Oprettelse af betingelser under kortslutningsstrøm for skabssystemer
Detaljeret Forklaring af Strømformering og Pre-Strike-fænomen i Skruddel
I skruddel, især i brydere (CB) og belastningsafbrydere (LBS), refererer strømformering til processen, hvor en elektrisk bue initieres, når kontakterne begynder at lukke. Denne proces starter ikke præcist, når kontakterne fysisk rører hinanden, men kan forekomme flere millisekunder tidligere på grund af et fænomen kendt som pre-strike. Nedenfor følger en detaljeret forklaring af dette fænomen og dets implikationer.
Pre-Strike: Initiering af Bue Før Kontakternes Berøring
Dielektrisk Nedbrydning: Da kontakterne nærmer sig hinanden under lukningsoperationen, lider den isolerende medium (såsom luft, SF6 eller vakuum) mellem dem en dielektrisk nedbrydning. Dette sker, fordi det elektriske felt i spillet mellem kontakterne stiger, da de kommer tættere på hinanden. Når feltstyrken overstiger det dielektriske styrkegrænse for det isolerende medium, brænder spillet igennem, og en skrudebue initieres.
Opbygning af Elektrisk Felt: Det elektriske felt mellem kontakterne opbygges, da de bevæger sig imod hinanden. Dette felt er proportionalt med spændingen over kontakterne og omvendt proportional med afstanden mellem dem. Når feltet bliver tilstrækkelig stærkt, forårsager det ionisering af gasspartiklerne i spillet, hvilket fører til dannelse af en ledbane for strømmen at løbe igennem.
Bueinitiering: Bue initieres før kontakterne rent faktisk rører hinanden, typisk flere millisekunder tidligere. Denne tidlige initiering af bue kaldes pre-strike. Under pre-strike dannes bue i det lille spil mellem kontakterne, og strømmen begynder at løbe gennem bue i stedet for at vente på, at kontakterne laver fysisk kontakt.
Implikationer af Pre-Strike
For meget Smelte af Kontaktoverflader: Hvis energien involveret i pre-strike er stor, kan det forårsage for meget smelte af kontaktoverflader. Dette er særdeles problematisk under kortslutningsforhold, hvor strømmen kan være ekstremt høj. De smeltede metaldele på kontaktoverfladerne kan føre til svindling af kontakterne, hvor de to overflader fuser sammen.
Svindling af Kontakter: Svindlet kontakter kan forhindre skruddelen i at reagere passende på den næste åbningskommando. Hvis drivmekanismen i skruddelen ikke leverer tilstrækkelig kraft til at bryde de svindlete punkter, kan enheden mislykkes med at åbne korrekt, hvilket kan føre til potentielle sikkerhedshensyn og udstyrsskade.
Kortslutningsstrøm Karakteristikker: Kortslutningsstrømme indeholder ofte en DC-komponent, hvilket kan forårsage, at peak-værdien af strømmen er meget højere end ved en ren AC-kortslutningsstrøm. Denne øgede peak-strøm kan forværre effekten af pre-strike, hvilket fører til mere alvorlig kontaktskade og svindling.
Afhang af Buespænding: Spændingen over bue (buespænding) er højst afhængig af den afbrydende medium, der anvendes i skruddelen. Selv med meget korte buelængder kan der være betydelige spændingsfald nær elektroderne. Dette skyldes, at bue-resistansen ikke er ensartet langs dens længde, og regionerne nær elektroderne har ofte højere resistans pga. koncentrationen af varme og ioniserede partikler.
Strømformering under Kortslutningsforhold
Brydere (CB): I brydere er strømformeringen under kortslutningsforhold særdeles udfordrende. De høje strømniveauer og tilstedeværelsen af en DC-komponent kan føre til intens bue og kontaktskade. Moderne brydere er designet med avancerede materialer og kølemekanismer for at mindske disse effekter, men pre-strike er stadig en bekymring.
Belastningsafbrydere (LBS): Belastningsafbrydere er også udsat for pre-strike under strømformering, især i højestrømsapplikationer. Imidlertid anvendes LBS-enheder typisk i lavere spændinger og strømmer sammenlignet med brydere, så risikoen for alvorlig kontaktskade er generelt mindre.
Trin i Strømformeringen i Skruddel
Strømformeringen i skruddel kan deles ind i flere trin, som vist i figuren:
Trin 1: Initial Nærmetning af Kontakter: Kontakterne begynder at bevæge sig imod hinanden, og det elektriske felt mellem dem begynder at opbygges. På dette trin løber ingen strøm, men potentialet for pre-strike stiger.
Trin 2: Pre-Strike Buedannelse: Da kontakterne kommer tættere på, overstiger det elektriske felt det dielektriske styrkegrænse for det isolerende medium, hvilket forårsager en dielektrisk nedbrydning. En pre-strike bue dannes, og strømmen begynder at løbe gennem bue, før kontakterne rører hinanden.
Trin 3: Kontakters Berøring og Buetransfer: Kontakterne laver endelig fysisk kontakt, og bue overføres fra spillet mellem kontakterne til kontaktoverfladerne. Strømmen fortsætter med at løbe gennem den nu lukkede kredsløb.
Trin 4: Stabiltilstand Operation: Efter at kontakterne fuldt ud er lukket, går systemet over i stabiltilstand operation, og strømmen løber gennem de lukkede kontakter uden nogen bue.
Nedsættelsesstrategier
For at minimere effekterne af pre-strike og kontaktsvindling, kan flere design- og driftsstrategier anvendes:
Anvendelse af Isolerende Medier med Højt Dielektrisk Styrke: Ved at bruge isolerende medier med højt dielektrisk styrke, som SF6-gas eller vakuum, kan sandsynligheden for pre-strike reduceres, da et højere elektrisk felt kræves for at initiere nedbrydning.
Avancerede Kontaktmaterialer: Ved at bruge kontaktmaterialer med høje smeltepunkter og god termisk ledningsevne kan kontaktskaden under pre-strike reduceres. Materialer som kobber-volfram-legemer anvendes ofte i høvspændings-skruddel.
Kølemekanismer: Ved at inkorporere kølemekanismer, som puffer-systemer eller tvunget gasstrøm, kan varme fra bue dissiperes, og temperaturen af kontaktoverfladerne reduceres, hvilket minimerer risikoen for svindling.
Mekaniske Designforbedringer: Ved at sikre, at drivmekanismen leverer tilstrækkelig kraft til at bryde eventuelle svindlete punkter under åbningsoperationen, kan skruddelen forhindres i at mislykkes med at åbne korrekt.
Beskyttelsessystemer: Ved at implementere beskyttelsessystemer, som overstrøm relæer og fejlregistreringssystemer, kan kortslutningsforhold registreres og reageres på hurtigere, hvilket reducerer buevarighed og -intensitet.
Konklusion
Pre-strike-fænomenet, hvor bue initieres, før kontakterne fysisk rører hinanden, er en kritisk aspekt af strømformeringen i skruddel. Det kan føre til for meget kontaktskade, svindling og potentielt mislykket funktion af skruddelen. Forståelsen af de faktorer, der bidrager til pre-strike, som opbygningen af det elektriske felt og karakteristikkerne af det isolerende medium, er afgørende for at designe og drifte pålidelig skruddel. Ved at anvende passende nedsættelsesstrategier, som brug af isolerende medier med højt dielektrisk styrke, avancerede kontaktmaterialer og kølemekanismer, kan effekterne af pre-strike minimeres, hvilket sikrer sikkert og pålideligt fungerende skruddel både i brydere og belastningsafbrydere.
