Προσδιορισμός συνθήκης υπό τον έντονο ρεύματος σύνδεσης για συσκευές εγκατάστασης

Αναλυτική Εξήγηση της Δημιουργίας Ροής Ρεύματος και του Φαινομένου Προ-Πλήξης σε Σύρματα

Στα σύρματα, ειδικά σε περικόπτες (CB) και σε διακόπτες φορτίου (LBS), η δημιουργία ροής ρεύματος αναφέρεται στη διαδικασία με την οποία ξεκινάει ένας ηλεκτρικός τόξος όταν οι επαφές αρχίζουν να κλείνουν. Αυτή η διαδικασία δεν ξεκινά ακριβώς όταν οι επαφές επιφανειακά επικουρούνται, αλλά μπορεί να συμβεί πολλά χιλιοστά δευτερόλεπτα νωρίτερα λόγω ενός φαινομένου γνωστού ως προ-πλήξη. Κάτω από αυτό, παρέχεται μια αναλυτική εξήγηση αυτού του φαινομένου και των επιπτώσεών του.

1. Προ-Πλήξη: Έναρξη Τόξου Πριν την Επαφή

• Ηλεκτρολυτική Διάβρωση: Όσο οι επαφές πλησιάζουν ο ένας τον άλλον κατά τη διάρκεια της λειτουργίας κλεισίματος, το απομονωτικό μέσο (όπως αέριο, SF6 ή κενό) μεταξύ τους υποστέλλεται. Αυτό συμβαίνει επειδή το ηλεκτρικό πεδίο στο διάστημα μεταξύ των επαφών αυξάνεται όσο πλησιάζουν. Όταν η ισχύς του πεδίου υπερβαίνει την ηλεκτρολυτική αντοχή του απομονωτικού μέσου, το διάστημα διαλύεται και ξεκινάει ένας τόξος στροφορμής.

• Δημιουργία Ηλεκτρικού Πεδίου: Το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των επαφών δημιουργείται καθώς πλησιάζουν. Αυτό το πεδίο είναι ανάλογο με την τάση μεταξύ των επαφών και αντίστροφα ανάλογο με την απόσταση μεταξύ τους. Όταν το πεδίο γίνεται αρκετά ισχυρό, προκαλεί ιονοποίηση των μορίων αερίου στο διάστημα, οδηγώντας στη δημιουργία μιας συνδετικής διαδρομής για τη ροή του ρεύματος.

• Έναρξη Τόξου: Ο τόξος ξεκινάει πριν από την επαφή των επαφών, συνήθως πολλά χιλιοστά δευτερόλεπτα νωρίτερα. Αυτή η πρόωρη έναρξη του τόξου ονομάζεται προ-πλήξη. Κατά τη διάρκεια της προ-πλήξης, ο τόξος δημιουργείται στο μικρό διάστημα μεταξύ των επαφών και το ρεύμα αρχίζει να ρέει μέσω του τόξου, χωρίς να περιμένει την επαφή των επαφών.

2. Επιπτώσεις της Προ-Πλήξης

• Εξαιρετική Θάλψη των Επιφανειών Επαφής: Εάν η ενέργεια που συνδέεται με την προ-πλήξη είναι μεγάλη, μπορεί να προκαλέσει εξαιρετική θάλψη των επιφανειών επαφής. Αυτό είναι ιδιαίτερα προβληματικό σε συνθήκες μικρού κύκλου, όπου το ρεύμα μπορεί να είναι εξαιρετικά μεγάλο. Το ζεστοποιημένο μέταλλο στις επιφάνειες επαφής μπορεί να οδηγήσει σε συγκόλληση των επαφών, όπου οι δύο επιφάνειες ενοποιούνται.

• Συγκόλληση Επαφών: Οι συγκολλημένες επαφές μπορούν να εμποδίσουν το στροφορμής σύρμα να απαντήσει σωστά στην επόμενη εντολή ανοίγματος. Εάν ο μηχανισμός λειτουργίας του συρματού δεν παρέχει αρκετή δύναμη για να σπάσει τα σημεία συγκόλλησης, το σύρμα μπορεί να αποτύχει να ανοίξει σωστά, οδηγώντας σε πιθανά επικίνδυνα σενάρια και βλάβες στην εξοπλισμό.

