Vytváření podmínek při krátkodobém zkratu pro rozvodu

Podrobné vysvětlení proudění při uzavírání a jevu předchozího zásahu v rozvodu
V rozvodu, zejména v odpojovacích členech (CB) a spínacích členech s možností odpojení zatěžovaného obvodu (LBS), se chováním proudění při uzavírání myslí proces, při kterém se elektrická oblouková svorka iniciuje, když kontakty začínají uzavírat. Tento proces nezačíná přesně v okamžiku fyzického dotyku kontaktů, ale může nastat několik milisekund dříve kvůli jevu známému jako předchozí zásah. Níže je podrobné vysvětlení tohoto jevu a jeho dopadu.
1. Předchozí zásah: Iniciace oblouku před fyzickým dotykem kontaktů
•    Dielektrický propad: Když se kontakty během uzavírání přibližují, izolační prostředí (např. vzduch, SF6 nebo vakuum) mezi nimi trpí dielektrickým propadem. To nastane proto, že elektrické pole ve škvíře mezi kontakty roste, jak se blíží. Když síla pole překročí dielektrickou sílu izolačního prostředí, dojde k propadu škvíry a iniciaci přepínačového oblouku.
•    Nastavení elektrického pole: Elektrické pole mezi kontakty se vybírá, jak se pohybují k sobě. Toto pole je úměrné napětí mezi kontakty a nepřímo úměrné vzdálenosti mezi nimi. Když pole dosáhne dostatečné síly, způsobí ionizaci plynových molekul ve škvíře, což vede ke vzniku vodiče pro proudění proudu.
•    Iniciace oblouku: Oblouk se iniciuje před tím, než se kontakty fyzicky dotknou, obvykle o několik milisekund dříve. Tato raná iniciace oblouku se nazývá předchozí zásah. Během předchozího zásahu se oblouk tvoří v malé škvíře mezi kontakty a proud začíná proudit přes oblouk, aniž by čekal na fyzický kontakt.
2. Důsledky předchozího zásahu
•    Přílišné tavení povrchů kontaktů: Pokud je energie zapojená do předchozího zásahu velká, může způsobit přílišné tavení povrchů kontaktů. Je to zejména problématické při krátkém spojení, kde může být proud extrémně vysoký. Tavené kovy na povrchu kontaktů mohou vést k svaření kontaktů, kde se dvě povrchy sloucí dohromady.
•    Svaření kontaktů: Svařené kontakty mohou zabránit přepínačovému zařízení, aby odpovídalo správně na další příkaz k otevření. Pokud mechanismus provozu rozvodu nenabízí dostatečnou sílu k prolomení svařených bodů, zařízení může selhat při otevírání, což může vést k potenciálním bezpečnostním rizikům a poškození zařízení.
•    Charakteristiky krátkozaměrného proudu: Krátkozaměrné proudy často obsahují DC složku, která může způsobit, že vrcholná hodnota proudu je mnohem vyšší než u čistě AC krátkozaměrného proudu. Tento zvýšený vrcholný proud může zesílit efekty předchozího zásahu, což vede k více vážnému poškození kontaktů a svaření.
•    Závislost napětí oblouku: Napětí přes oblouk (napětí oblouku) je velmi závislé na použitém přerušovacím prostředí v rozvodu. I u velmi krátkých délek oblouku mohou být u elektrod výrazné poklesy napětí. To je proto, že odpor oblouku není rovnoměrný podél jeho délky a oblasti poblíž elektrod mají tendenci mít vyšší odpor kvůli koncentraci tepla a ionizovaných částic.
3. Uzavírání při krátkém spojení
•    Odpojovací členy (CB): V odpojovacích členech je operace uzavírání při krátkém spojení zvláště významná. Vysoké hladiny proudu a přítomnost DC složky mohou vést k intenzivnímu obloukovému hoření a poškození kontaktů. Moderní odpojovací členy jsou navrženy s pokročilými materiály a chladicími mechanismy k zmírnění těchto efektů, ale předchozí zásah zůstává problémem.
