Wysokie-napięciowy wyłącznik przepięciowy

Napięcie łuku w przekaźnikach obwodowych gazowych

W przekaźnikach obwodowych gazowych napięcie łuku jest kluczowym parametrem wpływającym na proces przerwania i ogólną wydajność przekaźnika. Napięcie łuku może wynosić od kilkuset voltów do kilku kilowoltów, w zależności od różnych czynników. Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie kluczowych czynników wpływających na napięcie łuku:

1. Długość łuku

• Zasada: Spadek napięcia na łuku jest proporcjonalny do długości łuku. Wraz z zwiększeniem długości łuku, napięcie wymagane do utrzymania łuku również rośnie.

• Wyjaśnienie: Gdy kontakty w przekaźniku obwodowym gazowym rozdzielić się, powstaje łuk między nimi. Długość łuku może być znacznie większa niż początkowa luka między kontaktami, ze względu na ruch łuku (rozciąganie łuku) pod wpływem pól magnetycznych lub przepływu gazu. Im dłuższy łuk, tym wyższy spadek napięcia na nim, co ułatwia jego zgaszenie, ponieważ wymagana jest większa energia do utrzymania łuku.

2. Rodzaj gazu

• Zasada: Napięcie łuku zależy od fizycznych właściwości otaczającego go gazu, takich jak ciśnienie, temperatura i stan jonizacji.

• Wyjaśnienie: Różne gazy mają różne siły dielektryczne i przewodnictwa cieplne, które wpływają na to, jak łatwo można utrzymać łuk. Na przykład szczytka sześciokrotna (SF₆) jest często używana w przekaźnikach obwodowych wysokiego napięcia ze względu na jej doskonałe właściwości izolacyjne i zdolność do szybkiego dejonizowania po przejściu prądu przez zero. Gazy o wyższej sile dielektrycznej wymagają wyższego napięcia do utrzymania łuku, co sprzyja zgaszeniu łuku.

3. Materiał kontaktów

• Zasada: Materiał kontaktów łukowych ma niewielki wpływ na napięcie łuku, głównie wpływając na spadek napięcia w regionach anody i katody.

• Wyjaśnienie: Główny spadek napięcia w gazowym łuku występuje w samym ciele łuku, a nie na powierzchniach kontaktów. Jednak materiał kontaktów może wpływać na lokalny spadek napięcia w pobliżu anody i katody, znany jako spadki katodowy i anodowy. Materiały o niższych funkcjach pracy (np. miedź, srebro) tendują do niższych spadków katodowych, ale ten efekt jest stosunkowo mały w porównaniu z całkowitym napięciem łuku. Zatem wybór materiału kontaktowego ma marginalny wpływ na całkowite napięcie łuku.

4. Chłodzenie łuku

• Zasada: Wewnętrzna moc łuku jest iloczynem prądu i napięcia łuku. Jeśli łuk traci więcej ciepła w wyniku chłodzenia, zwiększa swoją moc poprzez zwiększenie napięcia łuku.

• Wyjaśnienie: Chłodzenie łuku może zachodzić przez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie. W przekaźnikach obwodowych gazowych, przepływ gazu (często indukowany przez mechanizmy dmuchawcze lub cewki wiatraka magnetycznego) pomaga ochłodzić łuk i obniżyć jego temperaturę. W miarę jak łuk ochładza się, staje się mniej przewodzący, co prowadzi do wzrostu napięcia łuku. To zwiększone napięcie utrudnia utrzymanie łuku, sprzyjając jego zgaszeniu.

5. Prąd przez łuk

• Zasada: Gazowe łuki wykazują ujemną charakterystykę volt-amperową, co oznacza, że napięcie łuku rośnie wraz ze spadkiem prądu i na odwrót.

• Wyjaśnienie: Gdy prąd zbliża się do zera podczas przejścia przez zero, napięcie łuku tenduje do ostrego wzrostu. Jest to spowodowane tym, że łuk staje się mniej stabilny przy niskich prądach, a zmniejszona liczba nośników ładunku prowadzi do wyższego oporu, co skutkuje wyższym spadkiem napięcia. Odwrotnie, przy wyższych prądach, łuk jest bardziej stabilny, a spadek napięcia jest niższy. To zachowanie jest ważne dla zrozumienia, jak łuk zachowuje się w pobliżu przejścia przez zero, gdzie kluczowe jest udane przerwanie.

6. Losowe wahania i kolapsy napięcia łuku w pobliżu przejścia przez zero

• Zasada: W pobliżu przejścia przez zero, napięcie łuku wykazuje losowe wahania i kolapsy, które są kluczowe dla zgaszenia łuku.

• Wyjaśnienie: Gdy prąd zbliża się do zera, łuk staje się coraz bardziej niestabilny. Napięcie łuku może ulec losowym fluktuacjom ze względu na szybkie zmiany stanu fizycznego łuku, takie jak gęstość cząsteczek naładowanych i temperatura. Te fluktuacje mogą spowodować nagły skok napięcia łuku, prowadząc do jego kolapsu. Jeśli napięcie łuku wzrośnie dostatecznie, może przekroczyć napięcie odzyskujące systemu, powodując zgaszenie łuku. Ten fenomen jest kluczowy dla zapewnienia, że łuk zostanie pomyślnie przerwany w momencie przejścia przez zero.

Podsumowanie

Napięcie łuku w przekaźnikach obwodowych gazowych jest wpływane przez wiele czynników, w tym długość łuku, rodzaj gazu, materiał kontaktów, efekty chłodzenia i prąd przez łuk. Napięcie łuku odgrywa kluczową rolę w procesie przerwania, szczególnie w pobliżu przejścia przez zero, gdzie losowe wahania i kolapsy mogą decydować, czy łuk zostanie pomyślnie zgaszony. Zrozumienie tych czynników jest niezbędne do projektowania i eksploatacji skutecznych i niezawodnych przekaźników obwodowych gazowych.