เบรกเกอร์แรงดันสูง
แรงดันอาร์คในวงจรตัดไฟแบบก๊าซ
ในวงจรตัดไฟแบบก๊าซ แรงดันอาร์คเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญซึ่งมีผลต่อกระบวนการตัดวงจรและประสิทธิภาพโดยรวมของวงจรตัดไฟ แรงดันอาร์คอาจอยู่ระหว่างไม่กี่ร้อยโวลต์ถึงหลายกิโลโวลต์ ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ ด้านล่างนี้เป็นคำอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อแรงดันอาร์ค:
1. ความยาวอาร์ค
หลักการ: แรงดันตกคร่อมอาร์คเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของอาร์ค เมื่อความยาวอาร์คเพิ่มขึ้น แรงดันที่จำเป็นในการรักษาอาร์คก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน
คำอธิบาย: เมื่อคอนแทคในวงจรตัดไฟแบบก๊าซแยกออกจากกัน อาร์คจะเกิดขึ้นระหว่างคอนแทคเหล่านั้น ความยาวของอาร์คสามารถยาวกว่าช่องว่างเริ่มต้นได้มากเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอาร์ค (การยืดอาร์ค) ที่ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กหรือการไหลของก๊าซ ยิ่งอาร์คยาวเท่าใด แรงดันตกคร่อมอาร์คก็จะสูงขึ้น ทำให้ง่ายต่อการดับอาร์คเพราะต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการรักษาอาร์ค
2. ชนิดของก๊าซ
หลักการ: แรงดันอาร์คขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของสื่อก๊าซที่อยู่รอบ ๆ เช่น ความดัน ความร้อน และสถานะของการไอออน
คำอธิบาย: ก๊าซแต่ละชนิดมีคุณสมบัติในการเป็นฉนวนและนำความร้อนแตกต่างกัน ซึ่งมีผลต่อการรักษาอาร์คได้ง่ายหรือยาก ตัวอย่างเช่น ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF₆) มักใช้ในวงจรตัดไฟแรงดันสูงเนื่องจากคุณสมบัติในการเป็นฉนวนที่ยอดเยี่ยมและการดี-ไอออนไนเซชันอย่างรวดเร็วหลังจากกระแสผ่านศูนย์ ก๊าซที่มีคุณสมบัติในการเป็นฉนวนสูงต้องใช้แรงดันสูงขึ้นในการรักษาอาร์ค ซึ่งช่วยในการดับอาร์ค
3. วัสดุของคอนแทค
หลักการ: วัสดุของคอนแทคอาร์คมีอิทธิพลเล็กน้อยต่อแรงดันอาร์ค โดยส่วนใหญ่มีผลต่อแรงดันตกคร่อมในบริเวณแอนาดและแคโทด
คำอธิบาย: แรงดันตกคร่อมส่วนใหญ่ในอาร์คก๊าซเกิดขึ้นภายในตัวอาร์คเอง ไม่ใช่ที่พื้นผิวคอนแทค อย่างไรก็ตาม วัสดุของคอนแทคสามารถมีผลต่อแรงดันตกคร่อมในบริเวณใกล้แอนาดและแคโทด ซึ่งเรียกว่า "แคโทดฟอลล์" และ "แอนาดฟอลล์" วัสดุที่มีฟังก์ชันการทำงานต่ำ (เช่น ทองแดง เงิน) มักมีแคโทดฟอลล์ต่ำ แต่ผลนี้มีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับแรงดันอาร์คโดยรวม ดังนั้น การเลือกวัสดุของคอนแทคมีผลกระทบน้อยต่อแรงดันอาร์คทั้งหมด
4. การทำให้อาร์คเย็นลง
หลักการ: พลังงานภายในของอาร์คคือผลคูณของกระแสและแรงดันอาร์ค หากอาร์คสูญเสียความร้อนมากขึ้น เขาจะเพิ่มพลังงานโดยเพิ่มแรงดันอาร์ค
คำอธิบาย: การทำให้อาร์คเย็นลงสามารถเกิดขึ้นผ่านการนำพาความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสี ในวงจรตัดไฟแบบก๊าซ การไหลของก๊าซ (มักถูกกระทำโดยกลไกพัฟเฟอร์หรือคอยล์พัดลมแม่เหล็ก) ช่วยทำให้อาร์คเย็นลงและลดอุณหภูมิของอาร์ค เมื่ออาร์คเย็นลง จะมีความต้านทานเพิ่มขึ้น ทำให้แรงดันอาร์คสูงขึ้น แรงดันที่สูงขึ้นนี้ทำให้อาร์คยากต่อการรักษา ช่วยในการดับอาร์ค
5. กระแสผ่านอาร์ค
หลักการ: อาร์คก๊าซแสดงคุณสมบัติของแรงดัน-แอมแปร์ในเชิงลบ หมายความว่า แรงดันอาร์คเพิ่มขึ้นเมื่อกระแสลดลงและตรงกันข้าม
คำอธิบาย: เมื่อกระแสเข้าใกล้ศูนย์ในขณะที่กระแสผ่านศูนย์ แรงดันอาร์คจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เนื่องจากอาร์คไม่เสถียรที่กระแสต่ำ และจำนวนพาหะประจุที่ลดลงทำให้มีความต้านทานสูงขึ้น ทำให้แรงดันตกคร่อมสูงขึ้น ตรงกันข้าม ที่กระแสสูง อาร์คจะเสถียรมากขึ้น และแรงดันตกคร่อมจะต่ำลง พฤติกรรมนี้มีความสำคัญในการเข้าใจว่าอาร์คทำงานอย่างไรใกล้ศูนย์กระแส ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการตัดวงจร
6. การเปลี่ยนแปลงและล่มสลายของแรงดันอาร์คแบบสุ่มใกล้ศูนย์กระแส
หลักการ: ใกล้ศูนย์กระแส แรงดันอาร์คแสดงการเปลี่ยนแปลงและล่มสลายแบบสุ่ม ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการดับอาร์ค
คำอธิบาย: เมื่อกระแสเข้าใกล้ศูนย์ อาร์คจะไม่เสถียรมากขึ้น แรงดันอาร์คอาจเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มเนื่องจากเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในสภาพทางกายภาพของอาร์ค เช่น ความหนาแน่นของอนุภาคประจุและอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจทำให้แรงดันอาร์คพุ่งขึ้นอย่างเฉียบพลัน ทำให้อาร์คล่มสลาย ถ้าแรงดันอาร์คเพิ่มขึ้นเพียงพอ มันจะเกินแรงดันฟื้นฟูของระบบ ทำให้อาร์คดับลง ปรากฏการณ์นี้มีความสำคัญในการรับประกันว่าอาร์คจะถูกตัดออกอย่างสำเร็จที่ศูนย์กระแส
สรุป
แรงดันอาร์คในวงจรตัดไฟแบบก๊าซได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย รวมถึงความยาวอาร์ค ชนิดของก๊าซ วัสดุของคอนแทค ผลของการทำให้เย็น และกระแสผ่านอาร์ค แรงดันอาร์คมีบทบาทสำคัญในการตัดวงจร โดยเฉพาะใกล้ศูนย์กระแส ที่การเปลี่ยนแปลงและล่มสลายแบบสุ่มสามารถกำหนดว่าอาร์คจะถูกดับอย่างสำเร็จหรือไม่ การเข้าใจปัจจัยเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบและปฏิบัติงานวงจรตัดไฟแบบก๊าซที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้
