Apakah yang Dimaksudkan dengan Lengkung Api ? | Lengkung Api dalam Pemutus Litar

Sebelum membahas detail tentang teknologi penghentian anark atau penyekatan anark yang digunakan dalam pemutus litar, kita perlu mengetahui terlebih dahulu apa itu anark.

Apakah Anark?

Semasa pembukaan kontak penghantar arus dalam pemutus litar, medium di antara kontak yang terbuka menjadi sangat terionisasi melalui mana arus penghentian mendapat jalan yang tahanan rendah dan terus mengalir melalui jalan ini walaupun kontak secara fizikal telah dipisahkan. Semasa aliran arus dari satu kontak ke kontak lain, jalan tersebut menjadi begitu panas sehingga bercahaya. Ini disebut anark.

Anark dalam Pemutus Litar

Setiap kali, pada saat kontak arus beban pemutus litar dibuka, ada anark dalam pemutus litar, yang terbentuk antara kontak yang terpisah.

Selama anark ini bertahan di antara kontak, arus melalui pemutus litar tidak akan terputus akhirnya kerana anark sendiri adalah jalur konduksi listrik. Untuk penghentian arus sepenuhnya, pemutus litar perlu memadamkan anark secepat mungkin. Kriteria utama desain pemutus litar adalah untuk menyediakan teknologi yang tepat penghentian anark dalam pemutus litar untuk memenuhi penghentian arus yang cepat dan selamat. Jadi sebelum membahas berbagai teknik penghentian anark yang digunakan dalam pemutus litar, kita harus mencoba memahami apa itu anark dan teori dasar anark dalam pemutus litar, mari kita bahas.

Ionisasi Termal Gas

Ada beberapa elektron bebas dan ion yang hadir dalam gas pada suhu ruangan akibat sinar ultraviolet, sinar kosmik, dan radioaktivitas bumi. Elektron bebas dan ion ini sedikit jumlahnya sehingga tidak cukup untuk menopang konduksi listrik. Molekul gas bergerak secara acak pada suhu ruangan. Ditemukan bahwa molekul udara pada suhu 300oK (suhu ruangan) bergerak secara acak dengan kecepatan rata-rata kira-kira 500 meter/detik dan bertabrakan dengan molekul lain dengan laju 1010 kali/detik.

Molekul-molekul yang bergerak secara acak ini bertabrakan satu sama lain dengan sangat sering, tetapi energi kinetik molekul tidak cukup untuk mengekstrak elektron dari atom-atom molekul. Jika suhu ditingkatkan, udara akan dipanaskan dan sebagai akibatnya kecepatan molekul akan meningkat. Kecepatan yang lebih tinggi berarti tabrakan intermolekular yang lebih kuat. Selama situasi ini, beberapa molekul terurai menjadi atom. Jika suhu udara ditingkatkan lebih lanjut, banyak atom kehilangan elektron valensi dan membuat gas terionisasi. Kemudian gas yang terionisasi ini dapat menghantarkan listrik karena adanya elektron bebas yang cukup. Kondisi ini dari gas atau udara disebut plasma. Fenomena ini disebut ionisasi termal gas.

Ionisasi Akibat Tabrakan Elektron

Seperti yang telah dibahas, selalu ada beberapa elektron bebas dan ion yang hadir dalam udara atau gas, tetapi jumlahnya tidak cukup untuk menghantarkan listrik. Setiap kali elektron bebas ini melewati medan listrik yang kuat, mereka diarahkan ke titik potensial yang lebih tinggi dalam medan tersebut dan memperoleh kecepatan yang cukup tinggi. Dengan kata lain, elektron dipercepat sepanjang arah medan listrik karena gradien potensial yang tinggi. Selama perjalanan mereka, elektron ini bertabrakan dengan atom dan molekul lain dalam udara atau gas dan mengekstrak elektron valensi dari orbit mereka.

