Ano ang Arc? | Arc sa Circuit Breaker
Bago tayo pumunta sa mga detalye ng pagkukunot ng arc o paglilipol ng arc na ginagamit sa circuit breaker, kailangan nating malaman muna kung ano talaga ang arc.
Ano ang Arc?
Kapag binuksan ang mga kontak na nagdadala ng kuryente sa circuit breaker, ang medium sa pagitan ng mga bukas na kontak ay naging mataas na ionized kung saan ang kuryente na ina-interrupt ay nakakakuha ng mababang resistive path at patuloy na lumalakad sa pamamaraang ito kahit na pisikal na hiwalay na ang mga kontak. Habang lumalakad ang kuryente mula sa isang kontak patungo sa iba, ang daanan ay naging sobrang mainit na nagiging makapaparilim. Ito ang tinatawag na arc.
Arc sa Circuit Breaker
Kapag binuksan ang mga kontak ng circuit breaker na may kuryente, mayroong arc sa circuit breaker, na nabuo sa pagitan ng mga hiwalay na kontak.
Basta't patuloy ang arc sa pagitan ng mga kontak, hindi maaaring ma-interrupt ang kuryente sa circuit breaker dahil ang arc mismo ay isang conductive path ng kuryente. Para sa kompletong pag-interrupt ng kuryente, mahalagang kunitin ang arc nang mabilis. Ang pangunahing disenyo ng circuit breaker ay upang magbigay ng angkop na teknolohiya ng pagkukunot ng arc sa circuit breaker upang matiyak ang mabilis at ligtas na pag-interrupt ng kuryente. Kaya bago tayo pumunta sa iba't ibang teknik ng pagkukunot ng arc na ginagamit sa circuit breaker, subukan natin unang maintindihan kung ano ang arc at ang pangunahing teorya ng arc sa circuit breaker, ipaglaban natin.
Pag-iionize ng Gas Dahil sa Pagginit
Mayroong ilang libreng elektron at ions na naroroon sa gas sa temperatura ng silid sa bahay dahil sa ultraviolet rays, cosmic rays, at radioactivity ng mundo. Ang mga libreng elektron at ions na ito ay kaunti kaya hindi sapat upang sustentuhin ang conduction ng kuryente. Ang mga molekula ng gas ay random na lumilipad sa temperatura ng silid sa bahay. Natuklasan na ang isang air molecule sa temperatura ng 300oK (Room temperature) ay random na lumilipad na may average velocity ng 500 metro/segundo at sumusumpak sa iba pang molecules sa rate na 1010 beses/segundo.
Ang mga random na lumilipad na molecules na ito ay sumusumpak sa bawat isa sa napakabigat na paraan ngunit ang kinetic energy ng mga molecules ay hindi sapat upang i-extract ang isang elektron mula sa atoms ng mga molecules. Kapag tumaas ang temperatura, ang hangin ay magiging mainit at sa katunayan ang bilis ng mga molecules ay tataas. Mas mataas na bilis ibig sabihin mas mataas na impact sa inter molecular collision. Sa sitwasyong ito, ang ilang molecules ay disassociated sa atoms. Kapag tumaas pa ang temperatura ng hangin, maraming atoms ang nawalan ng valence electrons at ginawa ang gas na ionized. Ang ionized na gas na ito ay maaaring mag-conduct ng kuryente dahil sa sapat na libreng elektron. Ang kondisyon ng anumang gas o hangin na ito ay tinatawag na plasma. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na thermal ionization of gas.
Pag-iionize Dahil sa Collision ng Electron
Tulad ng aming pinag-usapan, may ilang libreng elektron at ions na laging naroroon sa hangin o gas ngunit hindi sapat upang mag-conduct ng kuryente. Kapag ang mga libreng elektron na ito ay sumapit sa malakas na electric field, ang mga ito ay inaangkop sa mas mataas na puntos ng potential sa field at nakakakuha ng sapat na mataas na bilis. Sa ibang salita, ang mga elektron ay pinapabilis sa direksyon ng electric field dahil sa mataas na gradient ng potential. Sa kanilang paglalakbay, ang mga elektron ay sumusumpak sa iba pang atoms at molecules ng hangin o gas at iniiwan ang valance electrons mula sa kanilang orbit.
