Lülituseadmete lühikese kinnituse tingimusel toimimine

Lülitusrakenduste elektrivoolu ja eelkontakti fenomeni üksikasjalik selgitus
Lülitusrakendustes, eriti lülite (CB) ja laadilülitustes (LBS), viitab elektrivoo loomine protsessile, kus elektriarv elektrivoo algatamisel lüliturid lähevad kokku. See protsess ei ala täpselt siis, kui kontaktid füüsiliselt puutuvad, vaid võib toimuda mitme millisekundi varakemini fenomeni tõttu, mida nimetatakse eelkontaktiks. Allpool on antud selle fenomeni ja selle tagajärgede üksikasjalik selgitus.
1. Eelkontakt: Arvu algamine enne kontaktide puude
•    Dielektriline murdumine: Kui kontaktid lähenevad teineteisele lülitamise käigus, siis nende vahel olev dielektriline keskkond (nt õhk, SF6 või vakuum) kannatab dielektrilist murdumist. See juhtub selle tõttu, et kontaktide vahelises vahele jääv elektriväljana kasvab, kui need lähenevad. Kui väljakohaliku tugevus ületab dielektrilise keskkonna dielektrilist tugevust, siis vahe murdub ja lülitusarv algab.
•    Elektrivälja tekke: Kontaktide vaheline elektriväli tekib, kui nad liiguvad üksteise poole. See väli on proportsionaalne kontaktide üle jääva voltagaga ja pöördproportsionaalne nende vahemaa suhtega. Kui väli muutub piisavalt tugevaks, siis see põhjustab gaasi molekulite ioniseerimise vahele, mis viib elektrivoo juurde järelejuhivale tee loomiseni.
•    Arvu algamine: Arv algab enne, kui kontaktid tegelikult puutuvad, tavaliselt mitme millisekundi varakemini. Selle vara arvu algamist nimetatakse eelkontaktiks. Eelkontakti käigus tekib arv väikeses vahe kontaktide vahel ja elektrivool algab arvu kaudu, mitte oodates, kuni kontaktid füüsiliselt puutuvad.
2. Eelkontakti tagajärjed
•    Ülemäärane kontaktide pinnavoo: Kui eelkontakti kaasas on suur energia, siis see võib põhjustada ülemäärast kontaktide pinnavoo. See on eriti probleemsena lühikese tsirkuiti tingimustes, kus elektrivool võib olla äärmiselt suur. Valunud metall kontaktide pinna peal võib viia kontaktide sidusaamiseni, kus kaks pinda liimuvad kokku.
•    Kontaktide sidusaamine: Sidusaamised kontaktid võivad takistada lülitusrakenduse järgmist avamiskäsklust. Kui lülitusrakenduse töömekhanism ei paku piisavalt jõudu sidusaamiste murdamiseks, võib seade ebaõnnestuda avamisel, mis võib viia potentsiaalsetele ohutuslikkustele ja seadme kahjustusele.
•    Lühikese tsirkuiti elektrivoolu omadused: Lühikese tsirkuiti elektrivoosid sisaldavad tihti DC komponenti, mis võib põhjustada elektrivoogu huipuväärtuse olema palju suurem kui puhta AC lühikese tsirkuiti elektrivoogu. See suurendatud huipuväärtus võib eksitada eelkontakti mõjusid, viies raskematele kontaktide kahjustustele ja sidusaamiseni.
•    Arvu pinge sõltuvus: Arvu kõrval (arvu pinge) on suuresti sõltuv lülitusrakenduses kasutatavast katkestamise keskkonnast. Isegi väga lühike arv võib põhjustada olulisi pingevahetusi elektrodide lähedal. See on selle tõttu, et arvu vastus pole ühtlane tema pikkusega, ja piirkonnad elektrodide lähedal tendeerivad suurema vastusega soojuse ja ioniseeritud osakeste konventsiooni tõttu.
3. Elektrivoo loomine lühikese tsirkuiti tingimustes
•    Lülitid (CB): Lülitijates on elektrivoo loomine lühikese tsirkuiti tingimustes eriti keeruline. Kõrge elektrivool ja DC komponent võivad viia intensiivse arviga ja kontaktide kahjustusega. Kaasaegsed lülitid on disainitud täiustatud materjalide ja külmendussüsteemidega, et vähendada neid mõjusid, kuid eelkontakt on endiselt murepunkt.
