Создавање услови за кратко поврзување на стројот за прекинување на струјата

Детално објаснување на феноменот на текот на струјата и претходното ударање во комутационите уреди
Во комутационите уреди, особено во прекинувачите (CB) и прекинувачите за оптерање (LBS), текот на струјата се однесува на процесот со кој електричката дуга се иницијира кога контактите започнат да се затворат. Овој процес не започнува точно кога контактите физички се допират, туку може да се случи неколку милисекунди порано због феноменот познат како претходно ударање. Пониже е детално објаснување на овој феномен и неговите импликации.
1. Претходно ударање: Иницијација на дуга пред физички контакт
•    Диелектричко колапсирање: Кога контактите се приближуюат едни до други во време на операцијата на затворање, изолаторскиот медиум (како ваздух, SF6 или вакуум) помеѓу нив подлегнува диелектричко колапсирање. Ова се случува бидејќи електричкото поле во размакот помеѓу контактите се зголемува кога тие се приближат. Кога силата на полето надмине диелектричката јачина на изолаторскиот медиум, размакот се колапсира и се иницијира комутационата дуга.
•    Изградба на електричко поле: Електричкото поле помеѓу контактите се изгражда како што се движеат едни кон други. Овој пол е пропорционален на напонот помеѓу контактите и обратно пропорционален на растојанието помеѓу нив. Кога полето стане доволно јако, тоа причинува ионизација на гасните молекули во размакот, што доведува до формирање на проводна патека за текот на струјата.
•    Иницијација на дуга: Дугата се иницијира пред да контактите физички се допрат, типично неколку милисекунди порано. Ова рано иницијирање на дугата се нарекува претходно ударање. Во време на претходното ударање, дугата се формира во мал размак помеѓу контактите, и текот на струјата почнува да текне низ дугата наместо да чека да контактите направат физички контакт.
2. Импликации на претходното ударање
•    Претерано топење на површините на контактите: Ако енергијата вклучена во претходното ударање е голема, тоа може да причини претерано топење на површините на контактите. Ова е особено проблематично во услови на кратки спојови, каде што текот на струјата може да биде екстремно висок. Топлото метал на површините на контактите може да доведе до сварување на контактите, каде што две површини се спојуваат заедно.
•    Сварување на контактите: Сварените контакти можат да пречат на комутациониот уред да реагира правилно на следната команда за отворање. Ако оперативниот механизам на комутациониот уред не обезбедува доволна сила за прекинување на сварените точки, уредот може да не успее да се отвори правилно, што може да доведе до потенцијални опасности за безбедноста и штета на опремата.
•    Карacteristики на текот на струјата при кратки спојови: Тековите на струјата при кратки спојови често содржат DC компонента, што може да доведе до многу повисок врвни вредности на текот на струјата од онаа на чист AC тек на струјата при кратки спојови. Овој повисок врвни тек на струјата може да зголеми ефектите на претходното ударање, доведувајќи до посериозна штета на контактите и сварување.
•    Зависност од напонот на дугата: Напонот помеѓу дугата (напон на дугата) е многу зависен од прекинувачкиот медиум користен во комутациониот уред. Дури и со многу кратки дуги, може да има значителни падови на напон во близина на електродите. Ова се должи на тоа што отпорот на дугата не е униформен по неговата должина, а регионите близу до електродите тенденција да имаат повисок отпор због концентрацијата на топлина и ионизирани частици.
3. Затворање под услови на кратки спојови
•    Прекинувачи (CB): Во прекинувачите, операцијата на затворање под услови на кратки спојови е особено предизвик. Високите нивеа на текот на струјата и присуството на DC компонента може да доведе до интензивна дуга и штета на контактите. Современите прекинувачи се дизајнирани со напредни материјали и мехизми за хладење за намалување на овие ефекти, но претходното ударање останува загриженост.
•    Прекинувачи за оптерање (LBS): Прекинувачите за оптерање исто така се подложни на претходно ударање во време на операцијата на затворање, особено во примените со високи текови. Меѓутоа, LBS уредите типично се користат во примените со пониски напони и текови во споредба со прекинувачите, така што ризикот од сериозна штета на контактите е општо помал.
4. Фази на операцијата на затворање во комутационите уреди
Операцијата на затворање на комутационите уреди може да се подели на неколку фази, како што е прикажано на сликата:
•    Фаза 1: Почетно приближување на контактите: Контактите започнуваат да се движеат едни кон други, и електричкото поле помеѓу нив почнува да се изгражда. На оваа фаза, нема тек на струјата, но потенцијалот за претходно ударање се зголемува.
•    Фаза 2: Формирање на дуга при претходно ударање: Кога контактите се приближат, електричкото поле надминува диелектричката јачина на изолаторскиот медиум, што го причинува диелектричкото колапсирање. Дугата при претходно ударање се формира, и текот на струјата почнува да текне низ дугата пред да контактите се допрат.
•    Фаза 3: Физички контакт и пренос на дуга: Контактите на крајот се физички допираат, и дугата се пренесува од размакот помеѓу контактите на површините на контактите. Текот на струјата продолжува да текне низ сега затворениот цеп.
•    Фаза 4: Стајано-степенска операција: Потоа кога контактите се целосно затворени, системот влезува во стајано-степенска операција, и текот на струјата текне низ затворените контакти без никаква дуга.
5. Стратегии за намалување
За намалување на ефектите на претходното ударање и сварување на контактите, можат да се користат неколку дизајн и оперативни стратегии:
•    Користење на изолаторски медиуми со висока диелектричка јачина: Користење на изолаторски медиуми со висока диелектричка јачина, како SF6 гас или вакуум, може да намали веројатноста на претходното ударање, барајќи повисок електричен пол за иницијација на колапсирање.
•    Напредни материјали за контактите: Користење на материјали за контактите со високи топлински точки и добар термички проводник може да помогне за намалување на штетата на контактите во време на претходното ударање. Материјали како мед-волнати легури се често користени во високонапонските комутациони уреди.
•    Мехизми за хладење: Инкорпорација на мехизми за хладење, како системи за пуфане или притиснат гас, може да помогне за дисипација на топлината од дугата и намалување на температурата на површините на контактите, намалувајќи го ризикот од сварување.
•    Подобрувања во механичкиот дизајн: Обезбедување на тоа дека оперативниот механизам обезбедува доволна сила за прекинување на сварените точки во време на операцијата на отворање може да пречи на комутациониот уред да не успее да се отвори правилно.
•    Системи за заштита: Имплементација на системи за заштита, како прекинувачи за прекомерен тек на струјата и механизми за детекција на грешки, може да помогне за брзо детектирање и одговор на условите на кратки спојови, намалувајќи го временскиот период и интензитетот на дугата.
Заклучок
Феноменот на претходното ударање, кога дугата се иницијира пред да контактите физички се допрат, е критичен аспект на операцијата на затворање во комутационите уреди. Тој може да доведе до претерана штета на контактите, сварување и потенцијална нефункционалност на комутациониот уред. Разбирањето на факторите кои даваат прилог на претходното ударање, како што е изградба на електричко поле и карактеристиките на изолаторскиот медиум, е суштинско за дизајнирање и функционирање на надежни комутациони уреди. Со користење на соодветни стратегии за намалување, како што е користење на изолаторски медиуми со висока диелектричка јачина, напредни материјали за контактите и мехизми за хладење, ефектите на претходното ударање можат да се намалат, осигурувајќи безбедна и надежна работа на комутационите уреди како во прекинувачите и прекинувачите за оптерање.