Højspændingsbryder

Bue-voltage i gasafbrydere

I gasafbrydere er buevoltage en kritisk parameter, der påvirker afbrydelsesprocessen og den samlede ydeevne af afbryderen. Buevoltage kan variere fra nogle hundrede volts til flere kilovolt, afhængigt af forskellige faktorer. Nedenfor findes en detaljeret forklaring af de vigtigste faktorer, der påvirker buevoltage:

1. Buelængde

• Princip: Spændingsfald over bue er direkte proportional med buelængden. Jo længere bue, jo højere spænding kræves for at opretholde bue.

• Forklaring: Når kontakterne i en gasafbryder skilles, dannes en bue mellem dem. Buelængden kan være langt større end den oprindelige kontaktgap pga. bevegelsen af bue (buestrækning), som påvirkes af magnetiske felter eller gasstrøm. Jo længere bue, jo højere spændingsfald over den, hvilket gør det lettere at slukke bue, da mere energi er nødvendig for at opretholde den.

2. Type af gas

• Princip: Buevoltage afhænger af de fysiske egenskaber ved omgivende gasmedium, såsom dens tryk, temperatur og ioniseringsstatus.

• Forklaring: Forskellige gasser har forskellige dielektriske styrker og termiske ledninger, hvilket påvirker, hvor let bue kan opretholdes. For eksempel bruges hexafluorid (SF₆) ofte i højspændingsafbrydere pga. dets fremragende isolerende egenskaber og evne til hurtigt at de-ionisere efter strømmen passer nul. Gasser med højere dielektrisk styrke kræver højere spændinger for at opretholde bue, hvilket hjælper med at slukke bue.

3. Kontaktmateriale

• Princip: Materiale af arcing kontakter har en mindre indflydelse på buevoltage, primært ved at påvirke spændingsfaldet i anode- og katoderegionerne.

• Forklaring: Hovedparten af spændingsfaldet i en gaseous bue forekommer over selve buelegemet, ikke ved kontaktfladerne. Dog kan kontaktmaterialet påvirke det lokale spændingsfald nær anoden og katoden, kendt som katode- og anodefald. Materialer med lavere arbejdsgange (fx kobber, sølv) har typisk lavere katodefald, men denne effekt er relativt lille i forhold til den samlede buevoltage. Derfor har valget af kontaktmateriale en marginal indflydelse på den totale buevoltage.

4. Køling af bue

• Princip: Den interne effekt i bue er produktet af strømmen og buevoltage. Hvis bue mister mere varme pga. køling, vil den øge sin effekt ved at øge buevoltage.

• Forklaring: Køling af bue kan ske gennem konduktion, konvektion og stråling. I gasafbrydere hjælper gasstrøm (ofte induceret af blæsermekanismer eller magnetiske blowout-spiraler) med at køle bue og reducere dens temperatur. Når bue køles, bliver den mindre ledrig, hvilket fører til et stigende buevoltage. Dette øgede voltage gør det sværere for bue at opretholde sig, hvilket hjælper med at slukke den.

5. Strøm gennem bue

• Princip: Gasbuer viser en negativ volt-ampere-karakteristik, hvilket betyder, at buevoltage stiger, når strømmen falder, og vice versa.

• Forklaring: Da strømmen nærmer sig nul under strømnulpunktet, tendere buevoltage til at stige skarpt. Dette skyldes, at bue bliver mindre stabil ved lave strømme, og den reducerede antal ladningsbærere fører til en højere modstand, hvilket resulterer i et højere spændingsfald. Omvendt er bue mere stabil ved højere strømme, og spændingsfaldet er lavere. Dette adfærd er vigtigt for at forstå, hvordan bue opfører sig nær strømnulpunktet, hvor vellykket afbrydelse er afgørende.

6. Tilfældige udfald og sammenbrud i buevoltage nær strømnulpunktet

• Princip: Nær strømnulpunktet viser buevoltage tilfældige udfald og sammenbrud, som er afgørende for bues udslukning.

• Forklaring: Da strømmen nærmer sig nul, bliver bue stadig mere ustabil. Buevoltage kan fluktuerer tilfældigt pga. hurtige ændringer i bue's fysiske tilstand, som tæthed af ladningspartikler og temperaturen. Disse fluktuationer kan føre til, at buevoltage pludseligt spiker, hvilket fører til et sammenbrud af bue. Hvis buevoltage stiger tilstrækkeligt, kan den overstige systemets genopbygningsvoltage, hvilket fører til, at bue slukkes. Dette fænomen er afgørende for at sikre, at bue succesfuldt afbrydes ved strømnulpunktet.

Sammenfatning

Buevoltage i gasafbrydere påvirkes af flere faktorer, herunder buelængde, type af gas, kontaktmateriale, køleffekter og strøm gennem bue. Buevoltage spiller en vital rolle i afbrydelsesprocessen, især nær strømnulpunktet, hvor tilfældige udfald og sammenbrud kan bestemme, om bue succesfuldt slukkes. At forstå disse faktorer er afgørende for at designe og drifte effektive og pålidelige gasafbrydere.