Högspegelbrytare
Bågljud i gasbrytare
I gasbrytare är bågljudet en kritisk parameter som påverkar avbrottsprocessen och den totala prestandan hos brytaren. Bågljudet kan variera från några hundra volt till flera kilovolt, beroende på olika faktorer. Nedan följer en detaljerad förklaring av de viktigaste faktorerna som påverkar bågljudet:
1. Båglängd
Princip: Spänningssänkningen över bågen är direkt proportionell mot båglängden. När båglängden ökar, ökar också spänningen som krävs för att hålla uppe bågen.
Förklaring: När kontakterna i en gasbrytare skiljs åt bildas en båge mellan dem. Båglängden kan vara mycket längre än den ursprungliga kontaktgapet på grund av bågens rörelse (bågsträckning) som påverkas av magnetfält eller gasflöde. Ju längre bågen, desto större spänningssänkning över den, vilket gör det lättare att släcka bågen eftersom mer energi krävs för att hålla uppe den.
2. Gasens typ
Princip: Bågljudet beror på de fysiska egenskaperna hos det omgivande gasmediumet, såsom dess tryck, temperatur och joniseringsgrad.
Förklaring: Olika gaser har olika dielektriska styrkor och termiska ledningsförmågor, vilket påverkar hur lätt bågen kan hållas uppe. Till exempel används svavhexafluorid (SF₆) ofta i högspänningsbrytare på grund av dess utmärkta isolerande egenskaper och förmåga att snabbt deionisera efter att strömmen passerat noll. Gaser med högre dielektrisk styrka kräver högre spänningar för att hålla uppe bågen, vilket hjälper till att släcka bågen.
3. Kontaktmaterial
Princip: Kontakternas material har en mindre inverkan på bågljudet, främst genom att påverka spänningssänkningen i anod- och katodregionerna.
Förklaring: Den huvudsakliga spänningssänkningen i en gasbåge sker över bågkroppen själv, inte vid kontaktytorna. Men kontaktmaterialet kan påverka den lokala spänningssänkningen nära anoden och katoden, känd som katod- och anodfall. Material med lägre arbetsfunktion (t.ex. koppar, silver) tenderar att ha lägre katodfall, men denna effekt är relativt liten jämfört med det totala bågljudet. Därför har valet av kontaktmaterial en marginalinverkan på det totala bågljudet.
4. Kylning av bågen
Princip: Bågens interna effekt är produkten av strömmen och bågljudet. Om bågen förlorar mer värme genom kylning, kommer den att öka sin effekt genom att öka bågljudet.
Förklaring: Kylningen av bågen kan ske genom konduktion, konvektion och strålning. I gasbrytare hjälper gasflödet (ofta inducerat av puffarmekanismer eller magnetiska blåsbobbiner) till att kyla bågen och minska dess temperatur. När bågen kyls blir den mindre leddig, vilket leder till en ökning av bågljudet. Denna ökade spänning gör det svårare för bågen att hålla sig vid liv, vilket hjälper till att släcka den.
5. Ström genom bågen
Princip: Gasbågar visar en negativ volt-ampere-karakteristik, vilket betyder att bågljudet ökar när strömmen minskar och vice versa.
Förklaring: När strömmen närmar sig noll under strömns nollpassage tenderar bågljudet att stiga skarpt. Detta beror på att bågen blir mindre stabil vid låga strömmar, och det minskade antalet laddningsbärare leder till en högre resistans, vilket resulterar i en högre spänningssänkning. Å andra sidan, vid högre strömmar är bågen mer stabil, och spänningssänkningen är lägre. Detta beteende är viktigt för att förstå hur bågen beter sig nära strömns noll, där framgångsrik avbrottning är kritisk.
6. Slumpmässiga variationer och kollaps av bågljud nära strömns noll
Princip: Nära strömns nollpassage visar bågljudet slumpmässiga variationer och kollaps, vilket är kritiskt för bågens släckning.
Förklaring: När strömmen närmar sig noll blir bågen alltmer instabil. Bågljudet kan fluktuerar slumpmässigt på grund av de snabba förändringarna i bågens fysiska tillstånd, såsom tätheten av laddade partiklar och temperaturen. Dessa fluktuationer kan orsaka plötsliga toppar i bågljudet, vilket leder till en kollaps av bågen. Om bågljudet ökar tillräckligt mycket, kan det överstiga systemets återhämtningsspänning, vilket gör att bågen släcks. Detta fenomen är avgörande för att säkerställa att bågen framgångsrikt avbryts vid strömns noll.
Sammanfattning
Bågljudet i gasbrytare påverkas av flera faktorer, inklusive båglängden, gasens typ, kontaktmaterialet, kylningseffekter och ström genom bågen. Bågljudet spelar en viktig roll i avbrottsprocessen, särskilt nära strömns noll, där slumpmässiga variationer och kollaps kan bestämma om bågen framgångsrikt släcks. Att förstå dessa faktorer är avgörande för att designa och driftsätta effektiva och tillförlitliga gasbrytare.
