Hoogspannings circuitbreker

Boogspanning in gaskringbrekers

In gaskringbrekers is de boogspanning een cruciale parameter die de onderbrekingsproces en de algemene prestaties van de kringbreker beïnvloedt. De boogspanning kan variëren van enkele honderden volt tot enkele kilovolt, afhankelijk van verschillende factoren. Hieronder volgt een gedetailleerde uitleg van de belangrijkste factoren die de boogspanning beïnvloeden:

1. Booglengte

• Principe: Het spanningsval over de boog is recht evenredig met de lengte van de boog. Naarmate de booglengte toeneemt, neemt ook de spanning toe die nodig is om de boog te handhaven.

• Uitleg: Wanneer de contacten in een gaskringbreker zich scheiden, ontstaat er een boog tussen hen. De booglengte kan veel langer zijn dan de initiële contactafstand, doordat de boog (boogrekking) wordt beïnvloed door magnetische velden of gasstroom. Hoe langer de boog, hoe hoger het spanningsval over de boog, waardoor het gemakkelijker is om de boog te doven omdat meer energie nodig is om hem in stand te houden.

2. Soort gas

• Principe: De boogspanning hangt af van de fysieke eigenschappen van het omringende gaseuze medium, zoals de druk, temperatuur en ionisatiestatus.

• Uitleg: Verschillende gassen hebben verschillende diëlektrische sterktes en thermische geleidbaarheden, wat beïnvloedt hoe gemakkelijk de boog kan worden gehandhaafd. Bijvoorbeeld, zeshexafluoride (SF₆) wordt vaak gebruikt in hoogspanningskringbrekers vanwege zijn uitstekende isolerende eigenschappen en de mogelijkheid om snel te de-ioniseren nadat de stroom nul passeert. Gassen met een hogere diëlektrische sterkte vereisen hogere spanningen om de boog te handhaven, wat bijdraagt aan de doven van de boog.

3. Contactmateriaal

• Principe: Het materiaal van de boogcontacten heeft een marginale invloed op de boogspanning, voornamelijk door de invloed op het spanningsval in de anode- en kathoderegio's.

• Uitleg: Het belangrijkste spanningsval in een gaseuze boog vindt plaats over het booglichaam zelf, niet op de contactoppervlakken. Echter, het contactmateriaal kan de lokale spanningsval in de buurt van de anode en kathode beïnvloeden, bekend als de kathode- en anodeval. Materialen met lagere arbeidsfuncties (bijv., koper, zilver) hebben meestal lagere kathodevals, maar dit effect is relatief klein in vergelijking met de totale boogspanning. Daarom heeft de keuze van het contactmateriaal een marginale impact op de totale boogspanning.

4. Koeling van de boog

• Principe: De interne vermogen van de boog is het product van de stroom en de boogspanning. Als de boog meer warmte verliest door koeling, zal het vermogen toenemen door de boogspanning te verhogen.

• Uitleg: Koeling van de boog kan plaatsvinden door geleiding, convektie en straling. In gaskringbrekers helpt de gasstroom (vaak veroorzaakt door blazers of magnetische blusspoelen) de boog te koelen en de temperatuur te verlagen. Naarmate de boog afkoelt, wordt hij minder geleidend, wat leidt tot een verhoging van de boogspanning. Deze verhoogde spanning maakt het moeilijker voor de boog om zichzelf in stand te houden, wat bijdraagt aan de doven ervan.

5. Stroom door de boog

• Principe: Gaseuze bogen vertonen een negatieve volt-ampère karakteristiek, wat betekent dat de boogspanning toeneemt naarmate de stroom afneemt en vice versa.

• Uitleg: Terwijl de stroom nul nadert tijdens de stroomnulpassing, neigt de boogspanning sterk te stijgen. Dit komt omdat de boog minder stabiel wordt bij lage stromen, en het verminderde aantal geladen deeltjes leidt tot een hogere weerstand, wat resulteert in een hogere spanningsval. Omgekeerd, bij hogere stromen is de boog stabiel, en de spanningsval is lager. Dit gedrag is belangrijk om te begrijpen hoe de boog zich gedraagt bij de stroomnul, waar succesvolle onderbreking cruciaal is.

6. Willekeurige fluctuaties en instortingen van de boogspanning bij de stroomnul

• Principe: Bij de stroomnulpassing vertoont de boogspanning willekeurige fluctuaties en instortingen, die cruciaal zijn voor de doven van de boog.

• Uitleg: Terwijl de stroom nul nadert, wordt de boog steeds onstabiel. De boogspanning kan willekeurig fluctueren door snelle veranderingen in de fysieke staat van de boog, zoals de dichtheid van geladen deeltjes en de temperatuur. Deze fluctuaties kunnen ertoe leiden dat de boogspanning plotseling stijgt, wat resulteert in een instorting van de boog. Als de boogspanning voldoende stijgt, kan deze de herstelspanning van het systeem overschrijden, waardoor de boog wordt gedoofd. Dit fenomeen is cruciaal voor het zorgen dat de boog succesvol wordt onderbroken bij de stroomnul.

Samenvatting

De boogspanning in gaskringbrekers wordt beïnvloed door verschillende factoren, waaronder de booglengte, het soort gas, het contactmateriaal, koelingeffecten en de stroom door de boog. De boogspanning speelt een cruciale rol in het onderbrekingsproces, vooral bij de stroomnul, waar willekeurige fluctuaties en instortingen kunnen bepalen of de boog succesvol wordt gedoofd. Het begrip van deze factoren is essentieel voor het ontwerpen en bedienen van efficiënte en betrouwbare gaskringbrekers.