מחסום מעגל מתח גבוה

מתח הקשת במתגים חשמליים בגז

במתגים חשמליים בגז, מתח הקשת הוא פרמטר קריטי המשפיע על תהליך הפסקת החשמל ועל הביצועים הכלליים של המתג. מתח הקשת יכול להשתנות מאלפי וולט עד מספר קילוולט, בהתאם לגורמים שונים. להלן הסבר מפורט של הגורמים העיקריים המשפיעים על מתח הקשת:

1. אורך הקשת

• : נפילת המתח על פני הקשת היא ישירה עם אורך הקשת. ככל שאורך הקשת גדל, המתח הנדרש כדי לשמור על הקשת גם כן גדל.

• הסבר: כאשר המגענים במתג חשמלי בגז נפרדים, קשת מתפתחת ביניהם. אורך הקשת יכול להיות הרבה יותר ארוך מהמרווח הראשוני בין המגענים עקב התנועה של הקשת (מתיחה של הקשת) שנעשית תחת השפעת שדות מגנטיים או זרימת גז. ככל שהקשת ארוכה יותר, נפילת המתח על פנייה גבוהה יותר, מה שהופך את כיבוי הקשת לקל יותר כי נדרשת יותר אנרגיה כדי לקיים אותה.

2. סוג הגז

• : מתח הקשת תלוי בתכונות הפיזיות של מדיום הגז הסובב, כגון לחץ, טמפרטורה וסטטוס יוניזציה.

• הסבר: גזים שונים הם בעלי עוצמות דיאלקטריות ומקדמי מוליכות חום שונים, שמושפעים ממגבלות היכולת לקיים את הקשת. למשל, פלואוריד סולפורי (SF₆) בשימוש נפוץ במתגי חשמל בעומסים גבוהים בשל תכונות ההצפנה המצוינות שלו והיכולת להתנתק מהיונים במהירות לאחר מעבר הזרם לאפס. גזים בעלי עוצמה דיאלקטרית גבוהה דורשים מתח גבוה יותר כדי לקיים את הקשת, מה שמסייע בכיבוי הקשת.

3. חומר המגענים

• : חומר המגענים המעורבים בהיווצרות הקשת משפיע מעט על מתח הקשת, בעיקר על נפילת המתח באזור האנודה והקתודה.

• הסבר: הנפילת המתח העיקרית בקשת גזית מתרחשת לאורך גופו של הקשת ולא באזור פני המגע. עם זאת, חומר המגענים יכול להשפיע על הנפילת המתח המקומית ליד האנודה והקתודה, הידועה כ"נפילת הקתודה והאנודה". חומרים בעלי פונקציות עבודה נמוכות (כמו נחושת, כסף) נוטים לנפילת קתודה נמוכה יותר, אך השפעה זו היא קטנה יחסית למתח הקשת הכולל. לכן, בחירת חומר המגענים יש להשפעה מרונית על מתח הקשת הכולל.

4. קירור הקשת

• : הכוח הפנימי של הקשת הוא מכפלת הזרם ומתח הקשת. אם הקשת מאבדת יותר חום כתוצאה מקירור, היא תגדל את כוחה על ידי הגברת מתח הקשת.

• הסבר: קירור הקשת יכול להתרחש דרך מוליכות, ציפה וקרינה. במתגי חשמל בגז, זרימת הגז (לעיתים מתבצעת באמצעות מנגנונים פופרים או סלים מגנטיים לפיזור) מסייעת לקנן את הקשת ולגרום לירידה בטמפרטורתה. ככל שהקשת מתקררת, היא נעשית פחות מולכת, מה שגורם לעליה במתח הקשת. עלייה זו במתח מקשה על המשך קיום הקשת, מה שמסייע בכיבוי שלה.

5. זרם דרך הקשת

• : קשתות גזיות מציגות תכונה של מתח-אמפר שלילי, כלומר, מתח הקשת עולה ככל שהזרם יורד ולהפך.

• הסבר: ככל שהזרם מתקרב לאפס במהלך חציית הזרם לאפס, מתח הקשת נוטה לעלות בצורה חדה. זה בגלל שהקשת הופכת ללא יציבה בזרמים נמוכים, והמספר הנמוך של נושאי מטען מוביל להתנגדות גבוהה יותר, מה שגורם לנפילת מתח גבוהה יותר. לעומת זאת, בזרמים גבוהים, הקשת היא יציבה יותר, ונפילת המתח היא נמוכה. התנהגות זו חשובה להבנת התנהגות הקשת בסביבת הזרם אפס, שם הפסקת הזרם היא קריטית.

6. oscillations אקראיות וקריסות של מתח הקשת בסביבת הזרם אפס

• : בסביבת הזרם אפס, מתח הקשת מציג oscillations אקראיות וקריסות, שחשובות עבור כיבוי הקשת.

• הסבר: ככל שהזרם מתקרב לאפס, הקשת הופכת לבלתי יציבה יותר. מתח הקשת עשוי להשתנות באופן אקראי עקב שינויים מהירים במצב הפיזי של הקשת, כמו צפיפות החלקיקים המטענים והטמפרטורה. fluctuations אלו יכולים לגרום לעלייה פתאומית במתח הקשת, מה שגורם לקריסתה. אם מתח הקשת עולה מספיק, הוא עשוי לעבור את מתח ההחלמה של המערכת, מה שגורם לכיבוי הקשת. תופעה זו חשובה לוודא שהקשת כובאת בהצלחה בזרם אפס.

סיכום

מתח הקשת במתגים חשמליים בגז מושפע מגורמים רבים, כולל אורך הקשת, סוג הגז, חומר המגענים, השפעות קירור והזרם דרך הקשת. מתח הקשת משחק תפקיד חיוני בתהליך הפסקת החשמל, במיוחד בסביבת הזרם אפס, שם oscillations אקראיות וקריסות קובעות אם הקשת כובאת בהצלחה. הבנה של הגורמים הללו היא חיונית לעיצוב ופעולת מתגי חשמל בגז יעילים ואמינים.