Gjøre forhold under kortslutningsstrøm for spedbrytere
Detailet Forklaring av Strømflyt og Forhåndsfunkefenomen i Skruvedører
I skruvedører, spesielt i strømbrytere (CB) og lastbrytere (LBS), refererer strømflyt til prosessen der en elektrisk bue initiates når kontaktene begynner å lukkes. Denne prosessen starter ikke nøyaktig når kontaktene fysisk treffer hverandre, men kan forekomme flere millisekunder tidligere på grunn av et fenomen kjent som forhåndsfunke. Nedenfor er en detaljert forklaring av dette fenomenet og dets implikasjoner.
Forhåndsfunke: Initiering av Bue Før Kontakten Treffer
Dielektrisk Kollapse: Når kontaktene nærmer seg hverandre under lukking, utsettes den isolerende mediumet (som luft, SF6 eller vakuum) mellom dem for dielektrisk kollapse. Dette skjer fordi det elektriske feltet i gapet mellom kontaktene øker når de kommer nærmere. Når feltstyrken overstiger dielektrisk styrke hos isoleringsmediumet, kollapser gapet, og en bryterbue initieres.
Oppbygging av Elektrisk Felt: Det elektriske feltet mellom kontaktene bygges opp mens de beveger seg mot hverandre. Dette feltet er proporsjonalt med spenningen over kontaktene og omvendt proporsjonalt med avstanden mellom dem. Når feltet blir tilstrekkelig sterk, fører det til ionisering av gassmolekyler i gapet, noe som fører til dannelse av en ledende bane for strømmen å flyte gjennom.
Bueinitiering: Buens initiere før kontaktene faktisk treffer hverandre, typisk flere millisekunder tidligere. Denne tidlige initiere av bua kalles forhåndsfunke. Under forhåndsfunke, dannes bua i det lille gapet mellom kontaktene, og strømmen begynner å flyte gjennom bua i stedet for å vente på at kontaktene skal treffe hverandre fysisk.
Implikasjoner av Forhåndsfunke
Uverdig Smelting av Kontaktyflater: Hvis energien involvert i forhåndsfunken er stor, kan det føre til uverdig smelting av kontaktyflatene. Dette er spesielt problematisk under kortslutningsforhold, hvor strømmen kan være ekstremt høy. Smeltet metall på kontaktyflatene kan føre til svelling av kontaktene, der de to flatene fuser sammen.
Svelling av Kontakter: Svellte kontakter kan forhindre at bryteren reagerer riktig på neste åpningskommando. Hvis driftsmekanismen i skruvedøren ikke gir nok kraft til å bryte svellte punkter, kan enheten mislykkes med å åpne riktig, noe som kan føre til potensielle sikkerhetsrisikoer og utstyrsskader.
Kortslutningsstrøm Karakteristika: Kortslutningsstrømmer inneholder ofte en DC-komponent, som kan føre til at toppverdien av strømmen er mye høyere enn ved ren AC-kortslutningsstrøm. Denne økte toppstrømmen kan forverre effektene av forhåndsfunke, noe som fører til mer alvorlig kontaktskade og svelling.
Avhengighet av Buespenning: Spenningen over bua (buespenning) er sterkt avhengig av avbrytelsesmediumet brukt i skruvedøren. Selv med veldig korte buelengder, kan det være betydelige spenningsfall nær elektrodene. Dette skyldes at buresistansen ikke er jevn langs sin lengde, og området nær elektrodene har tendens til å ha høyere resistans på grunn av koncentrert varme og ioniserte partikler.
Lukking under Kortslutningsforhold
Strømbrytere (CB): I strømbrytere er lukkingsoperasjonen under kortslutningsforhold spesielt utfordrende. De høye strømnivåene og tilstedeværelsen av en DC-komponent kan føre til intens buing og kontaktskade. Moderne strømbrytere er designet med avanserte materialer og kjølemekanismer for å mildne disse effektene, men forhåndsfunke er fortsatt en bekymring.
