Kortisuun virran aiheuttaman olosuhteen luominen johdinluukkujärjestelmille
Yksityiskohtainen selitys sähkövirran luomisesta ja ennakkosytymisilmiöstä kytkentälaitteissa
Kytkentälaitteissa, erityisesti sulkuilla (CB) ja kuormituksen katkaisuilla (LBS), sähkövirran luominen tarkoittaa prosessia, jossa sähkökaari aloitetaan, kun yhteydet alkavat sulkeutua. Tämä prosessi ei ala täsmälleen silloin, kun yhteyskohtien fyysiset osat koskettavat toisiaan, vaan se voi tapahtua useita millisekunteja aiemmin ennakkosytymisen ilmiön vuoksi. Alla on yksityiskohtainen selitys tästä ilmiöstä ja sen vaikutuksista.
Ennakkosytyminen: Kaaren aloitus ennen yhteyksien kosketusta
Dielektrinen romahdus: Kun yhteyksien osat lähestyvät toisiaan suljettaessa, niiden välissä oleva eristävä medium (esimerkiksi ilma, SF6 tai vakuumi) kärsii dielektrista romahdusta. Tämä johtuu sähkökentän voimakkuuden kasvamisesta yhteyksien välinpitävyyden pienenemisen myötä. Kun kentän voimakkuus ylittää eristävän mediumin dielektrisen vahvuuden, väli romautuu, ja kytkenta-kaari aloitetaan.
Sähkökentän rakentuminen: Yhteyksien välillä oleva sähkökenttä rakentuu, kun ne liikkuvat kohti toisiaan. Tämä kenttä on verrannollinen yhteyksien väliseen jännitteeseen ja käänteisesti verrannollinen niiden väliseen etäisyyteen. Kun kenttä tulee riittävän voimakkaaksi, se aiheuttaa kaasuhappujen ionisoitumisen välissä, mikä johtaa johtavan polun muodostumiseen sähkövirran kuljettamiseksi.
Kaaren aloitus: Kaari aloitetaan ennen kuin yhteydet itse asiassa koskettavat toisiaan, tyypillisesti useita millisekunteja aiemmin. Tämä varhainen kaaren aloitus kutsutaan ennakkosytymiseksi. Ennakkosytymisessä kaari muodostuu yhteyksien välisessä pienessä väliässä, ja virta alkaa kulkea kaaren kautta eikä odota yhteyksien fyysisen kosketuksen tapahtumista.
Ennakkosytymisen vaikutukset
Ylipitoisuinen yhteyksien pinnan sulaminen: Jos ennakkosytymiseen liittyvä energia on suuri, se voi aiheuttaa ylipitoisen sulamisen yhteyksien pinnilla. Tämä on erityisen ongelma lyhytsulun olosuhteissa, joissa virta voi olla äärimmäisen korkea. Sulava metalli yhteyksien pinnilla voi johtaa yhteyksien liimaantumiseen, jossa kaksi pintaan fuusioituvat yhteen.
Yhteyksien liimaantuminen: Liimaantuneet yhteydet voivat estää kytkentälaitteen vastaamasta asianmukaisesti seuraavaan avauskomennukseen. Jos laitteen toimintamekanismi ei tarjoa riittävää voimaa liimaantuneiden pisteiden rikkomiseen, laite saattaa epäonnistua avaamisessa, mikä voi johtaa mahdollisiin turvallisuusriskiin ja laiteruohon.
Lyhytsulun virran ominaisuudet: Lyhytsulussa olevat virrat sisältävät usein DC-komponentin, joka voi aiheuttaa virran huippuarvon olemaan paljon korkeampi kuin puhtaasti vaihtovirran lyhytsulun virran huippuarvo. Tämä lisätty huippuvirta voi pahentaa ennakkosytymisen vaikutuksia, johtamalla vakavampaan yhteyksien vaurioitumiseen ja liimaantumiseen.
Kaaren jännitteen riippuvuus: Kaaren kautta kulkeva jännite (kaaren jännite) on hyvin riippuvainen kytkentälaitteessa käytetystä keskeyttävästä mediosta. Jopa hyvin lyhyillä kaaren pituksilla voi olla merkittäviä jänniteputoamia lähellä elektrodeja. Tämä johtuu siitä, että kaaren vastus ei ole tasainen sen pituuden mukaan, ja alueet lähellä elektrodeja ovat usein korkeampaa vastusta, koska ne keskittävät lämpöä ja ionisoituneita hiukkasia.
Sulkeminen lyhytsulun olosuhteissa
Sulut (CB): Sulkujen tapauksessa sulkemisoperaatio lyhytsulun olosuhteissa on erityisen haastava. Korkeat virtatasot ja DC-komponentin olemassaolo voivat johtaa voimakkaaseen kaarisytymiseen ja yhteyksien vaurioitumiseen. Modernit sulut on suunniteltu edistyneillä materiaaleilla ja jäädytysmekanismeilla näiden vaikutusten lievittämiseksi, mutta ennakkosytyminen pysyy huolenaiheena.
