הצבת תנאי תחת זרם קצר עבור ציוד מפסק

הסבר מפורט על הזרם המופעל והתופעה של התקדמות קשת בציוד מתג
בציוד מתג, במיוחד במתגי חשמל (CB) ובקוטעי עומס (LBS), זרם מופעל מתאר את התהליך שבו נוצרת קשת חשמלית כשהמגענים מתחילים להתקרב. התהליך לא מתחיל בדיוק כשהמגענים נוגעים זה בזה אלא יכול להתרחש מספר מילישניות קודם לכן בשל תופעה המוכרת בשם התקדמות קשת. להלן הסבר מפורט על התופעה והשלכותיה.
1. התקדמות קשת: ייזום הקשת לפני מגע המגענים
•    פריצת מבודד: ככל שהמגענים מתקרבים אחד לשני במהלך פעולת הסגירה, המEDIUM המבודד ביניהם (כגון אוויר, SF6 או ואקום) סובל מפריצת מבודד. זה קורה כי השדה החשמלי במרווח בין המגענים גדל ככל שהם מתקרבים. כאשר עוצמת השדה עולה מעוצמת המבודד של המEDIUM, המרווח מתפרק ונוצרת קשת מתג.
•    צבירת שדה חשמלי: השדה החשמלי בין המגענים צובר כשהם נעים אחד לקראת השני. השדה הזה פרופורציוני למתח בין המגענים ובאופן הפוך למרחק ביניהם. כאשר השדה נהיה מספיק חזק, הוא גורם ליוניזציה של מולקולות הגז במרווח, מה שמוביל ליצירת מסלול מוליך לזרם לזרום דרכו.
•    ייזום הקשת: הקשת מתחילה לפני שמגענים באמת נוגעים, בדרך כלל מספר מילישניות קודם לכן. ייזום מוקדם זה של הקשת מכונה התקדמות קשת. במהלך התקדמות הקשת, הקשת נוצרת במרווח הקטן בין המגענים, והזרם מתחיל לזרום דרך הקשת ולא מחכה למגענים ליצור מגע פיזי.
2. השלכות התקדמות הקשת
•    מסירה מוגברת של משטחי המגענים: אם האנרגיה המעוררת בהתקדמות הקשת גדולה, היא יכולה לגרום למסירה מוגברת של משטחי המגענים. זה במיוחד בעייתי בתנאי קצר-מעגל, בהם הזרם יכול להיות גבוה מאוד. המתכת המומסת על משטחי המגענים יכולה להוביל ליתוך של המגענים, בו המשטחים מתמזגים יחד.
•    יתוך המגענים: מגענים מיותכים יכולים למנוע מהמכשיר המתג לתפקד בהתאם להוראת ההיפתחות הבאה. אם מנגנון ההפעלה של ציוד המתג אינו מספק כוח מספק כדי לשבור את נקודות היתוך, המכשיר עשוי להיכשל לפתוח נכון, מה שיכול להוביל לסיכונים בטיחותיים ולנזק באבזור.
•    מאפייני זרם קצר-מעגל: זרמים של קצר-מעגל לעתים קרובות מכילים רכיב DC, שיכול לגרום לערך השיא של הזרם להיות הרבה יותר גבוה מאשר זו של זרם קצר-מעגל טהור AC. ערך שיא מוגבר זה יכול להחמיר את ההשפעות של התקדמות הקשת, מה שגורם לנזק רב יותר במגענים והיתוך שלהם.
•    תלות מתח הקשת: המתח על הקשת (מתח הקשת) תלוי בצורה רבה בחומר המפריע המשמש בציוד המתג. גם עם אורך קשת קצר מאוד, יכולים להיות נפילות מתח משמעותיות ליד האלקטרודות. זה כי התנגדות הקשת אינה אחידה לאורך שלה, והאזורים ליד האלקטרודות נוטים להראות התנגדות גבוהה יותר בשל הריכוז של חום וחלקיקים מיוננים.
3. פעולה תחת תנאי קצר-מעגל
•    מתגי חשמל (CB): במתגי חשמל, פעולת ההפעלה תחת תנאי קצר-מעגל היא במיוחד מאתגרת. רמות הזרם הגבוהות והימצאות רכיב DC יכולים להוביל לקשת חזקה ולהזדקק במגענים. מתגי חשמל מודרניים מתוכננים עם חומרים מתקדמים ומנגנוני קירור כדי להפחית את ההשפעות הללו, אך התקדמות הקשת נשארת חשש.
