitev obloka

Ločitev obločne reže je v veliki meri odvisna od lastnosti gasilnega sredstva okoli obloka. Plin žveplov heksafluorid je odličen medij za gašenje obloka z močno elektronegativnostjo. Lahko hitro adsorbira elektrone in tvori stabilne negativne ione, kar je ugodno za rekombinacijo in ionizacijo. Njegova sposobnost gašenja obloka je približno 100-krat močnejša od zraka; Dober medij za gašenje obloka je tudi vakuum (tlak pod 0,013 Pa). Zaradi majhnega števila nevtralnih delcev v vakuumu ni enostavno trčiti in disociirati, vakuum pa spodbuja difuzijo in disociacijo. Njegova sposobnost gašenja obloka je približno 15-krat močnejša od zraka.

2. Za razpihovanje obloka uporabite plin ali olje

Vpihovanje obloka povzroči difuzijo in ohlajanje rekombinacije nabitih delcev v obločni reži. Pri visokonapetostnih odklopnikih se uporabljajo različne oblike struktur komore za gašenje obloka, da ustvarijo ogromen pritisk iz plina ali olja in ga močno pihajo proti reži obloka. Obstajata dva glavna načina za pihanje loka: navpično pihanje in vodoravno pihanje. Navpično pihanje je smer pihanja vzporedno z lokom, zaradi česar se lok tanjši; Horizontalno pihanje je smer pihanja pravokotna na lok, ki lok podaljša in odreže.

3. Uporabite posebne kovinske materiale kot kontakte za gašenje obloka

Uporaba kovin, odpornih na visoke temperature, z visokimi tališči, toplotno prevodnostjo in veliko toplotno kapaciteto kot kontaktnih materialov, lahko zmanjša emisijo vročih elektronov in kovinskih hlapov v električnih oblokih, s čimer se doseže učinek zatiranja ionizacije; Kontaktni material, ki se hkrati uporablja, zahteva tudi visoko odpornost na oblok in varjenje. Pogosti kontaktni materiali vključujejo bakrovo volframovo zlitino, srebrno volframovo zlitino itd.

4. Vpihovanje elektromagnetnega obloka

Pojav električnega obloka, ki se premika pod delovanjem elektromagnetne sile, imenujemo elektromagnetni pihajoči oblok. Zaradi gibanja obloka v okoliškem mediju ima enak učinek kot pihanje zraka, s čimer se doseže namen gašenja obloka. Ta metoda gašenja obloka se pogosteje uporablja v nizkonapetostnih stikalnih napravah.

5. Naj se lok premika v ozki reži trdnega medija

Ta vrsta metode gašenja obloka je znana tudi kot gašenje z režo. Zaradi gibanja obloka v ozki reži se medij na eni strani ohladi, kar poveča učinek ionizacije; Po drugi strani pa se oblok podaljša, premer obloka se zmanjša, odpornost obloka se poveča in oblok ugasne.

6. Dolgi lok ločite na kratke loke

Ko gre lok skozi vrsto kovinskih mrež pravokotno nanj, se dolg lok razdeli na več kratkih lokov; Padec napetosti kratkih oblokov pade predvsem v anodnem in katodnem območju. Če je število mrež zadostno, da zagotovi, da je vsota minimalnih padcev napetosti, potrebnih za vzdrževanje gorenja obloka v vsakem segmentu, večja od uporabljene napetosti, bo oblok sam ugasnil. Poleg tega, ko izmenični tok preseže ničlo, se zaradi učinka blizu katode dielektrična trdnost vsake obločne reže nenadoma poveča na 150-250 V. Z uporabo več obločnih vrzeli v seriji je mogoče doseči višjo dielektrično trdnost, tako da se oblok ne bo ponovno vžgal, potem ko je ugasnil ob prehodu skozi ničlo.

7. Sprejmite gašenje obloka z več zlomi

Vsaka faza visokonapetostnega odklopnika je zaporedno povezana z dvema ali več prekinitvenimi stikali, kar zmanjša napetost, ki jo nosi vsak prekinitveni stik, in podvoji hitrost prekinitve kontakta, kar povzroči hitro podaljšanje obloka in koristi ugasnitvi obloka.

8. Izboljšajte hitrost ločevanja kontaktov odklopnika

Izboljšana hitrost podaljševanja obloka, kar je koristno za hlajenje obloka, rekombinacijo in difuzijo.