Pagkatapos maiwan mula sa kanilang mga parent atoms, ang mga elektron ay mananatiling tumatakbo sa direksyon ng parehong electric field dahil sa gradient ng potential. Ang mga elektron na ito ay sumusumpak sa iba pang atoms at lumilikha ng higit pang libreng elektron na dinirekta rin sa electric field. Dahil sa conjugative action, ang bilang ng libreng elektron sa gas ay naging sobrang mataas na ang gas ay simula na mag-conduct ng kuryente. Ang phenomenon na ito ay kilala bilang ionization of gas dahil sa electron collision.
Deionization ng Gas
Kapag tinanggal ang lahat ng sanhi ng ionization of gas mula sa ionized na gas, ito ay mabilis na bumabalik sa neutral state nito sa pamamagitan ng recombination ng positive at negative charges. Ang proseso ng recombination ng positive at negative charges ay kilala bilang deionization process. Sa deionization sa pamamagitan ng diffusion, ang negative ions o electrons at positive ions ay lumilipad sa mga pader sa ilalim ng epekto ng concentration gradients at ganunpaman natutugunan ang proseso ng recombination.
Tungkulin ng Arc sa Circuit Breaker
Kapag binuksan ang dalawang kontak na nagdadala ng kuryente, ang arc ay nagbibridgit ng contact gap kung saan ang kuryente ay nakakakuha ng mababang resistive path upang lumakad kaya walang biglaang pag-interrupt ng kuryente. Dahil walang bigla at abrupt na pagbabago ng kuryente habang binubuksan ang mga kontak, walang abnormal na switching over voltage sa sistema. Kung i ang kuryente na lumilipad sa mga kontak bago sila binuksan, L ang system inductance, ang switching over voltage habang binubuksan ang mga kontak, maaaring ipahayag bilang V = L.(di/dt) kung saan di/dt ang rate ng pagbabago ng kuryente sa pagkakaugnay ng oras habang binubuksan ang mga kontak. Sa kaso ng alternating current, ang arc ay pansamantalang nalilipol sa bawat zero ng kuryente. Pagkatapos lumampas sa bawat zero ng kuryente, ang media sa pagitan ng hiwalay na kontak ay muling naging ionized sa susunod na cycle ng kuryente at ang arc sa circuit breaker ay muling nabuo. Upang gawing kompleto at matagumpay ang pag-interrupt, ang re-ionization sa pagitan ng hiwalay na kontak ay dapat pigilan pagkatapos ng zero ng kuryente.
Kapag wala ang arc sa circuit breaker habang binubuksan ang mga kontak na nagdadala ng kuryente, mayroong bigla at abrupt na pag-interrupt ng kuryente na sapat na maging cause ng malaking switching over voltage na sapat upang severely stress ang insulation ng sistema. Sa kabilang banda, ang arc ay nagbibigay ng gradual ngunit mabilis, transition mula sa current carrying patungo sa current breaking states ng mga kontak.
Theory ng Pag-interrupt, Pagkukunot, o Paglilipol ng Arc
Karunungan ng Arc Column
Sa mataas na temperatura, ang mga charged particles sa gas ay mabilis at random na lumilipad, ngunit sa pagkakawala ng electric field, walang net motion na nangyayari. Kapag isinama ang electric field sa gas, ang mga charged particles ay nakakakuha ng drift velocity na superimposed sa kanilang random thermal motion. Ang drift velocity ay proporsyonal sa voltage gradient ng field at particle mobility. Ang particle mobility ay depende sa masa ng partikulo, mas mabigat ang particles, mas mababa ang mobility. Ang mobility din ay depende sa mean free paths na available sa gas para sa random movement ng mga particles. Dahil sa bawat pagsumpak, ang partikulo ay nawawalan ng directed velocity at kailangan muling ma-accelerate sa direksyon ng electric field. Kaya ang net mobility ng mga particles ay bawas. Kung ang gas ay nasa mataas na presyon, ito ay naging mas dense at kaya, ang mga gas molecules ay mas malapit sa bawat isa, kaya mas madalas ang collision na bawas sa mobility ng particles. Ang total current ng charged particles ay direktang proporsyonal sa kanilang mobility. Kaya ang mobility ng charged particles ay depende sa temperatura, presyon ng gas, at ang nature ng gas. Muli, ang mobility ng gas particles ay nagdetermina ng degree ng ionization ng gas.
