Visokonaponski prekidač
Napon na luku u plinskim prekidačima
U plinskim prekidačima napon na luku je ključni parametar koji utječe na proces prekidanja i opću performansu prekidača. Napon na luku može varirati od nekoliko stotina volti do nekoliko kilovolata, ovisno o raznim faktorima. U nastavku slijedi detaljno objašnjenje ključnih faktora koji utječu na napon na luku:
1. Duljina luke
Princip: Pad napona na luku je direktno proporcionalan duljini luke. Kako se duljina luke povećava, povećava se i napon potreban za održavanje luke.
Objašnjenje: Kada se kontakti u plinskom prekidaču razdvajaju, formira se luka između njih. Duljina luke može biti znatno duža od početne razine kontakta zbog pomicanja luke (izduženja luke) pod utjecajem magnetskih polja ili toka plina. Što je luka duža, veći je pad napona na njoj, što čini lakše ugasi luku jer je potrebna više energije za održavanje luke.
2. Vrsta plina
Princip: Napon na luku ovisi o fizikalnim svojstvima okružujućeg plinskog medija, poput tlaka, temperature i stanja jonizacije.
Objašnjenje: Različiti plinovi imaju različite dielektričke čvrstoće i termalne vodljivosti, što utječe na koliko lako luku može biti održana. Na primjer, šesterokisik (SF₆) često se koristi u visokonaponskim prekidačima zbog svojih odličnih izolacijskih svojstava i sposobnosti brzog dejoniziranja nakon što struja prođe kroz nulu. Plinovi s većom dielektričkom čvrstoću zahtijevaju veće napone za održavanje luke, što pomaže u ugašenju luke.
3. Materijal kontakata
Princip: Materijal lukastih kontakata ima manji utjecaj na napon na luku, uglavnom utječe na pad napona u anodnoj i katodnoj regiji.
Objašnjenje: Glavni pad napona u plinskoj luki događa se na samoj tijelu luke, a ne na površinama kontakata. Međutim, materijal kontakata može utjecati na lokalni pad napona blizu anode i katode, poznat kao pad napona na anodi i katodi. Materijali s nižim radnim funkcijama (npr. bakar, srebro) obično imaju niže padove napona na katodi, ali ovaj efekt je relativno mali u usporedbi s ukupnim naponom na luku. Stoga, izbor materijala kontakata ima marginalan utjecaj na ukupni napon na luku.
4. Hlađenje luke
Princip: Unutarnja snaga luke je produkt struje i napona na luku. Ako luka gubi više topline zbog hlađenja, povećat će svoju snagu povećanjem napona na luku.
Objašnjenje: Hlađenje luke može se dogoditi putem provodnosti, konvekcije i radijacije. U plinskim prekidačima, tok plina (često induciran mehanizmima puftera ili magnetskim bobinama za izvlačenje luke) pomaže u hlađenju luke i smanjenju njene temperature. Kako se luka hladila, postaje manje provodna, što dovodi do povećanja napona na luku. Ovo povećanje napona čini teže održati luku, što pomaže u njenom ugašenju.
5. Struja kroz luku
Princip: Plinske luke pokazuju negativnu voltampersku karakteristiku, što znači da napon na luku raste kako struja pada i obrnuto.
Objašnjenje: Kako struja prilazi nuli tijekom prelaska kroz nulu, napon na luku teži da se brzo poveća. To se događa jer luka postaje manje stabilna pri niskim strujama, a smanjen broj nositelja naboja dovodi do većeg otpora, što rezultira većim padom napona. Suprotno, pri većim strujama, luka je stabilnija, a pad napona je niži. Ovo ponašanje je važno za razumijevanje kako luka ponaša pri nuli struje, gdje je uspješno prekidanje ključno.
6. Nasumični otkloni i kollapse napona na luku blizu nule struje
Princip: Blizu prelaska kroz nulu, napon na luku pokazuje nasumične otklone i kollapse, koji su ključni za ugašenje luke.
Objašnjenje: Kako struja prilazi nuli, luka postaje sve više nestabilna. Napon na luku može fluktuirati nasumično zbog brzih promjena u fizičkom stanju luke, poput gustoće nabijenih čestica i temperature. Ove fluktuacije mogu uzrokovati naglo skakanje napona na luku, što dovodi do kollapse luke. Ako napon na luku dovoljno naraste, može premašiti oporavni napon sustava, što dovodi do ugašenja luke. Ovaj fenomen je ključan za osiguranje da luka uspješno bude prekinuta kod nule struje.
Sažetak
Napon na luku u plinskim prekidačima utječe nekoliko faktora, uključujući duljinu luke, vrstu plina, materijal kontakata, hlađenje i struju kroz luku. Napon na luku igra vitalnu ulogu u procesu prekidanja, posebno blizu nule struje, gdje nasumični otkloni i kollapse mogu odrediti uspješno li je luka ugašena. Razumijevanje ovih faktora ključno je za dizajniranje i operiranje učinkovitih i pouzdanih plinskih prekidača.