•    Laadilülitid (LBS): Laadilülitused on samuti eelkontakti tundlikud elektrivoo loomisel, eriti kõrge elektrivooluga rakendustes. Kuid LBS-seadmed kasutatakse tavaliselt madalamal voltagal ja elektrivooguga lülitijate suhtes, nii et tõsine kontaktide kahjustus on tavaliselt väiksem.
4. Lülitusrakenduse elektrivoo loomise faadid
Lülitusrakenduse elektrivoo loomine saab jagada mitme faadi, nagu näidatakse joonisel:
•    Faas 1: Kontaktide esialgne lähenede: Kontaktid hakkavad liikuma üksteise poole, ja nende vaheline elektriväli hakka tekima. Sel faasil ei voola elektrit, kuid eelkontakti potentsiaal on kasvamas.
•    Faas 2: Eelkontakti arvu tekke: Kui kontaktid lähenevad, ületab elektriväli dielektrilise keskkonna dielektrilist tugevust, põhjustades dielektrilise murdumise. Eelkontakti arv tekib ja elektrivool algab arvu kaudu enne, kui kontaktid puutuvad.
•    Faas 3: Kontaktide puude ja arvu edastamine: Kontaktid lõpuks füüsiliselt puutuvad ja arv edastub kontaktide vahest kontaktide pinna peale. Elektrivool jätkub nüüd sulgitud tsirkuiti kaudu.
•    Faas 4: Steady-State Operation: Pärast kontaktide täielikku sulgemist, süsteem astub steady-state režiimi, ja elektrivool jookseb nüüd sulgitud kontaktide kaudu ilma arvu ilmumiseta.
5. Vähendamise strateegiad
Eelkontakti ja kontaktide sidusaamise mõjude vähendamiseks saab kasutada mitmeid disaini- ja operatsioonilisi strateegiaid:
•    Kõrge-dielektrilise-tugevuse dielektriliste keskkondade kasutamine: Kõrge-dielektrilise-tugevuse dielektriliste keskkondade, nagu SF6 gaas või vakuum, kasutamine vähendab eelkontakti tõenäosust, nõudes kõrgemat elektriväljakohalikku murdumise algatamiseks.
•    Täiustatud kontaktimaterjalid: Kontaktimaterjalide, mis omavad kõrgeid segunemistempereid ja head soojusejoonduvust, kasutamine aitab vähendada kontaktide kahjustust eelkontakti käigus. Materjalid nagu kupari-vanadu lehmiksid on tavaliselt kasutusel kõrgevoltaazilistes lülitusrakendustes.
•    Külmendussüsteemid: Külmendussüsteemide, nagu puffertsüsteemide või sundgaasi voolu, lisamine aitab lahutada soojust arvust ja vähendada kontaktide pinna temperatuuri, vähendades sidusaamise riski.
•    Mehaanilised disaini parandused: Tähtis on tagada, et töömekhanism pakub piisavalt jõudu sidusaamispunkti murdamiseks avamiskäigus, et takistada lülitusrakenduse ebaõnnestumist avamisel.
•    Kaitse süsteemid: Kaitse süsteemide, nagu ülekoormusrelid ja vea tuvastamise mehhanismide, kasutamine aitab kiiremini tuvastada ja reageerida lühikese tsirkuiti tingimustele, vähendades arvu kestust ja tugevust.
Järeldus
Eelkontakti fenomen, kus arv algab enne kontaktide füüsilist puude, on oluline lülitusrakenduste elektrivoo loomise aspekt. See võib viia ülemääraste kontaktide kahjustusteni, sidusaamiseni ja lülitusrakenduse ebaõnnestumiseni. Eelkontakti panustavaid tegureid, nagu elektrivälja tekke ja dielektrilise keskkonna omadusi, mõistmise on oluline usaldusväärsete lülitusrakenduste disainimiseks ja kasutamiseks. Täiustatud disaini- ja operatsiooniliste strateegiate, nagu kõrge-dielektrilise-tugevuse dielektriliste keskkondade, täiustatud kontaktimaterjalide ja külmendussüsteemide kasutamise abil saab vähendada eelkontakti mõjusid, tagades lülitusrakenduste turvalise ja usaldusväärse toimimise nii lülitijates kui ka laadilülitustes.