شرایط ساخت تحت جریان کوتاه مدار برای تجهیزات قاطع
توضیحات دقیق درباره جریان‌سازی و پدیده پیش‌ضربه در تجهیزات کلیدزنی
در تجهیزات کلیدزنی، به ویژه در برش‌کننده‌های مدار (CB) و کلیدهای باربر (LBS)، جریان‌سازی به فرآیندی اشاره دارد که در آن قوس الکتریکی هنگام شروع به بسته شدن تماس‌ها شروع می‌شود. این فرآیند دقیقاً زمانی که تماس‌ها فیزیکی با یکدیگر تماس می‌پیداکنند شروع نمی‌شود، بلکه چند میلی‌ثانیه قبل از آن به دلیل یک پدیده به نام پیش‌ضربه رخ می‌دهد. در ادامه توضیحات دقیق‌تری درباره این پدیده و تأثیرات آن ارائه شده است.
پیش‌ضربه: شروع قوس قبل از تماس فیزیکی
خرابی دی‌الکتریک: هنگامی که تماس‌ها در طول عملیات بسته شدن به یکدیگر نزدیک می‌شوند، محیط عایق‌بندی (مانند هوا، SF6 یا خلاء) بین آنها دچار خرابی دی‌الکتریک می‌شود. این خرابی به دلیل افزایش میدان الکتریکی در فاصله بین تماس‌ها رخ می‌دهد. وقتی قدرت میدان بیش از قدرت دی‌الکتریک محیط عایق‌بندی شود، فاصله بین تماس‌ها خراب می‌شود و قوس کلیدزنی شروع می‌شود.
تشکیل میدان الکتریکی: میدان الکتریکی بین تماس‌ها با حرکت آنها به سمت یکدیگر تشکیل می‌شود. این میدان متناسب با ولتاژ بین تماس‌ها و معکوس متناسب با فاصله بین آنها است. وقتی میدان به اندازه کافی قوی شود، گازهای موجود در فاصله بین تماس‌ها یونیزه می‌شوند و مسیری رسانا برای جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند.
شروع قوس: قوس قبل از تماس فیزیکی تماس‌ها شروع می‌شود، معمولاً چند میلی‌ثانیه قبل از آن. این شروع زودهنگام قوس به آن پیش‌ضربه گفته می‌شود. در طول پیش‌ضربه، قوس در فاصله کوچک بین تماس‌ها تشکیل می‌شود و جریان از طریق قوس شروع به جریان یافتن می‌کند، بدون اینکه منتظر تماس فیزیکی تماس‌ها باشد.
تأثیرات پیش‌ضربه
ذوب بیش از حد سطوح تماس: اگر انرژی مربوط به پیش‌ضربه زیاد باشد، می‌تواند منجر به ذوب بیش از حد سطوح تماس شود. این موضوع به ویژه در شرایط کوتاه‌مداری که جریان بسیار بالا است، مشکل‌ساز است. فلز ذوب شده روی سطوح تماس می‌تواند منجر به جوش تماس‌ها شود که در آن دو سطح به یکدیگر متصل می‌شوند.
جوش تماس‌ها: تماس‌های جوش شده می‌توانند از پاسخ صحیح دستگاه کلیدزنی به بعدی دستور باز شدن جلوگیری کنند. اگر مکانیسم عملیاتی تجهیزات کلیدزنی نیروی کافی برای شکستن نقاط جوش شده را فراهم نکند، دستگاه ممکن است به درستی باز نشود و این می‌تواند منجر به خطرات ایمنی و خسارت به تجهیزات شود.
ویژگی‌های جریان کوتاه‌مداری: جریان‌های کوتاه‌مداری معمولاً شامل یک مؤلفه مستقیم (DC) هستند که می‌تواند مقدار قله جریان را بسیار بیشتر از یک جریان کوتاه‌مداری خالص AC کند. این افزایش مقدار قله جریان می‌تواند تأثیرات پیش‌ضربه را تشدید کند و منجر به خسارت بیشتر تماس‌ها و جوش شدن آنها شود.
وابستگی ولتاژ قوس: ولتاژ بین قوس (ولتاژ قوس) بسیار وابسته به محیط قطعکننده استفاده شده در تجهیزات کلیدزنی است. حتی با طول قوس بسیار کوتاه، می‌تواند ولتاژهای قابل توجهی در نزدیکی الکترودها وجود داشته باشد. این به دلیل عدم یکنواختی مقاومت قوس در طول آن است و نواحی نزدیک به الکترودها معمولاً مقاومت بیشتری دارند به دلیل تمرکز گرما و ذرات یونیزه شده.
جریان‌سازی در شرایط کوتاه‌مداری
برش‌کننده‌های مدار (CB): در برش‌کننده‌های مدار، عملیات جریان‌سازی در شرایط کوتاه‌مداری بسیار چالش‌برانگیز است. سطح بالای جریان و حضور مؤلفه DC می‌تواند منجر به قوس‌های شدید و خسارت به تماس‌ها شود. برش‌کننده‌های مدار مدرن با مواد پیشرفته و مکانیزم‌های خنک‌کننده طراحی شده‌اند تا این تأثیرات را کاهش دهند، اما پیش‌ضربه همچنان یک نگرانی است.
