Vervaardiging van toestand onder kortsluitstroom vir swaarwerk

Gedetailleerde Verduideliking van die Vloei van die Aanmaakstroom en die Voorafslaanverskynsel in Skakeeltoerusting

In skakeeltoerusting, veral in sirkuitbreekers (CB) en laastoevoerkontakte (LBS), verwys die vloei van die aanmaakstroom na die proses waardeur 'n elektriese boog begin wanneer die kontakte begin sluit. Hierdie proses begin nie presies wanneer die kontakte fisies mekaar raak nie, maar kan verskeie millisekondes vroeër plaasvind as gevolg van 'n verskynsel bekend as voorafslaan. Hieronder is 'n gedetailleerde verduideliking van hierdie verskynsel en sy implikasies.

1. Voorafslaan: Begin van Boog Voordat Kontakte Mekaar Raak

• Dielektriese Ineenstorting: Wanneer die kontakte nader eenander tydens die sluitoperasie, ondergaan die insuleermiddel (soos lug, SF6, of vakuum) tussen hulle 'n dielektriese ineenstorting. Dit gebeur omdat die elektriese veld in die opening tussen die kontakte toenem as hulle nader. Wanneer die veldsterkte die dielektriese sterkte van die insuleermiddel oorskry, breek die opening ineen, en word 'n skakelboog begin.

• Opbou van Elektriese Veld: Die elektriese veld tussen die kontakte bou op as hulle na mekaar beweeg. Hierdie veld is eweredig aan die spanning oor die kontakte en omgekeerd eweredig aan die afstand tussen hulle. Wanneer die veld voldoende sterk word, veroorsaak dit ionisering van die gasmolekules in die opening, wat lei tot die vorming van 'n geleidende pad vir die stroom om te vloei.

• Boogbegin: Die boog word begin voordat die kontakte egterlik mekaar raak, tipies verskeie millisekondes vroeër. Hierdie vroeë begin van die boog word voorafslaan genoem. Tydens voorafslaan, vorm die boog in die klein opening tussen die kontakte, en begin die stroom om deur die boog te vloei eerder as om te wag vir die kontakte om fisiese kontak te maak.

2. Implikasies van Voorafslaan

• Oormatige Smelt van Kontakoppervlakke: As die energie betrokke by die voorafslaan groot is, kan dit oormatige smelting van die kontakoppervlakke veroorsaak. Dit is veral problematies in kortsluitomstandighede, waar die stroom uitermate hoog kan wees. Die gesmolte metaal op die kontakoppervlakke kan lei tot las van die kontakte, waar die twee oppervlakke saam smelt.

• Las van Kontakte: Gelaste kontakte kan verhoed dat die skakeltoestel gepas reageer op die volgende oopbevel. As die bedryfsmechanisme van die skakeeltoerusting nie voldoende krag verskaf om die gelaste punte te breek nie, kan die toestel fouteer om regtig te oop, wat potensiële veiligheidsrisiko's en toerustingskade kan veroorsaak.

• Kortsluitstroomkenmerke: Kortsluitstrome bevat dikwels 'n DC-komponent, wat kan lei tot 'n veel hoër piekwaarde van die stroom as 'n suiwer AC-kortsluitstroom. Hierdie verhoogde piekstroom kan die effekte van voorafslaan vererger, wat lei tot meer ernstige kontakskaad en las.

• Boogspanningafhanklikheid: Die spanning oor die boog (boogspanning) is hoog afhanklik van die onderbreekmiddel wat in die skakeeltoerusting gebruik word. Selfs met baie kort booglengtes kan daar aansienlike spanningsvalle naby die elektrodes wees. Dit is omdat die boogweerstand nie eweredig langs sy lengte is nie, en die gebiede naby die elektrodes neig om hoër weerstand te hê as gevolg van die konsentrasie van hitte en ioniseerde deeltjies.

3. Aanmaak Onder Kortsluitomstandighede

• Sirkuitbreekers (CB): In sirkuitbreekers is die aanmaakoperasie onder kortsluitomstandighede veral uitdagend. Die hoë stroomvlakke en die teenwoordigheid van 'n DC-komponent kan lei tot intensiewe boogvorming en kontakskaad. Moderne sirkuitbreekers is ontwerp met gevorderde materiaal en koelmeganismes om hierdie effekte te verminder, maar voorafslaan bly 'n besorgdheid.