Lastbrytere (LBS): Lastbrytere er også sårbare for forhåndsfunke under lukkingsoperasjon, spesielt i høystrømsapplikasjoner. Imidlertid brukes LBS-enheter vanligvis i lavere spenninger og lavere strømnivåer sammenlignet med strømbrytere, så risikoen for alvorlig kontaktskade er generelt lavere.
Trinn i Lukkingsoperasjonen i Skruvedører
Lukkingsoperasjonen i skruvedører kan deles inn i flere trinn, som vist i figuren:
Trinn 1: Første Tilnærming av Kontakter: Kontaktene begynner å bevege seg mot hverandre, og det elektriske feltet mellom dem begynner å bygges opp. På dette stadiet flyter ingen strøm, men potensialet for forhåndsfunke øker.
Trinn 2: Forming av Forhåndsfunkebue: Når kontaktene kommer nærmere, overstiger det elektriske feltet dielektrisk styrke hos isoleringsmediumet, noe som fører til en dielektrisk kollapse. En forhåndsfunkebue dannes, og strømmen begynner å flyte gjennom bua før kontaktene treffer hverandre.
Trinn 3: Kontakttreff og Bueoverføring: Kontaktene treffer til slutt fysisk, og bua overføres fra gapet mellom kontaktene til kontaktyflatene. Strømmen fortsetter å flyte gjennom den nå lukkede sirkelen.
Trinn 4: Stabiltilstand Operasjon: Etter at kontaktene er fullt lukket, går systemet over til stabiltilstand operasjon, og strømmen flyter gjennom de lukkede kontaktene uten noen buing.
Mildring Strategier
For å minimere effektene av forhåndsfunke og kontaktsvelling, kan flere design- og driftsstrategier benyttes:
Bruk av Isoleringsmediumer med Høy Dielektrisk Styrke: Bruk av isoleringsmediumer med høy dielektrisk styrke, som SF6-gass eller vakuum, kan redusere sannsynligheten for forhåndsfunke ved å kreve et høyere elektrisk felt for å initiere kollapse.
Avanserte Kontaktmaterialer: Bruk av kontaktmaterialer med høye smeltepunkter og god termisk lethed kan hjelpe til med å redusere kontaktskade under forhåndsfunke. Materialer som kobber-volframleger er vanlig brukt i høyspenningsskruvedører.
Kjølemekanismer: Inkludering av kjølemekanismer, som puffer-systemer eller tvinget gassflyt, kan hjelpe med å dissipere varme fra bua og redusere temperaturen på kontaktyflatene, noe som minimerer risikoen for svelling.
Mekaniske Designforbedringer: Sikre at driftsmekanismen gir nok kraft til å bryte eventuelle svellte punkter under åpningsoperasjonen, kan forhindre at skruvedøren mislykkes med å åpne riktig.
Beskyttelsessystemer: Implementering av beskyttelsessystemer, som overstrøm reléer og feiloppdagelsesmekanismer, kan hjelpe med å oppdage og reagere raskt på kortslutningsforhold, noe som reduserer varigheten og intensiteten av bua.
Konklusjon
Forhåndsfunkefenomenet, der bua initiates før kontaktene fysisk treffer hverandre, er et kritisk aspekt av lukkingsoperasjonen i skruvedører. Det kan føre til uverdig kontaktskade, svelling, og potensiell mislykket funksjon av bryteren. Å forstå faktorene som bidrar til forhåndsfunke, som oppbygging av elektrisk felt og egenskapene til isoleringsmediumet, er essensielt for å designe og drifte pålitelig skruvedører. Ved å benytte passende mildring strategier, som bruk av isoleringsmediumer med høy dielektrisk styrke, avanserte kontaktmaterialer, og kjølemekanismer, kan effektene av forhåndsfunke minimeres, noe som sikrer trygg og pålitelig drift av skruvedører, både i strømbrytere og lastbrytere.
