Високонапреговен прекъсвач на веригата

Дъговото напрежение в газовите предпазни устройства

В газовите предпазни устройства дъговото напрежение е критичен параметър, който влияе на процеса на прекъсване и общата производителност на устройството. Дъговото напрежение може да варира от няколко стотин волта до няколко киловолта, в зависимост от различни фактори. По-долу е детайлно обяснение на ключовите фактори, които влияят на дъговото напрежение:

1. Дължина на дъгата

• Принцип: Напрежението в дъгата е директно пропорционално на дължината на дъгата. Като дължината на дъгата се увеличава, напрежението, необходимо за поддържане на дъгата, също се увеличава.

• Обяснение: Когато контактите в газово предпазно устройство се разделят, формира се дъга между тях. Дължината на дъгата може да бъде много по-голяма от първоначалната разстояние между контактите поради движението на дъгата (разтягане на дъгата), което е влияно от магнитни полета или поток на газ. По-дългата дъга води до по-високо напрежение в нея, което прави по-лесно изгасването на дъгата, тъй като се изисква повече енергия за поддържането ѝ.

2. Вид газ

• Принцип: Дъговото напрежение зависи от физическите свойства на околната газова среда, такива като нейното налягане, температура и степен на йонизация.

• Обяснение: Различните газове имат различна диелектрична устойчивост и термична проводимост, които влияят на лесното поддържане на дъгата. Например, хексафлуорид на сулфур (SF₆) се използва често в високонапрегателни предпазни устройства поради отличните му изолационни свойства и способността му да се де-йонизира бързо след преминаването на тока през нулата. Газовете с по-висока диелектрична устойчивост изискват по-високо напрежение за поддържане на дъгата, което помага за изгасването ѝ.

3. Материал на контактите

• Принцип: Материалът на контактиращите части има малко влияние върху дъговото напрежение, основно влияйки върху напрежението в анодната и катодната зона.

• Обяснение: Основното напрежение в газовата дъга се проявява в самата дъга, а не на контактните повърхности. Обаче, материалът на контактите може да влиза върху локалното напрежение близо до анода и катода, известно като аноден и катоден спад. Материалите с по-ниска работа (например мед, сребро) обикновено имат по-нисък катоден спад, но този ефект е сравнително малък в сравнение с общото дъгово напрежение. Следователно, изборът на материал за контактите има малко влияние върху общото дъгово напрежение.

4. Охлаждане на дъгата

• Принцип: Вътрешната мощност на дъгата е произведение от тока и дъговото напрежение. Ако дъгата губи повече топлина поради охлаждане, тя ще увеличи своята мощност, като увеличи дъговото напрежение.

• Обяснение: Охлаждането на дъгата може да се случи чрез кондукция, конвекция и радиация. В газовите предпазни устройства, потокът на газ (често индуциран от механизми за нагнетяване или магнитни спиралки) помага за охлаждане на дъгата и намаляване на температурата ѝ. Като дъгата се охлади, тя става по-малко проводивна, което води до увеличение на дъговото напрежение. Това увеличено напрежение прави по-трудно дъгата да се поддържа, което помага за изгасването ѝ.

5. Ток през дъгата

• Принцип: Газовите дъги показват отрицателна волт-амперна характеристика, което означава, че дъговото напрежение се увеличава, когато токът намалява и обратно.

• Обяснение: Като токът се приближава до нула при преминаването през нулата, дъговото напрежение склони към остър ръст. Това е, защото дъгата става по-неустойчива при ниски токове, и намаленият брой зарядни частици води до по-висок съпротивление, което резултира в по-висок спад на напрежението. Обратно, при по-високи токове, дъгата е по-устойчива, и спадът на напрежението е по-нисък. Това поведение е важно за разбирането как дъгата се държи близо до нулата, където успешното прекъсване е критично.

6. Случайни колебания и спадове на дъговото напрежение близо до нулата

• Принцип: Близо до преминаването през нулата, дъговото напрежение показва случайни колебания и спадове, които са критични за изгасването на дъгата.

• Обяснение: Като токът се приближава до нула, дъгата става все по-неустойчива. Дъговото напрежение може да колебае случайно поради бързите промени в физическото състояние на дъгата, такива като плътността на заредените частици и температурата. Тези колебания могат да доведат до внезапен спад на дъговото напрежение, което води до спад на дъгата. Ако дъговото напрежение се увеличи достатъчно, то може да надхвърли възстановителното напрежение на системата, причинявайки изгасване на дъгата. Този феномен е критичен за осигуряването на успешно прекъсване на дъгата при нулата.

Резюме

Дъговото напрежение в газовите предпазни устройства е влияно от няколко фактора, включително дължината на дъгата, видът газ, материалът на контактите, охлаждащи ефекти и токът през дъгата. Дъговото напрежение играе важна роля в процеса на прекъсване, особено близо до нулата, където случайни колебания и спадове могат да определят дали дъгата ще бъде успешно изгасена. Разбирането на тези фактори е съществено за проектирането и функционирането на ефективни и надеждни газови предпазни устройства.