•    קוטעי עומס (LBS): קוטעי עומס גם הם פגיעים להתקדמות קשת במהלך הפעולה, במיוחד בישומים של זרמים גבוהים. עם זאת, מכשירי LBS בדרך כלל משמשים בישומים של מתח נמוך יותר וזרמים נמוכים יותר בהשוואה למתגי חשמל, כך שהסיכון לנזק כבד במגענים באופן כללי נמוך יותר.
4. שלבי הפעולה בהפעלת ציוד המתג
הפעולה של ציוד המתג ניתן לחלק למספר שלבים, כפי שנראה בתמונה:
•    שלב 1: התקרבות ראשונית של המגענים: המגענים מתחילים לנוע אחד כלפי השני, והשדה החשמלי ביניהם מתחיל לצוץ. בשלב זה, אין זרם זורם, אך הפוטנציאל להתקדמות קשת גדל.
•    שלב 2: יצירת קשת התקדמות: ככל שהמגענים מתקרבים, השדה החשמלי עולה מעוצמת המבודד של החומר המבודד, גורם לפריצת מבודד. נוצרת קשת התקדמות, והזרם מתחיל לזרום דרך הקשת לפני שמגענים נוגעים.
•    שלב 3: מגע ומיתוג הקשת: המגענים סוף סוף יוצרים מגע פיזי, והקשת עוברת מהמרווח בין המגענים למשטחי המגענים. הזרם להמשיך לזרום דרך המעגל הסגור עכשיו.
•    שלב 4: פעולה יציבה: לאחר שהמגענים סגורים לחלוטין, המערכת переходит в режим стабильной работы, и ток проходит через закрытые контакты без какого-либо дугового разряда.
5. אסטרטגיות מיתוג
כדי להפחית את ההשפעות של התקדמות הקשת והיתוך של המגענים, ניתן להשתמש במספר אסטרטגיות עיצוב והפעלה:
•    שימוש בחומרים מבודדים בעלי עוצמת מבודד גבוהה: שימוש בחומרים מבודדים בעלי עוצמת מבודד גבוהה, כגון גז SF6 או ואקום, יכול להפחית את הסיכוי להתקדמות קשת על ידי דרישה לשדה חשמלי גבוה יותר כדי להתחיל פריצה.
•    חומרים מתקדמים למגענים: שימוש בחומרים למגענים בעלי נקודת מתיחה גבוהה ו проводимость тепла хорошая может помочь уменьшить повреждение контактов при предварительном пробое. Материалы, такие как сплавы меди и вольфрама, часто используются в высоковольтных коммутационных устройствах.
•    מכניזמי קירור: שילוב מכניזמי קירור, כגון מערכות פאפר או זרימת גז כפופה, יכול לעזור לפזר חום מקשת ולהפחית את הטמפרטורה של משטחי המגענים, מה שמפחית את הסיכון להיתוך.
•    שיפורים בעיצוב מכני: לוודא שהמנגנון ההפעלה מספק כוח מספק כדי לשבור כל נקודות היתוך במהלך הפתיחה יכול למנוע מציוד המתג להיכשל לפתוח נכון.
•    מערכות הגנה: יישום מערכות הגנה, כגון רלאים של עודף זרם ומנגנוני גילוי תקלות, יכול לעזור לגילוי ולהגיב לתנאי קצר-מעגל במהירות רבה יותר, מה שמפחית את משך הזמן והעוצמה של הקשת.
סיכום
התופעה של התקדמות קשת, שבה הקשת מתחילה לפני שמגענים נוגעים, היא חלק קריטי בפעולת הפעלה בציוד מתג. היא יכולה להוביל לנזק מוגבר במגענים, היתוך, וטעויות אפשריות במכשיר המתג. הבנת הגורמים המתרבים להתקדמות קשת, כגון הצטברות השדה החשמלי והמאפיינים של החומר המבודד, היא חיונית לתכנון והפעלה של ציוד מתג מהימן. באמצעות שימוש באסטרטגיות מיתוג מתאימות, כגון שימוש בחומרים מבודדים בעלי עוצמת מבודד גבוהה, חומרים מתקדמים למגענים ומכניזמי קירור, ניתן להפחית את ההשפעות של התקדמות הקשת, מה שמבטיח פעולה בטוחה ומצליחה של ציוד המתג הן במתגי חשמל והן בקוטעי עומס.