• Laastoevoerkontakte (LBS): Laastoevoerkontakte is ook vatbaar vir voorafslaan tydens die aanmaakoperasie, veral in hoë-stroomtoepassings. Egter, LBS-toestelle word tipies in laer-spanning en laer-stroomtoepassings gebruik vergelyk met sirkuitbreekers, so die risiko van ernstige kontakskaad is algemeen laer.

4. Fases van die Aanmaakoperasie in Skakeeltoerusting

Die aanmaakoperasie van skakeeltoerusting kan in verskeie fases verdeel word, soos in die figuur getoon:

• Fase 1: Inisiale Nadering van Kontakte: Die kontakte begin na mekaar beweeg, en die elektriese veld tussen hulle begin op te bou. Op hierdie stadium vloei geen stroom nie, maar die potensiaal vir voorafslaan neem toe.

• Fase 2: Vorming van Voorafslaanboog: As die kontakte nader, oorskry die elektriese veld die dielektriese sterkte van die insuleermiddel, wat lei tot 'n dielektriese ineenstorting. 'n Voorafslaanboog word gevorm, en die stroom begin om deur die boog te vloei voordat die kontakte mekaar raak.

• Fase 3: Kontakraak en Boogoorgang: Die kontakte maak uiteindelik fisiese kontak, en die boog oorgang van die opening tussen die kontakte na die kontakoppervlakke. Die stroom vloei voort deur die nou geslote skakel.

• Fase 4: Stabilisering van Operasie: Nadat die kontakte volledig gesluit is, gaan die stelsel oor na stabilisering, en die stroom vloei deur die geslote kontakte sonder enige boogvorming.

5. Verligtingsstrategieë

Om die effekte van voorafslaan en kontaklas te minimeer, kan verskeie ontwerp- en bedryfsstrategieë aangewend word:

• Gebruik van Hoë-Dielektriese-Sterkte Insuleermiddels: Gebruik van insuleermiddels met hoë dielektriese sterkte, soos SF6-gas of vakuum, kan die waarskynlikheid van voorafslaan verminder deur 'n hoër elektriese veld te vereis om ineenstorting te begin.

• Gevorderde Kontakmateriaal: Gebruik van kontakmateriaal met hoë smeltpunte en goeie termiese geleiding kan help om kontakskaad tydens voorafslaan te verminder. Materiaal soos koper-wolfram legers word algemeen in hoë-spanning skakeeltoerusting gebruik.

• Koelmeganismes: Inklusie van koelmeganismes, soos blaserstelsels of gedwonge gasvloei, kan help om hitte van die boog te dissipeer en die temperatuur van die kontakoppervlakke te verminder, wat die risiko van las minimeer.

• Meganiese Ontwerpverbeteringe: Verzeker dat die bedryfsmechanisme voldoende krag verskaf om enige gelaste punte tydens die oopoperasie te breek, kan verhoed dat die skakeeltoerusting fouteer om regtig te oop.

• Beskermingsisteme: Implementering van beskermingsisteme, soos oorstroomreleurs en foutdeteksie-meganismes, kan help om kortsluitomstandighede vinniger te detekteer en te reageer, wat die duur en intensiteit van die boog verminder.

Gevolgtrekking

Die voorafslaanverskynsel, waar die boog begin voordat die kontakte fisies mekaar raak, is 'n kritieke aspek van die aanmaakoperasie in skakeeltoerusting. Dit kan lei tot oormatige kontakskaad, las, en potensiële foute van die skakeltoestel. Begrip van die faktore wat bydra tot voorafslaan, soos die opbou van die elektriese veld en die kenmerke van die insuleermiddel, is noodsaaklik vir die ontwerp en bedryf van betroubare skakeeltoerusting. Deur gepaste verligtingsstrategieë, soos die gebruik van hoë-dielektriese-sterkte insuleermiddels, gevorderde kontakmateriaal, en koelmeganismes, kan die effekte van voorafslaan geminimeer word, wat veilige en betroubare operasie van skakeeltoerusting in beide sirkuitbreekers en laastoevoerkontakte verseker.