چه چیزی قوس الکتریکی است؟ | قوس الکتریکی در کلید翘曲现象是什么？| 断路器中的电弧 对不起，看起来我误用了中文进行翻译。让我根据您的要求，使用波斯语准确翻译提供的内容。 چه چیزی قوس الکتریکی است؟ | قوس الکتریکی در کلید قطع کننده

قبل از بررسی جزئیات فناوری‌های خاموش کردن قوس یا خاموش شدن قوس در مدار قطع‌کننده، باید ابتدا بدانیم قوس واقعاً چیست.

قوس چیست؟

در زمان باز شدن تماس‌های حامل جریان در مدار قطع‌کننده، محیط بین تماس‌های باز شونده به شدت یونیزه می‌شود و جریان قطع‌کننده مسیر مقاومت پایینی را دنبال می‌کند و حتی بعد از تفکیک فیزیکی تماس‌ها هم ادامه می‌یابد. در طول جریان از یک تماس به تماس دیگر، مسیر به حدی گرم می‌شود که روشن می‌شود. این پدیده را قوس می‌نامند.

قوس در مدار قطع‌کننده

هرگاه تماس‌های حامل جریان مدار قطع‌کننده باز شوند، یک قوس در مدار قطع‌کننده بین تماس‌های جدا شده تشکیل می‌شود.

تا زمانی که این قوس بین تماس‌ها حفظ می‌شود، جریان از طریق مدار قطع‌کننده نخواهد قطع شد زیرا خود قوس یک مسیر هدایت کننده برق است. برای قطع کامل جریان، ضروری است که قوس به سرعت خاموش شود. معیار اصلی طراحی یک مدار قطع‌کننده ارائه فناوری مناسب خاموش کردن قوس در مدار قطع‌کننده برای انجام قطع سریع و ایمن جریان است. بنابراین قبل از بررسی مختلف روش‌های خاموش کردن قوس استفاده شده در مدار قطع‌کننده، باید تلاش کنیم تا بفهمیم چه چیزی قوس است و نظریه اساسی قوس در مدار قطع‌کننده، بحث کنیم.

یونیزه شدن حرارتی گاز

تعدادی الکترون آزاد و یون در گاز در دمای اتاق وجود دارد که به دلیل پرتوهای ماوراء بنفش، پرتوهای کیهانی و رادیواکتیویته زمین ایجاد می‌شوند. این الکترون‌ها و یون‌های آزاد به اندازه کافی کم هستند تا هدایت برق را حفظ کنند. مولکول‌های گاز به صورت تصادفی در دمای اتاق حرکت می‌کنند. مشخص شده است که یک مولکول هوا در دمای ۳۰۰ درجه کلوین (دمای اتاق) به طور تصادفی با سرعت متوسط تقریبی ۵۰۰ متر بر ثانیه حرکت می‌کند و با نرخ ۱۰^۱۰ بار در ثانیه با مولکول‌های دیگر برخورد می‌کند.

این مولکول‌های حرکت‌کننده به صورت تصادفی با یکدیگر به شکل بسیار مکرر برخورد می‌کنند اما انرژی جنبشی مولکول‌ها برای استخراج یک الکترون از اتم‌های مولکول کافی نیست. اگر دما افزایش یابد، هوا گرم می‌شود و در نتیجه سرعت مولکول‌ها افزایش می‌یابد. سرعت بالاتر به معنای تأثیر بیشتر در برخوردهای میان مولکولی است. در این وضعیت برخی از مولکول‌ها به اتم‌ها تجزیه می‌شوند. اگر دمای هوا بیشتر افزایش یابد، بسیاری از اتم‌ها از الکترون‌های ظرفیتی خود محروم می‌شوند و گاز را یونیزه می‌کنند. سپس این گاز یونیزه شده می‌تواند برق را هدایت کند زیرا تعداد کافی الکترون آزاد دارد. این حالت گاز یا هوا را پلاسمایی می‌نامند. این پدیده را یونیزه شدن حرارتی گاز می‌گویند.

یونیزه شدن به دلیل برخورد الکترون‌ها

همانطور که بحث شد، همیشه تعدادی الکترون آزاد و یون در هوا یا گاز وجود دارد اما آنها برای هدایت برق کافی نیستند. هر زمان که این الکترون‌های آزاد با یک میدان الکتریکی قوی مواجه شوند، به نقاط پتانسیل بالاتر در میدان هدایت می‌شوند و سرعت کافی بالا می‌گیرند. به عبارت دیگر، الکترون‌ها به دلیل گرادیان پتانسیل بالا در جهت میدان الکتریکی شتاب می‌گیرند. در طول سفر خود، این الکترون‌ها با اتم‌ها و مولکول‌های دیگر هوا یا گاز برخورد می‌کنند و الکترون‌های ظرفیتی را از مدارهایشان استخراج می‌کنند.

بعد از استخراج از اتم‌های مادر، الکترون‌ها نیز به دلیل گرادیان پتانسیل در جهت همان میدان الکتریکی حرکت می‌کنند. این الکترون‌ها به طور مشابه با اتم‌های دیگر برخورد می‌کنند و الکترون‌های آزاد بیشتری ایجاد می‌کنند که نیز در جهت میدان الکتریکی هدایت می‌شوند. به دلیل این عمل متقابل، تعداد الکترون‌های آزاد در گاز به حدی افزایش می‌یابد که گاز شروع به هدایت برق می‌کند. این پدیده به عنوان یونیزه شدن گاز به دلیل برخورد الکترون‌ها شناخته می‌شود.