Kuormituksen katkaisijat (LBS): Kuormituksen katkaisijat ovat myös alttiina ennakkosytymiselle sulkemisoperaation aikana, erityisesti korkeavirta-applikaatioissa. Kuitenkin LBS-laitteita käytetään yleensä alempiin jännitteisiin ja vireihin verrattuna sulkiin, joten vakavan yhteyksien vaurioitumisen riski on yleensä pienempi.
Kytkentälaitteiden sulkemisoperaation vaiheet
Kytkentälaitteiden sulkemisoperaatio voidaan jakaa useisiin vaiheisiin, kuten kuvassa näkyy:
Vaihe 1: Yhteyksien ensimmäinen lähestyminen: Yhteydet alkavat liikkua toisiaan kohti, ja niiden välillä oleva sähkökenttä alkaa rakentua. Tässä vaiheessa virtaa ei vielä kulje, mutta ennakkosytymisen potentiaali on kasvamassa.
Vaihe 2: Ennakkosytymisen kaaren muodostuminen: Kun yhteydet tulevat lähemmäs, sähkökenttä ylittää eristävän median dielektrisen vahvuuden, mikä aiheuttaa dielektrisen romahduksen. Ennakkosytymisen kaari muodostetaan, ja virta alkaa kulkea kaaren kautta ennen kuin yhteydet koskettavat toisiaan.
Vaihe 3: Yhteysten kosketus ja kaaren siirtyminen: Yhteydet tekevät vihdoin fyysisen kosketuksen, ja kaari siirtyy yhteyksien välisestä välistä yhteyksien pinnille. Virta jatkaa kuljettamista nyt suljetulla piirillä.
Vaihe 4: Vakaatila-operaatio: Kun yhteydet ovat täysin sulkeutuneet, järjestelmä siirtyy vakaatila-operaatioon, ja virta kulkee suljetuissa yhteyksissä ilman kaarisytymistä.
Lievennysstrategiat
Ennakkosytymisen ja yhteyksien liimaantumisen vaikutusten minimointiin voidaan käyttää useita suunnittelua ja operaatiota koskevia strategioita:
Korkean dielektrisen vahvuuden eristävien mediumien käyttö: Eristävien mediumien, kuten SF6-kaasun tai vakuumin, käyttö korkealla dielektrisellä vahvuudella voi vähentää ennakkosytymisen todennäköisyyttä, koska romahdus vaatii korkeamman sähkökentän aloittamiseen.
Edistyneet yhteyksien materiaalit: Yhteyksien materiaalien, kuten korkean sulamispisteen ja hyvän lämmönjohtavuuden, käyttö voi auttaa vähentämään yhteyksien vaurioitumista ennakkosytymisessä. Esimerkiksi kupari-vaskijohdalli on yleisesti käytetty korkeajännitteisessä kytkentälaitteessa.
Jäädytysmekanismit: Jäädytysmekanismien, kuten puffeja tai pakotettua kaasuvirtaa, käyttö voi auttaa hajoittamaan kaaren lämpöä ja vähentämään yhteyksien pinnan lämpötilaa, vähentäen liimaantumisen riskiä.
Mekaaniset suunnitteluedistykset: Varmistamalla, että toimintamekanismi tarjoaa riittävän voiman liimaantuneiden pisteiden rikkomiseen avattaessa, voidaan estää kytkentälaitteen epäonnistuminen avaamisessa.
Suojajärjestelmät: Suojajärjestelmien, kuten ylivirtarelayjen ja vian havaintojärjestelmien, käyttö voi auttaa havaitsemaan ja reagoimaan nopeammin lyhytsulun olosuhteisiin, vähentäen kaaren kestoa ja intensiteettiä.
Johtopäätös
Ennakkosytymisen ilmiö, jossa kaari aloitetaan ennen kuin yhteydet fyysisesti koskettavat toisiaan, on kriittinen osa sulkemisoperaatiota kytkentälaitteissa. Se voi johtaa ylipitoiseen yhteyksien vaurioitumiseen, liimaantumiseen ja mahdolliseen kytkentälaitteen epäonnistumiseen. Ymmärtääksemme ennakkosytymisen tekijät, kuten sähkökentän rakentuminen ja eristävän median ominaisuudet, on olennaista suunniteltaessa ja operoidessa luotettavia kytkentälaitteita. Lievennysstrategioiden, kuten korkean dielektrisen vahvuuden eristävien mediumien, edistyneiden yhteyksien materiaalien ja jäädytysmekanismien, käyttö vähentää ennakkosytymisen vaikutuksia, taatakseen turvallisen ja luotettavan kytkentälaitteiden toiminnan sekä sulkuissa että kuormituksen katkaisuissa.