کلیدهای باربر (LBS): کلیدهای باربر نیز در طی عملیات جریان‌سازی در شرایط کوتاه‌مداری به پیش‌ضربه آسیب‌پذیر هستند، به ویژه در کاربردهای با جریان بالا. با این حال، دستگاه‌های LBS معمولاً در کاربردهای ولتاژ و جریان پایین‌تر نسبت به برش‌کننده‌های مدار استفاده می‌شوند، بنابراین خطر خسارت شدید به تماس‌ها به طور کلی کمتر است.
مراحل عملیات جریان‌سازی در تجهیزات کلیدزنی
عملیات جریان‌سازی در تجهیزات کلیدزنی می‌تواند به چند مرحله تقسیم شود:
مرحله ۱: نزدیک شدن اولیه تماس‌ها: تماس‌ها شروع به حرکت به سمت یکدیگر می‌کنند و میدان الکتریکی بین آنها تشکیل می‌شود. در این مرحله، هیچ جریانی جریان نمی‌یابد، اما احتمال پیش‌ضربه در حال افزایش است.
مرحله ۲: تشکیل قوس پیش‌ضربه: هنگامی که تماس‌ها به یکدیگر نزدیک‌تر می‌شوند، میدان الکتریکی بیش از قدرت دی‌الکتریک محیط عایق‌بندی می‌شود و منجر به خرابی دی‌الکتریک می‌شود. قوس پیش‌ضربه تشکیل می‌شود و جریان از طریق قوس قبل از تماس فیزیکی تماس‌ها شروع به جریان یافتن می‌کند.
مرحله ۳: تماس فیزیکی و انتقال قوس: در نهایت تماس‌ها با یکدیگر تماس فیزیکی می‌یابند و قوس از فاصله بین تماس‌ها به سطوح تماس منتقل می‌شود. جریان از طریق مدار بسته‌شده ادامه می‌یابد.
مرحله ۴: عملیات حالت پایدار: پس از بسته شدن کامل تماس‌ها، سیستم وارد حالت عملیات پایدار می‌شود و جریان از طریق تماس‌های بسته‌شده بدون قوس جریان می‌یابد.
استراتژی‌های کاهش تأثیرات
برای کاهش تأثیرات پیش‌ضربه و جوش تماس‌ها، چندین استراتژی طراحی و عملیاتی می‌تواند به کار گرفته شود:
استفاده از محیط‌های عایق‌بندی با قدرت دی‌الکتریک بالا: استفاده از محیط‌های عایق‌بندی با قدرت دی‌الکتریک بالا، مانند گاز SF6 یا خلاء، می‌تواند احتمال پیش‌ضربه را با نیاز به میدان الکتریکی بالاتر برای شروع خرابی کاهش دهد.
مواد تماس پیشرفته: استفاده از مواد تماس با نقطه ذوب بالا و هدایت حرارتی خوب می‌تواند خسارت تماس‌ها در طول پیش‌ضربه را کاهش دهد. موادی مانند آلیاژ برنج-تنگستن معمولاً در تجهیزات کلیدزنی ولتاژ بالا استفاده می‌شوند.
مکانیزم‌های خنک‌کننده: ادغام مکانیزم‌های خنک‌کننده، مانند سیستم‌های پوشر یا جریان گاز اجباری، می‌تواند گرما را از قوس تبدیل کند و دمای سطوح تماس را کاهش دهد، که خطر جوش شدن را کاهش می‌دهد.
بهبودهای طراحی مکانیکی: اطمینان از اینکه مکانیسم عملیاتی نیروی کافی برای شکستن نقاط جوش شده در طول عملیات باز شدن فراهم می‌کند، می‌تواند جلوگیری کند از شکست دستگاه کلیدزنی در باز شدن صحیح.
سیستم‌های محافظ: پیاده‌سازی سیستم‌های محافظ، مانند رله‌های جریان بیش از حد و مکانیزم‌های تشخیص خطا، می‌تواند به تشخیص و واکنش سریع‌تر به شرایط کوتاه‌مداری کمک کند و مدت زمان و شدت قوس را کاهش دهد.
نتیجه‌گیری
پدیده پیش‌ضربه، که در آن قوس قبل از تماس فیزیکی تماس‌ها شروع می‌شود، یک جنبه مهم عملیات جریان‌سازی در تجهیزات کلیدزنی است. این پدیده می‌تواند منجر به خسارت بیش از حد تماس‌ها، جوش شدن و شکست بالقوه دستگاه کلیدزنی شود. درک عواملی که به پیش‌ضربه کمک می‌کنند، مانند تشکیل میدان الکتریکی و ویژگی‌های محیط عایق‌بندی، برای طراحی و عملیات تجهیزات کلیدزنی معتبر ضروری است. با به کار گرفتن استراتژی‌های کاهش مناسب، مانند استفاده از محیط‌های عایق‌بندی با قدرت دی‌الکتریک بالا، مواد تماس پیشرفته و مکانیزم‌های خنک‌کننده، تأثیرات پیش‌ضربه می‌تواند کاهش یابد و عملیات ایمن و مطمئن تجهیزات کلیدزنی در هر دو نوع برش‌کننده‌های مدار و کلیدهای باربر تضمین شود.
