කෙටි පරිවර්තන ධාරාවේ අතර කැමැත්තේ විස්තාරය කිරීම සඳහා සැකසුම්

කෙටි සඳහන්වලින් පැහැදිලි කිරීම: ශුන්‍යතා රේඛාවේ ධාරා නිර්මාණය සහ ස්විච් උපකරණ තුළ පෙර-ස්පර්ක් ප්‍රකාශනය
ස්විච් උපකරණ, පැරිණි ){ ගැලපෙන ප්‍රකාශනය (Circuit Breakers - CB) සහ බාර බෙදීමේ වින්දන (Load Break Switches - LBS) මෙහිදී, ධාරා නිර්මාණය යනු ස්පර්ශක ගැලපෙන ආරම්භයෙන් නිකුත් කරන ලද රේඛාවක් මෙහි අර්ථයයි. මෙම ප්‍රක්‍රියාව ස්පර්ශක බörperlich berühren genau in dem Moment beginnt, sondern kann einige Millisekunden früher aufgrund eines Phänomens namens Vorschlag stattfinden. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Erklärung dieses Phänomens und seiner Implikationen.
1. Vorschlag: Entstehung des Bogens vor der Berührung der Kontakte
•    Dielektrischer Durchschlag: Während sich die Kontakte beim Schließen nähern, erleidet das isolierende Medium (z.B. Luft, SF6 oder Vakuum) zwischen ihnen einen dielektrischen Durchschlag. Dies geschieht, weil das elektrische Feld in der Lücke zwischen den Kontakten zunimmt, je näher sie kommen. Wenn die Feldstärke die dielektrische Festigkeit des Isoliermediums übersteigt, bricht die Lücke zusammen und ein Schaltbogen entsteht.
•    Aufbau des elektrischen Feldes: Das elektrische Feld zwischen den Kontakten baut sich auf, während sie sich einander nähern. Dieses Feld ist proportional zur Spannung zwischen den Kontakten und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen ihnen. Wenn das Feld stark genug wird, führt es zur Ionisierung der Gas-Moleküle in der Lücke, was zu der Bildung eines leitfähigen Pfades für den Stromfluss führt.
•    Bogenentstehung: Der Bogen entsteht, bevor die Kontakte tatsächlich berühren, typischerweise einige Millisekunden früher. Diese frühzeitige Entstehung des Bogens wird als Vorschlag bezeichnet. Während des Vorschlages bildet sich der Bogen in der kleinen Lücke zwischen den Kontakten, und der Strom beginnt, durch den Bogen zu fließen, anstatt darauf zu warten, dass die Kontakte physisch Kontakt aufnehmen.
2. Implikationen des Vorschlages
•    Übermäßiges Schmelzen der Kontaktoberflächen: Wenn die im Vorschlag involvierte Energie groß ist, kann dies zu einem übermäßigen Schmelzen der Kontaktoberflächen führen. Dies ist besonders problematisch bei Kurzschlussbedingungen, bei denen der Strom extrem hoch sein kann. Das geschmolzene Metall auf den Kontaktoberflächen kann zur Verweldung der Kontakte führen, wo die beiden Oberflächen miteinander verschmelzen.
•    Verweldung der Kontakte: Verweldete Kontakte können verhindern, dass das Schaltgerät angemessen auf den nächsten Öffnungs-Befehl reagiert. Wenn das Betriebsmechanismus des Schaltgeräts nicht ausreichend Kraft bereitstellt, um die verweldeten Punkte zu trennen, kann das Gerät versagen, ordnungsgemäß zu öffnen, was zu potenziellen Sicherheitsrisiken und Geräteschäden führen kann.
•    Kurzschlussstromcharakteristika: Kurzschlussströme enthalten oft einen Gleichstromanteil, der dazu führen kann, dass der Spitzenwert des Stroms viel höher ist als bei einem reinen Wechselstromkurzschluss. Dieser erhöhte Spitzenstrom kann die Auswirkungen des Vorschlages verstärken, was zu schwerwiegenderen Kontaktschäden und Verweldungen führen kann.
•    Abhängigkeit der Bogen-Spannung: Die Spannung über dem Bogen (Bogenspannung) hängt stark vom Unterbrechungsmedium ab, das im Schaltgerät verwendet wird. Selbst bei sehr kurzen Bogenlängen kann es in der Nähe der Elektroden zu erheblichen Spannungsabfällen kommen. Dies liegt daran, dass der Bogenwiderstand entlang seiner Länge nicht gleichmäßig ist, und die Bereiche in der Nähe der Elektroden tendieren aufgrund der Konzentration von Wärme und ionisierten Teilchen zu einem höheren Widerstand.
3. Schalten unter Kurzschlussbedingungen
•    Schaltkreissicherungen (CB): Bei Schaltkreissicherungen ist der Schaltvorgang unter Kurzschlussbedingungen besonders herausfordernd. Die hohen Strompegel und die Anwesenheit eines Gleichstromanteils können zu intensiven Bögen und Kontaktschäden führen. Moderne Schaltkreissicherungen sind mit fortschrittlichen Materialien und Kühlmechanismen konzipiert, um diese Effekte zu mildern, aber der Vorschlag bleibt ein Problem.
