Przerwanie przepływu prądu w gazowym wyłączniku napięcia wysokiego CB
Szczegółowe wyjaśnienie procesu gaszenia łuku w obwodzie przerzutnika typu puffer z gazem SF6
W przerzutniku typu puffer z gazem SF6, proces gaszenia łuku to kluczowy mechanizm zapewniający niezawodne przerywanie wysokich prądów, zwłaszcza podczas warunków przekroczenia. Proces ten obejmuje interakcję między głównymi kontaktami, kontaktami łukowymi i dyszą PTFE (politetrafluoretylen), która kieruje przepływ sprężonego gazu SF6 do zgaszenia łuku. Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie procesu gaszenia łuku, krok po kroku:
Stan początkowy: Główne kontakty otwarte, prąd przekazany do kontaktów łukowych
Główne kontakty: Główne kontakty, które są większe i zaprojektowane do przeprowadzania normalnego prądu obciążenia, są umieszczone koncentrycznie na zewnątrz kontaktów łukowych. W tym stanie początkowym, główne kontakty zostały już otwarte, a prąd został przeniesiony (przekazany) do kontaktów łukowych.
Kontakty łukowe: Kontakty łukowe są mniejsze i specjalnie zaprojektowane do obsługiwania wysokich temperatur i ciśnień generowanych podczas łuku. Są one na etapie otwierania, a gdy to nastąpi, między nimi zapali się łuk.
Zapalenie łuku: Kontakty łukowe zaczynają się rozdzielać
Gdy kontakty łukowe zaczynają się rozdzielać, prąd nadal płynie przez małą szczelinę między nimi, tworząc łuk. W tym momencie, łuk jest jeszcze stosunkowo stabilny, a dysza PTFE, która jest zamocowana do ruchomego kontaktu, zaczyna kierować sprężony gaz SF6 z objętości puffera w kierunku łuku.
Przepływ gazu jest początkowo ograniczony, ponieważ przekrój łuku może być duży, szczególnie przy wysokich prądach krótkiego zwarcia. To zjawisko, gdzie przekrój łuku jest większy niż średnica gardzieli dyszy, nazywane jest zatkaniem prądem. Podczas zatknięcia prądem, przepływ gazu jest częściowo blokowany przez łuk, co uniemożliwia skuteczne ochłodzenie łuku.
Narastanie ciśnienia gazu i zwężanie łuku
Ruch mechaniczny i przekazywanie ciepła: Gdy kontakty łukowe kontynuują swoje rozdzielanie, mechaniczny ruch kontaktów dalszo kompresuje gaz SF6 w objętości puffera. Ponadto, ciepło z łuku jest przekazywane do gazu, powodując szybki wzrost jego temperatury. Ta kombinacja mechanicznego sprężania i przekazywania ciepła prowadzi do znacznego wzrostu ciśnienia gazu w objętości puffera.
Podejście do przejścia przez zero prądu: Gdy łuk zbliża się do naturalnego przejścia przez zero (punkt, w którym prąd przemienny przechodzi przez zero), przekrój łuku zaczyna się zmniejszać. To zmniejszenie rozmiaru łuku pozwala sprężonemu gazowi SF6 płynąć swobodniej przez dyszę.
Mocny strumień gazu: Tuż przed całkowitym rozdzieleniem kontaktów łukowych, sprężony gaz w objętości puffera jest uwalniany przez dyszę, tworząc mocny strumień, który bezpośrednio uderza w łuk. Ten strumień gazu o wysokiej prędkości szybko ochładza łuk, rozciąga go i zakłóca jonizowany plasma, prowadząc do zgaszenia łuku.
Zgaszenie łuku i odzyskanie wytrzymałości dielektrycznej
Zgaszenie łuku: Po zgaszeniu łuku w punkcie przejścia przez zero, przepływ prądu ustaje, a łuk przestaje istnieć. Brak łuku oznacza usunięcie źródła ciepła, co pozwala gazowi SF6 ochłodzić się.
Rekombinacja cząsteczek gazu: Po zgaszeniu łuku, rozkładające się cząsteczki gazu SF6 (takie jak SF4, S2F10 itp.) zaczynają się rekombinować, przywracając pierwotną strukturę chemiczną SF6. Ten proces rekombinacji również przywraca właściwości izolacyjne gazu.
Odzyskanie wytrzymałości dielektrycznej: Szybka rekombinacja cząsteczek gazu i ochłodzenie gazu prowadzą do szybkiego odzyskania wytrzymałości dielektrycznej między kontaktami. Zapewnia to, że łuk nie zapali się ponownie, gdy napięcie między kontaktami zwiększy się po przejściu prądu przez zero.
Zatrzymanie ruchu kontaktów: Z zgaszonym łukiem i przywróconą wytrzymałością dielektryczną, ruch kontaktów zatrzymuje się. Ciśnienie gazu w obwodzie przerzutnika (CB) następnie stabilizuje się, a system wraca do normalnego, nieprzewodzącego stanu.
Kluczowe punkty do zapamiętania:
Zatknięcie prądem: Przy wysokich prądach krótkiego zwarcia, przekrój łuku może być większy niż średnica gardzieli dyszy, tymczasowo blokując przepływ gazu. To zjawisko nazywane jest zatknięciem prądem. Mimo to, ciśnienie gazu nadal rośnie ze względu na mechaniczne sprężanie i przekazywanie ciepła z łuku.
Objętość puffera i projekt dyszy: Objętość puffera to kluczowy element, który przechowuje sprężony gaz SF6, który następnie jest uwalniany przez dyszę PTFE. Dysza jest zaprojektowana tak, aby dokładnie kierować przepływ gazu na łuk, zapewniając skuteczne ochłodzenie i zgaszenie łuku.
Szybkie odzyskanie wytrzymałości dielektrycznej: Jednym z kluczowych zalet gazu SF6 jest jego zdolność do szybkiego przywrócenia właściwości izolacyjnych po zgaszeniu łuku. Zapewnia to, że obwód przerzutnika może bezpiecznie przerywać wysokie prądy, nie ryzykując ponownego zapalenia łuku.
Podsumowanie
Proces gaszenia łuku w obwodzie przerzutnika typu puffer z gazem SF6 to bardzo efektywna i niezawodna metoda przerywania wysokich prądów, zwłaszcza podczas warunków przekroczenia. Kombinacja mechanicznego sprężania, przepływu gazu i unikalnych właściwości gazu SF6 zapewnia, że łuk jest szybko zgaszony, a wytrzymałość dielektryczna między kontaktami jest szybko przywracana. Ten projekt umożliwia obwodowi przerzutnikowi obsługę dużych prądów uszkodzeniowych, jednocześnie utrzymując integralność i bezpieczeństwo systemu elektrycznego.
