Visokonaponski prekidač

Napon na luk u gasnim prekidačima

U gasnim prekidačima, napon na luk je ključni parametar koji utiče na proces prekidanja i opšte performanse prekidača. Napon na luk može varirati od nekoliko stotina volti do nekoliko kilovolata, zavisno od različitih faktora. Ispod sledi detaljno objašnjenje ključnih faktora koji utiču na napon na luk:

1. Dužina luka

• Princip: Pad napona preko luka je direktno proporcionalan dužini luka. Kako dužina luka raste, povećava se i napon potreban za održavanje luka.

• Objašnjenje: Kada se kontakte u gasnom prekidaču razdvoje, formira se luk između njih. Dužina luka može biti mnogo duža od početne rastojanja kontakata zbog kretanja luka (rastezanja luka) pod uticajem magnetskih polja ili toka gasa. Što je luk duži, veći je pad napona preko njega, čime se lakše ugasi luk jer je potrebna više energije da bi se održao.

2. Vrsta gasa

• Princip: Napon na luk zavisi od fizičkih osobina okružujuće gasne sredine, kao što su pritisak, temperatura i stanje jonizacije.

• Objašnjenje: Različiti gasovi imaju različite dielektričke čvrstoće i termalne provodljivosti, što utiče na to kako lako se luk može održavati. Na primer, šestičani fluorid (SF₆) se često koristi u visokonaponskim prekidačima zbog svojih izvanrednih izolacionih osobina i sposobnosti brze dejonizacije nakon što struja prođe kroz nulu. Gasovi sa većom dielektričkom čvrstoću zahtevaju veće napone da bi se održao luk, što pomaže u gašenju luka.

3. Materijal kontakata

• Princip: Materijal luknih kontakata ima manji uticaj na napon na luk, glavno utičući na pad napona u anodnoj i katodnoj regiji.

• Objašnjenje: Glavni pad napona u gasnom luku događa se preko tela luka, a ne na površinama kontakata. Međutim, materijal kontakata može uticati na lokalni pad napona blizu anode i katode, poznat kao pad napona na katodi i anodi. Materijali sa nižim radnim funkcijama (npr. bakar, srebro) obično imaju niže padove napona na katodi, ali ovaj efekat je relativno mali u poređenju sa ukupnim naponom na luk. Stoga, izbor materijala kontakata ima marginalan uticaj na ukupni napon na luk.

4. Hlađenje luka

• Princip: Unutrašnja snaga luka je proizvod struje i napona na luk. Ako luk gubi više toplote zbog hlađenja, povećaće snagu povećanjem napona na luk.

• Objašnjenje: Hlađenje luka može nastati putem kondukcijskog, konvektivnog i radijativnog prenosa toplote. U gasnim prekidačima, tok gasa (često indukovani mehanizmima pufera ili magnetskim izbacivačima) pomaže u hlađenju luka i smanjivanju njegove temperature. Kako luk hladne, postaje manje vodljiv, što dovodi do povećanja napona na luk. Ovo povećanje napona teško luku održati sebe, što pomaže u njegovom gašenju.

5. Struja kroz luk

• Princip: Gasni luki pokazuju negativnu volt-amper karakteristiku, što znači da napon na luk raste kako struja pada i obrnuto.

• Objašnjenje: Kako struja pristupa nuli tokom prelaska kroz nulu, napon na luk teži da se oštro poveća. To je zato što luk postaje manje stabilan na niskim strujama, a smanjen broj nosilaca naboja dovodi do većeg otpora, što rezultira većim padom napona. S druge strane, na većim strujama luk je stabilniji, a pad napona je niži. Ovo ponašanje je važno za razumevanje kako luk ponaša kraj nule struje, gde je uspešno prekidanje ključno.

6. Nasumični skokovi i kolapsi napona na luk blizu nule struje

• Princip: Blizu prelaska kroz nulu, napon na luk pokazuje nasumične skokove i kolapse, koji su ključni za gašenje luka.

• Objašnjenje: Kako struja pristupa nuli, luk postaje sve manje stabilan. Napon na luk može fluktuirati nasumično zbog brzih promena u fizičkom stanju luka, poput gustine nabijenih čestica i temperature. Ove fluktuacije mogu dovesti do naglog skoka napona na luk, što dovodi do njegovog kolapsa. Ako napon na luk dovoljno poraste, može premašiti oporavni napon sistema, što dovodi do gašenja luka. Ovaj fenomen je ključan za osiguranje da luk bude uspešno prekinut kod nule struje.

Rezime

Napon na luk u gasnim prekidačima utiču različiti faktori, uključujući dužinu luka, vrstu gasa, materijal kontakata, efekte hlađenja i struju kroz luk. Napon na luk igra ključnu ulogu u procesu prekidanja, posebno blizu nule struje, gde nasumični skokovi i kolapsi mogu odrediti da li luk uspešno ugasi. Razumevanje ovih faktora je esencijalno za dizajniranje i operisanje efikasnih i pouzdanih gasnih prekidača.