•    Lastschalter (LBS): Lastschalter sind auch während des Schaltvorgangs anfällig für Vorschläge, insbesondere in Hochstromanwendungen. Allerdings werden LBS-Geräte im Vergleich zu Schaltkreissicherungen normalerweise in Niederspannungs- und Niederstromanwendungen eingesetzt, sodass das Risiko schwerwiegender Kontaktschäden im Allgemeinen geringer ist.
4. Stufen des Schaltvorgangs im Schaltgerät
Der Schaltvorgang des Schaltgeräts kann in mehrere Stufen unterteilt werden, wie in der Abbildung gezeigt:
•    Stufe 1: Anfängliche Annäherung der Kontakte: Die Kontakte beginnen, sich einander zu nähern, und das elektrische Feld zwischen ihnen startet zu bauen. In dieser Phase fließt kein Strom, aber das Potenzial für Vorschläge steigt.
•    Stufe 2: Vorschlagsbogenbildung: Als die Kontakte näher kommen, überschreitet das elektrische Feld die dielektrische Festigkeit des Isoliermediums, was zu einem dielektrischen Durchschlag führt. Ein Vorschlagsbogen entsteht, und der Strom beginnt, durch den Bogen zu fließen, bevor die Kontakte berühren.
•    Stufe 3: Kontakteberührung und Bogentransfer: Die Kontakte treffen schließlich physisch aufeinander, und der Bogen überträgt sich von der Lücke zwischen den Kontakten auf die Kontaktoberflächen. Der Strom fließt weiterhin durch den nun geschlossenen Kreis.
•    Stufe 4: Steady-State-Betrieb: Nachdem die Kontakte vollständig geschlossen sind, tritt das System in den Steady-State-Betrieb ein, und der Strom fließt durch die geschlossenen Kontakte ohne jeglichen Bogen.
5. Minderungsstrategien
Um die Auswirkungen von Vorschlügen und Kontaktschweden zu minimieren, können mehrere Design- und Betriebsstrategien angewendet werden:
•    Verwendung von Isoliermedien mit hoher dielektrischer Festigkeit: Die Verwendung von Isoliermedien mit hoher dielektrischer Festigkeit, wie SF6-Gas oder Vakuum, kann die Wahrscheinlichkeit von Vorschlügen reduzieren, indem ein höheres elektrisches Feld erforderlich ist, um einen Durchschlag zu initiieren.
•    Fortgeschrittene Kontaktmaterialien: Die Verwendung von Kontaktmaterialien mit hohen Schmelzpunkten und guter thermischer Leitfähigkeit kann helfen, Kontaktschäden während des Vorschlages zu reduzieren. Materialien wie Kupfer-Wolfram-Legierungen werden häufig in Hochspannungsschaltgeräten verwendet.
•    Kühlmechanismen: Die Integration von Kühlmechanismen, wie Puffer-Systemen oder gezwungenem Gasfluss, kann dazu beitragen, Wärme vom Bogen abzuführen und die Temperatur der Kontaktoberflächen zu senken, was das Risiko einer Verweldung verringert.
•    Mechanische Designverbesserungen: Darauf achten, dass der Betriebsmechanismus ausreichend Kraft bereitstellt, um eventuell verweldete Punkte während des Öffnungs-Vorgangs zu trennen, kann verhindern, dass das Schaltgerät versagt, richtig zu öffnen.
•    Schutzsysteme: Die Implementierung von Schutzsystemen, wie Überstromrelais und Fehlersuchmechanismen, kann dazu beitragen, Kurzschlussbedingungen schneller zu erkennen und darauf zu reagieren, was die Dauer und Intensität des Bogens reduziert.
Zusammenfassung
Das Vorschlagsphänomen, bei dem der Bogen entsteht, bevor die Kontakte physisch berühren, ist ein kritischer Aspekt des Schaltvorgangs im Schaltgerät. Es kann zu übermäßigen Kontaktschäden, Verweldungen und potenziellen Ausfällen des Schaltgeräts führen. Das Verständnis der Faktoren, die zum Vorschlag beitragen, wie der Aufbau des elektrischen Feldes und die Eigenschaften des Isoliermediums, ist entscheidend für die Gestaltung und den Betrieb zuverlässiger Schaltgeräte. Durch die Anwendung geeigneter Minderungsstrategien, wie die Verwendung von Isoliermedien mit hoher dielektrischer Festigkeit, fortgeschrittenen Kontaktmaterialien und Kühlmechanismen, können die Auswirkungen des Vorschlages minimiert werden, um eine sichere und zuverlässige Betriebsweise von Schaltgeräten sowohl in Schaltkreissicherungen als auch in Lastschaltern sicherzustellen.