•    Spínací členy s možností odpojení zatěžovaného obvodu (LBS): Spínací členy s možností odpojení zatěžovaného obvodu jsou také zranitelné vůči předchozímu zásahu během operace uzavírání, zejména v aplikacích s vysokým proudem. Nicméně, LBS zařízení se obvykle používají v nižších napěťových a proudivých aplikacích než odpojovací členy, takže riziko závažného poškození kontaktů je obecně nižší.
4. Fáze operace uzavírání v rozvodu
Operace uzavírání v rozvodu lze rozdělit na několik fází, jak je znázorněno na obrázku:
•    Fáze 1: Počáteční přiblížení kontaktů: Kontakty začínají pohybovat k sobě a elektrické pole mezi nimi začíná nabírat. V této fázi žádný proud neproudí, ale potenciál pro předchozí zásah roste.
•    Fáze 2: Vytvoření oblouku předchozího zásahu: Jak se kontakty přibližují, elektrické pole překoná dielektrickou sílu izolačního prostředí, což způsobí dielektrický propad. Vytvoří se oblouk předchozího zásahu a proud začíná proudit přes oblouk před fyzickým dotykem kontaktů.
•    Fáze 3: Fyzický dotyk kontaktů a přenos oblouku: Kontakty konečně dosáhnou fyzického dotyku a oblouk se přenese ze škvíry mezi kontakty na povrchy kontaktů. Proud nadále proudí přes nyní uzavřený obvod.
•    Fáze 4: Stabilní operační stav: Po plném uzavření kontaktů vstupuje systém do stabilního operačního stavu a proud proudí přes uzavřené kontakty bez obloukového hoření.
5. Strategie minimalizace
Pro minimalizaci efektů předchozího zásahu a svaření kontaktů lze použít několik návrhových a operačních strategií:
•    Použití izolačních prostředí s vysokou dielektrickou sílou: Použití izolačních prostředí s vysokou dielektrickou sílou, jako je plyn SF6 nebo vakuum, může snížit pravděpodobnost předchozího zásahu tím, že vyžaduje vyšší elektrické pole pro iniciovaní propadu.
•    Pokročilé materiály kontaktů: Použití materiálů kontaktů s vysokými teplotami tavení a dobrými tepelnými vlastnostmi může pomoci snížit poškození kontaktů během předchozího zásahu. Materiály jako slitiny mědi a wolframu jsou často používány v vysokonapěťových rozvodech.
•    Chladicí mechanismy: Zahrnutí chladicích mechanismů, jako jsou pufrovací systémy nebo přinutitelný tok plynu, může pomoci rozptýlit teplo z oblouku a snížit teplotu povrchů kontaktů, minimalizovat riziko svaření.
•    Mechanické vylepšení: Zajištění, aby mechanismus provozu poskytoval dostatečnou sílu k prolomení jakýchkoli svařených bodů během operace otevření, může zabránit selhání rozvodu při otevírání.
•    Ochranné systémy: Implementace ochranných systémů, jako jsou relé proti přetížení a mechanismy detekce poruch, může pomoci rychleji detekovat a reagovat na stavy krátkého spojení, což sníží dobu a intenzitu oblouku.
Závěr
Jev předchozího zásahu, kdy se oblouk iniciuje před fyzickým dotykem kontaktů, je klíčovým aspektem operace uzavírání v rozvodu. Může vést k přílišnému poškození kontaktů, svaření a potenciálnímu selhání přepínačového zařízení. Porozumění faktorům, které přispívají k předchozímu zásahu, jako je nastavení elektrického pole a charakteristiky izolačního prostředí, je zásadní pro návrh a provoz spolehlivého rozvodu. Použitím vhodných strategií minimalizace, jako je použití izolačních prostředí s vysokou dielektrickou silou, pokročilých materiálů kontaktů a chladicích mechanismů, lze efekty předchozího zásahu minimalizovat a zajistit bezpečný a spolehlivý provoz rozvodu v obou odpojovacích členech a spínacích členech s možností odpojení zatěžovaného obvodu.