Kaya mula sa paglalarawan natin, maaari nating sabihin na ang ionization process ng gas ay depende sa nature ng gas (mas mabigat o mas maliit na gas particles), presyon ng gas, at temperatura ng gas. Tulad ng sinabi natin, ang intensity ng arc column depende sa presence ng ionized media sa pagitan ng hiwalay na electrical contacts, kaya, espesyal na atensyon ang dapat ibigay sa pagbawas ng ionization o pagtaas ng deionization ng media sa pagitan ng mga kontak. Iyon kaya ang pangunahing disenyo ng circuit breaker ay upang magbigay ng iba't ibang pressure control methods, cooling methods para sa iba't ibang arc media sa pagitan ng circuit breaker contacts.
Pagkawala ng Heat mula sa Arc
Ang pagkawala ng heat mula sa arc sa circuit breaker ay nangyayari sa pamamagitan ng conduction, convection, at radiation. Sa circuit breaker na may plain break arc sa oil, arc sa chutes o narrow slots, halos lahat ng pagkawala ng heat ay dahil sa conduction. Sa air blast circuit breaker o sa breaker kung saan may gas flow sa pagitan ng mga electrical contacts, ang pagkawala ng heat ng arc plasma ay nangyayari sa pamamagitan ng convection process. Sa normal na presyon, ang radiation ay hindi isang significant factor ngunit sa mas mataas na presyon, ang radiation ay maaaring maging isang napakalaking factor ng pagkawala ng heat mula sa arc plasma. Habang binubuksan ang mga electrical contacts, ang arc sa circuit breaker ay nabuo at ito ay nalilipol sa bawat zero crossing ng kuryente at pagkatapos ay muling nabuo sa susunod na cycle. Ang final na paglilipol o pagkukunot ng arc sa circuit breaker ay nakuha sa pamamagitan ng mabilis na pagtaas ng dielectric strength sa medium sa pagitan ng mga kontak upang hindi maaaring muling nabuo ang arc pagkatapos ng zero crossing. Ang mabilis na pagtaas ng dielectric strength sa pagitan ng mga kontak ng circuit breaker ay nakuha sa pamamagitan ng deionization ng gas sa arc media o sa pamamagitan ng pagpalit ng ionized gas sa cool at fresh gas.
May iba't ibang deionization processes na inapply para sa paglilipol ng arc sa circuit breaker, ipaglaban natin sa maikling pag-uusap.
Deionization ng Gas Dahil sa Pagtaas ng Presyon
Kapag tumaas ang presyon ng arc path, ang density ng ionized gas ay tumaas na nangangahulugan, ang mga particles sa gas ay naging mas malapit sa bawat isa at bilang resulta, ang mean free path ng mga particles ay bawas. Ito ay nagpapataas ng collision rate at tulad ng aming pinag-usapan, sa bawat collision, ang mga charged particles ay nawawalan ng directed velocity along electric field at muli silang ma-accelerate patungo sa field. Maaari nating sabihin na ang overall mobility ng mga charged particles ay bawas kaya ang voltage na kinakailangan upang panatilihin ang arc ay tumaas. Ang isa pang epekto ng tumaas na density ng mga particles ay mas mataas na rate ng deionization ng gas dahil sa recombination ng oppositely charged particles.
Deionization ng Gas Dahil sa Pagbaba ng Temperatura