دی‌یونیزه شدن گاز

اگر تمام علل یونیزه شدن گاز از یک گاز یونیزه شده حذف شوند، این گاز به سرعت به حالت خنثی خود باز می‌گردد از طریق ترکیب مجدد بارهای مثبت و منفی. فرآیند ترکیب مجدد بارهای مثبت و منفی به عنوان فرآیند دی‌یونیزه شدن شناخته می‌شود. در دی‌یونیزه شدن از طریق پخش، یون‌های منفی یا الکترون‌ها و یون‌های مثبت تحت تأثیر گرادیان غلظت به دیواره‌ها حرکت می‌کنند و بدین ترتیب فرآیند ترکیب مجدد را کامل می‌کنند.

نقش قوس در مدار قطع‌کننده

وقتی دو تماس حامل جریان دقیقاً باز می‌شوند، یک قوس فاصله تماس را پشتیبانی می‌کند که از طریق آن جریان مسیر مقاومت پایینی برای جریان دارد و بنابراین هیچ قطع ناگهانی جریانی وجود نخواهد داشت. از آنجا که هیچ تغییر ناگهانی و ناگهانی در جریان در زمان باز شدن تماس‌ها وجود ندارد، هیچ ولتاژ قطع ناگهانی در سیستم وجود نخواهد داشت. اگر i جریانی باشد که از طریق تماس‌ها دقیقاً قبل از باز شدن آنها می‌گذرد، L اندازه‌گیری سیستم الکتریکی، ولتاژ قطع در زمان باز شدن تماس‌ها، می‌تواند به صورت V = L.(di/dt) بیان شود که di/dt نرخ تغییر جریان نسبت به زمان در زمان باز شدن تماس‌ها است. در مورد جریان متناوب، قوس در هر صفر جریان موقتاً خاموش می‌شود. پس از عبور از هر صفر جریان، رسانه بین تماس‌های جدا شده دوباره در دور بعدی جریان یونیزه می‌شود و قوس در مدار قطع‌کننده دوباره ایجاد می‌شود. برای انجام قطع کامل و موفق، این یونیزه شدن مجدد بین تماس‌های جدا شده باید پس از صفر جریان جلوگیری شود.

اگر قوس در مدار قطع‌کننده در زمان باز شدن تماس‌های حامل جریان موجود نباشد، قطع ناگهانی و ناگهانی جریان خواهد بود که ولتاژ قطع ناگهانی کافی برای استرس شدید عایق‌بندی سیستم ایجاد خواهد کرد. از سوی دیگر، قوس گذاری تدریجی اما سریع از حالت حامل جریان به حالت قطع جریان تماس‌ها را فراهم می‌کند.

نظریه قطع یا خاموش کردن یا خاموش شدن قوس

ویژگی‌های ستون قوس

در دمای بالا ذرات باردار در گاز به صورت تصادفی و سریع حرکت می‌کنند، اما در غیاب میدان الکتریکی، هیچ حرکت خالصی اتفاق نمی‌افتد. هر زمان که یک میدان الکتریکی در گاز اعمال می‌شود، ذرات باردار سرعت پخش را که بر حرکت تصادفی حرارتی آنها اضافه می‌شود، به دست می‌آورند. سرعت پخش متناسب با گرادیان ولتاژ میدان و متحرکی ذرات است. متحرکی ذرات به جرم ذره بستگی دارد، ذرات سنگین‌تر، متحرکی کمتر. متحرکی همچنین به مسیرهای آزاد میانگین موجود در گاز برای حرکت تصادفی ذرات بستگی دارد. چون هر زمان که یک ذره برخورد می‌کند، سرعت هدایت شده خود را از دست می‌دهد و باید دوباره در جهت میدان الکتریکی شتاب داده شود. بنابراین متحرکی کلی ذرات کاهش می‌یابد. اگر گاز تحت فشار بالا باشد، چگال‌تر می‌شود و بنابراین مولکول‌های گاز به هم نزدیک‌تر می‌شوند، بنابراین برخوردها بیشتر رخ می‌دهند که متحرکی ذرات را کاهش می‌دهد. جریان کل توسط ذرات باردار مستقیماً متناسب با متحرکی آنها است. بنابراین متحرکی ذرات باردار به دمای گاز، فشار گاز و همچنین طبیعت گاز بستگی دارد. دوباره متحرکی ذرات گاز تعیین‌کننده درجه یونیزه شدن گاز است.

بنابراین از توضیحات فوق می‌توان گفت که فرآیند یونیزه شدن گاز به طبیعت گاز (ذرات گاز سنگین‌تر یا سبک‌تر)، فشار گاز و دمای گاز بستگی دارد. همانطور که قبلاً گفتیم شدت ستون قوس به حضور رسانه یونیزه شده بین تماس‌های الکتریکی جدا شده بستگی دارد، بنابراین باید توجه خاصی به کاهش یونیزه شدن یا افزایش دی‌یونیزه شدن رسانه بین تماس‌ها داده شود. به همین دلیل ویژگی طراحی اصلی مدار قطع‌کننده ارائه روش‌های مختلف کنترل فشار، روش‌های خنک‌سازی برای رسانه‌های مختلف قوس بین تماس‌های مدار قطع‌کننده است.

پاداش