Високовольтний вимикач

Дугове напруга в газових автоматичних вимикачах

У газових автоматичних вимикачах дугова напруга є ключовою характеристикою, яка впливає на процес переривання та загальну продуктивність вимикача. Дугова напруга може змінюватися від кількох сотень вольт до кількох кіловольт, залежно від різних факторів. Нижче наведено детальне пояснення ключових факторів, які впливають на дугову напругу:

1. Довжина дуги

• Принцип: Випадок напруги через дугу прямо пропорційний довжині дуги. Зростання довжини дуги призводить до збільшення напруги, необхідної для підтримки дуги.

• Пояснення: Коли контакти в газовому автоматичному вимикачу роз’єднуються, між ними утворюється дуга. Довжина дуги може бути значно більшою за початковий зазор між контактами через рух дуги (розтягування дуги) під впливом магнітних полів або потоку газу. Чим довша дуга, тим більший випадок напруги через неї, що сприяє його погасінню, оскільки для підтримки дуги потрібна більша енергія.

2. Тип газу

• Принцип: Дугова напруга залежить від фізичних властивостей оточуючого газового середовища, таких як тиск, температура та іонізаційний стан.

• Пояснення: Різні гази мають різні диелектричні стійкості та теплопровідності, що впливає на те, наскільки легко можна підтримувати дугу. Наприклад, шестифторид сірки (SF₆) часто використовується в високонапігних автоматичних вимикачах через його відмінні изолювальні властивості та здатність швидко деіонізуватися після проходження струму через нуль. Гази з більшою диелектричною стійкістю потребують більшу напругу для підтримки дуги, що допомагає її погасити.

3. Матеріал контакту

• Принцип: Матеріал контакту дуги має невеликий вплив на дугову напругу, основно впливаючи на випадок напруги в областях аноду та катоду.

• Пояснення: Основний випадок напруги в газовій дузі відбувається через саме тіло дуги, а не на поверхнях контактів. Однак, матеріал контакту може впливати на локальний випадок напруги поблизу аноду та катоду, відомий як падіння напруги на катоді та аноді. Матеріали з нижчою робочою функцією (наприклад, мідь, срібло) мають менше падіння напруги на катоді, але цей ефект є відносно невеликим порівняно з загальною дуговою напругою. Тому вибір матеріалу контакту має невеликий вплив на загальну дугову напругу.

4. Охолодження дуги

• Принцип: Внутрішня потужність дуги є добутком струму та дугової напруги. Якщо дуга втрачає більше тепла через охолодження, вона збільшує свою потужність, збільшуючи дугову напругу.

• Пояснення: Охолодження дуги може відбуватися через теплопровідність, конвекцію та радіацію. У газових автоматичних вимикачах потік газу (часто індукований механізмами подуваючих пристроїв або магнітними витягувальними катушками) допомагає охолодити дугу та знизити її температуру. Під час охолодження дуга стає менш провідною, що призводить до збільшення дугової напруги. Це збільшення напруги робить важче для дуги підтримувати себе, що допомагає її погасити.

5. Струм через дугу

• Принцип: Газові дуги мають від'ємну вольт-амперну характеристику, що означає, що дугова напруга зростає зі зменшенням струму і навпаки.

• Пояснення: Коли струм наближається до нуля під час перетину струму через нуль, дугова напруга тенденційно зростає стрімко. Це тому, що дуга стає менш стабільною при низьких струмах, а зменшена кількість заряджених частинок призводить до більшої опору, що в свою чергу призводить до більшого випадку напруги. Навпаки, при високих струмах дуга є більш стабільною, і випадок напруги є нижчим. Це поведінка важлива для розуміння того, як дуга поводиться біля нуля струму, де успішне переривання є критичним.

6. Випадкові коливання та обвали дугової напруги біля нуля струму

• Принцип: Біля перетину струму через нуль, дугова напруга демонструє випадкові коливання та обвали, які є критичними для погашення дуги.

• Пояснення: Коли струм наближається до нуля, дуга стає все більш нестабільною. Дугова напруга може коливатися випадково через швидкі зміни фізичного стану дуги, такі як густота заряджених частинок та температура. Ці коливання можуть призводити до стрімкого зростання дугової напруги, що призводить до обвалу дуги. Якщо дугова напруга зростає достатньо, вона може перевищити відновлювальну напругу системи, що призводить до погасіння дуги. Цей феномен є критичним для забезпечення успішного переривання дуги при нулі струму.

Висновок

Дугова напруга в газових автоматичних вимикачах впливає на ряд факторів, включаючи довжину дуги, тип газу, матеріал контакту, ефекти охолодження та струм через дугу. Дугова напруга відіграє ключову роль в процесі переривання, особливо біля нуля струму, де випадкові коливання та обвали можуть визначати, чи буде дуга успішно погашена. Розуміння цих факторів є важливим для проектування та експлуатації ефективних та надійних газових автоматичних вимикачів.