Visokonapetostni preklopnik
Napetost loka v plinskih preklopnikih
V plinskih preklopnikih je napetost loka kritičen parameter, ki vpliva na postopek prekinitve in splošno delovanje preklopnika. Napetost loka se lahko giblje od nekaj stotin voltov do več kilovoltov, odvisno od različnih dejavnikov. Spodaj je podrobno razloženih ključnih dejavnikov, ki vplivajo na napetost loka:
1. Dolžina loka
Načelo: Padec napetosti skozi lok je neposredno sorazmeren s dolžino loka. Ko se poveča dolžina loka, se poveča tudi napetost, potrebna za ohranjanje loka.
Razlaga: Ko se kontakti v plinskem preklopniku ločijo, se med njimi oblikuje lok. Dolžina loka je lahko veliko daljša od začetnega praznega presledka zaradi premikanja loka (prostiranje loka) pod vplivom magnetnih polj ali plinskega pretoka. Čim daljši je lok, višji je padec napetosti skozi njega, kar omogoča lažjo izgubo loka, ker za njegovo ohranjanje potrebuje več energije.
2. Vrsta plina
Načelo: Napetost loka odvisna je od fizikalnih lastnosti okoliškega plinskog medija, kot so tlak, temperatura in stanje ionizacije.
Razlaga: Različni plini imajo različne dielektrične čvrstoče in toplotne prevodnost, kar vpliva na to, kako enostavno se lahko lok ohranja. Na primer, šestfluorid svibena (SF₆) se pogosto uporablja v visokonapetostnih preklopnikih zaradi svojih odličnih izolacijskih lastnosti in sposobnosti hitrega deionizacije po tem, ko tok doseže nič. Plini z višjo dielektrično čvrstočjo zahtevajo višje napetosti za ohranjanje loka, kar pomaga pri izgubi loka.
3. Materijal kontakta
Načelo: Materijal arčnih kontaktov ima manjši vpliv na napetost loka, predvsem vpliva na padec napetosti v anodnih in katodnih regijah.
Razlaga: Glavni padec napetosti v plinskem loku se dogaja skozi telo loka, ne na površinah kontaktov. Vendar lahko materijal kontakta vpliva na lokalni padec napetosti blizu anode in katode, znan kot padec katode in anode. Materijali z nižjimi delovnimi funkcijami (npr. bakar, srebro) imajo običajno nižje padce katode, toda ta učinek je relativno majhen v primerjavi z celotno napetostjo loka. Zato ima izbira materijala kontakta marginalen vpliv na celotno napetost loka.
4. Hlajenje loka
Načelo: Notranja moč loka je produkt toka in napetosti loka. Če lok izgubi več toplote zaradi hlajenja, poveča svojo moč z povečanjem napetosti loka.
Razlaga: Hlajenje loka se lahko zgodi preko prevode, konvekcije in radiacije. V plinskih preklopnikih pomaga plinski pretok (često induciran s puščicami ali magnetnimi mehanizmi za izgon) pri hlajenju loka in zmanjševanju njegove temperature. Ko se lok ohladi, postane manj vodljiv, kar vodi v povečanje napetosti loka. To povečana napetost teži održevanju loka, kar pomaga pri njegovi izgubi.
5. Tok skozi lok
Načelo: Plinski loki kažejo negativno voltamperno karakteristiko, kar pomeni, da se napetost loka poveča, ko se tok zmanjša, in obratno.
Razlaga: Ko se tok približa ničli med presekom toka, napetost loka običajno narasne ostro. To je zato, ker se lok ob nizkih tokovih postane manj stabilen, in zmanjšano število nabojenih nosilcev vodi do višjega upora, kar vodi v višji padec napetosti. Obratno, pri višjih tokih je lok bolj stabilen in padec napetosti je nižji. Ta obnašanje je pomembno za razumevanje, kako se lok obnaša blizu preseka toka, kjer je uspešna prekinitev ključna.
6. Naključni odboji in kolapsi napetosti loka blizu preseka toka
Načelo: Blizu preseka toka napetost loka kaže naključne odboje in kolapse, ki so ključni za izgubo loka.
Razlaga: Ko se tok približa ničli, lok postane vse bolj nestabilen. Napetost loka se lahko naključno spreminja zaradi hitrih sprememb fizičnega stanja loka, kot je gostota nabojenih delcev in temperatura. Te spremembe lahko povzročijo, da se napetost loka nenadoma poviša, kar vodi v kolaps loka. Če se napetost loka dovolj poviša, lahko preseže obnovitveno napetost sistema, kar vodi v izgubo loka. Ta pojav je ključen za zagotavljanje, da se lok uspešno prekine ob preseku toka.
Povzetek
Napetost loka v plinskih preklopnikih je vplivana z več dejavnikov, vključno z dolžino loka, vrsto plina, material kontakta, hlađenje in tok skozi lok. Napetost loka igra ključno vlogo v postopku prekinitve, posebej blizu preseka toka, kjer naključni odboji in kolapsi lahko določijo, ali je lok uspešno izgubljen. Razumevanje teh dejavnikov je ključno za oblikovanje in delovanje učinkovitih in zanesljivih plinskih preklopnikov.