• Χαρακτηριστικά Ρεύματος Μικρού Κύκλου: Τα ρεύματα μικρού κύκλου συχνά περιέχουν μια DC συνιστώσα, η οποία μπορεί να προκαλέσει την τιμή κορύφης του ρεύματος να είναι πολύ υψηλότερη από αυτήν ενός καθαρά AC ρεύματος μικρού κύκλου. Αυτή η αυξημένη τιμή κορύφης μπορεί να επιδεινώσει τις επιπτώσεις της προ-πλήξης, οδηγώντας σε πιο σοβαρή βλάβη και συγκόλληση των επαφών.

• Εξάρτηση Τάσης Τόξου: Η τάση στο τόξο (τάση τόξου) είναι εξαρτώμενη από το απομονωτικό μέσο που χρησιμοποιείται στο σύρμα. Ακόμη και με πολύ μικρές μήκη τόξου, μπορεί να υπάρχουν σημαντικές πτώσεις τάσης κοντά στους ηλεκτρόδες. Αυτό συμβαίνει επειδή η αντίσταση του τόξου δεν είναι ομοιόμορφη κατά μήκος του, και οι περιοχές κοντά στους ηλεκτρόδες τείνουν να έχουν υψηλότερη αντίσταση λόγω της συγκέντρωσης θερμότητας και ιονισμένων σωματιδίων.

3. Λειτουργία Κλεισίματος Κατά Συνθήκες Μικρού Κύκλου

• Περικόπτες (CB): Στους περικόπτες, η λειτουργία κλεισίματος κατά συνθήκες μικρού κύκλου είναι ειδικά προκλητική. Τα υψηλά επίπεδα ρεύματος και η παρουσία μιας DC συνιστώσας μπορούν να οδηγήσουν σε έντονη τόξο και βλάβη επαφής. Οι σύγχρονοι περικόπτες σχεδιάζονται με προηγμένα υλικά και μηχανισμούς ψύξης για τη μείωση αυτών των επιπτώσεων, αλλά η προ-πλήξη παραμένει ένας λόγος ανησυχίας.

• Διακόπτες Φορτίου (LBS): Οι διακόπτες φορτίου είναι επίσης ευάλωτοι στην προ-πλήξη κατά την λειτουργία κλεισίματος, ειδικά σε εφαρμογές υψηλού ρεύματος. Ωστόσο, τα συστήματα LBS χρησιμοποιούνται συνήθως σε χαμηλότερες τάσεις και ρεύματα σε σύγκριση με τους περικόπτες, οπότε το ρίσκο σοβαρής βλάβης επαφής είναι συνήθως χαμηλότερο.

4. Φάσεις της Λειτουργίας Κλεισίματος σε Σύρματα

Η λειτουργία κλεισίματος σε σύρματα μπορεί να χωριστεί σε αρκετές φάσεις, όπως φαίνεται στο σχήμα:

• Φάση 1: Αρχική Προσέγγιση των Επαφών: Οι επαφές αρχίζουν να πλησιάζουν ο ένας τον άλλον, και το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ τους αρχίζει να δημιουργείται. Σε αυτή τη φάση, δεν ρέει κανένα ρεύμα, αλλά η πιθανότητα προ-πλήξης αυξάνεται.

• Φάση 2: Δημιουργία Τόξου Προ-Πλήξης: Όσο οι επαφές πλησιάζουν, το ηλεκτρικό πεδίο υπερβαίνει την ηλεκτρολυτική αντοχή του απομονωτικού μέσου, προκαλώντας ηλεκτρολυτική διάβρωση. Δημιουργείται ένας τόξος προ-πλήξης, και το ρεύμα αρχίζει να ρέει μέσω του τόξου πριν από την επαφή των επαφών.

• Φάση 3: Επαφή και Μεταφορά Τόξου: Οι επαφές τελικά κάνουν φυσική επαφή, και το τόξο μεταφέρεται από το διάστημα μεταξύ των επαφών στις επιφάνειες επαφής. Το ρεύμα συνεχίζει να ρέει μέσω του τώρα κλειστού κύκλου.

• Φάση 4: Σταθερή Λειτουργία: Μετά τον πλήρη κλεισμό των επαφών, το σύστημα εισέρχεται σε σταθερή λειτουργία, και το ρεύμα ρέει μέσω των κλειστών επαφών χωρίς τόξο.

5. Στρατηγικές Μείωσης

Για τη μείωση των επιπτώσεων της προ-πλήξης και της συγκόλλησης επαφών, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες στρατηγικές σχεδιασμού και λειτουργίας:

• Χρήση Απομονωτικών Μέσων Υψηλής Ηλεκτρολυτικής Αντοχής: Η χρήση απομονωτικών μέσων με υψηλή ηλεκτρολυτική αντοχή, όπως το αέριο SF6 ή κενό, μπορεί να μειώσει την πιθανότητα προ-πλήξης, απαιτώντας υψηλότερο ηλεκτρικό πεδίο για την έναρξη διάβρωσης.

• Προηγμένα Υλικά Επαφής: Η χρήση υλικών επαφής με υψηλά σημεία θάλψης και καλή θερμική διακόπτεια μπορεί να βοηθήσει στη μείωση της βλάβης επαφής κατά την προ-πλήξη. Υλικά όπως σύμμικτα χαλκού-τουνγκστεν χρησιμοποιούνται συνήθως σε σύρματα υψηλής τάσης.

• Μηχανισμοί Ψύξης: Η ενσωμάτωση μηχανισμών ψύξης, όπως συστήματα πνευματικής ψύξης ή αναγκαστικής ροής αερίου, μπορεί να βοηθήσει στη διάθεση θερμότητας από το τόξο και τη μείωση της θερμοκρασίας των επιφανειών επαφής, μειώνοντας το ρίσκο συγκόλλησης.

• Βελτιώσεις Μηχανικού Σχεδιασμού: Η εξασφάλιση ότι ο μηχανισμός λειτουργίας παρέχει αρκετή δύναμη για να σπάσει οποιαδήποτε σημεία συγκόλλησης κατά την λειτουργία ανοίγματος μπορεί να προλάβει το σύρμα από το να αποτύχει να ανοίξει σωστά.

• Συστήματα Προστασίας: Η εφαρμογή συστημάτων προστασίας, όπως ρελέ παραβίασης ρεύματος και μηχανισμοί ανίχνευσης παραβίασης, μπορεί να βοηθήσει στην ταχεία ανίχνευση και αντίδραση σε συνθήκες μικρού κύκλου, μειώνοντας τη διάρκεια και την ένταση του τόξου.

Συμπέρασμα

Το φαινόμενο προ-πλήξης, όπου ο τόξος ξεκινάει πριν από την επαφή των επαφών, είναι ένα κρίσιμο στοιχείο της λειτουργίας κλεισίματος σε σύρματα. Μπορεί να οδηγήσει σε εξαιρετική βλάβη επαφής, συγκόλληση και πιθανή αποτυχία του στροφορμής. Η κατανόηση των παραγόντων που συμβάλλουν στην προ-πλήξη, όπως η δημιουργία ηλεκτρικού πεδίου και τα χαρακτηριστικά του απομονωτικού μέσου, είναι ουσιώδης για τον σχεδιασμό και τη λειτουργία αξιόπιστων συρμάτων. Με την εφαρμογή κατάλληλων στρατηγικών μείωσης, όπως η χρήση απομονωτικών μέσων υψηλής ηλεκτρολυτικής αντοχής, προηγμένων υλικών επαφής και μηχανισμών ψύξης, οι επιπτώσεις της προ-πλήξης μπορούν να μειωθούν, εξασφαλίζοντας ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία συρμάτων, είτε σε περικόπτες είτε σε διακόπτες φορτίου.