Setelah diekstrak dari atom induk, elektron akan juga bergerak sepanjang arah medan listrik yang sama karena gradien potensial. Elektron-elektron ini akan bertabrakan dengan atom lain dan menciptakan lebih banyak elektron bebas yang juga akan diarahkan sepanjang medan listrik. Akibat aksi konjugatif ini, jumlah elektron bebas dalam gas akan menjadi sangat tinggi sehingga gas mulai menghantarkan listrik. Fenomena ini dikenal sebagai ionisasi gas akibat tabrakan elektron.

Deionisasi Gas

Jika semua penyebab ionisasi gas dihilangkan dari gas yang terionisasi, ia akan kembali dengan cepat ke keadaan netralnya melalui rekombinasi muatan positif dan negatif. Proses rekombinasi muatan positif dan negatif ini dikenal sebagai proses deionisasi. Dalam deionisasi oleh difusi, ion negatif atau elektron dan ion positif bergerak ke dinding di bawah pengaruh gradien konsentrasi dan dengan demikian menyelesaikan proses rekombinasi.

Peranan Anark dalam Pemutus Litar

Ketika dua kontak arus baru saja dibuka, anark menghubungkan celah kontak melalui mana arus mendapatkan jalan yang tahanan rendah untuk mengalir sehingga tidak akan ada gangguan arus yang tiba-tiba. Karena tidak ada perubahan mendadak dan tiba-tiba dalam arus selama pembukaan kontak, tidak akan ada tegangan penggantian abnormal dalam sistem. Jika i adalah arus yang mengalir melalui kontak segera sebelum mereka dibuka, L adalah induktansi sistem, tegangan penggantian selama pembukaan kontak, dapat dinyatakan sebagai V = L.(di/dt) di mana di/dt laju perubahan arus terhadap waktu selama pembukaan kontak. Dalam kasus arus bolak-balik, anark sementara padam pada setiap nol arus. Setelah melewati setiap nol arus, media antara kontak yang terpisah terionisasi kembali selama siklus arus berikutnya dan anark dalam pemutus litar dibentuk kembali. Untuk membuat penghentian lengkap dan berhasil, re-ionisasi ini antara kontak yang terpisah harus dicegah setelah nol arus.

Jika anark dalam pemutus litar absen selama pembukaan kontak penghantar arus, akan ada gangguan arus yang tiba-tiba dan mendadak yang akan menyebabkan tegangan penggantian yang sangat besar cukup untuk memberikan stres yang parah pada isolasi sistem. Di sisi lain, anark memberikan transisi yang bertahap tetapi cepat, dari keadaan penghantar arus ke keadaan penghentian arus kontak.

Teori Penghentian Anark atau Penyekatan Anark atau Penyekatan Anark

Ciri-ciri Kolom Anark

Pada suhu tinggi, partikel bermuatan dalam gas bergerak cepat dan acak, tetapi tanpa medan listrik, tidak ada gerakan bersih yang terjadi. Setiap kali medan listrik diterapkan dalam gas, partikel bermuatan mendapatkan kecepatan drift yang ditambahkan pada gerakan termal acak mereka. Kecepatan drift proporsional dengan gradien tegangan medan dan mobilitas partikel. Mobilitas partikel bergantung pada massa partikel, partikel yang lebih berat, mobilitasnya lebih rendah. Mobilitas juga bergantung pada jarak bebas rata-rata yang tersedia dalam gas untuk gerakan acak partikel. Setiap kali partikel bertabrakan, ia kehilangan kecepatan arahnya dan harus dipercepat kembali ke arah medan listrik. Oleh karena itu, mobilitas bersih partikel berkurang. Jika gas berada pada tekanan tinggi, ia menjadi lebih padat dan oleh karena itu, molekul gas menjadi lebih dekat satu sama lain, sehingga tabrakan terjadi lebih sering yang menurunkan mobilitas partikel. Arus total oleh partikel bermuatan secara langsung proporsional dengan mobilitas mereka. Oleh karena itu, mobilitas partikel bermuatan bergantung pada suhu, tekanan gas, serta sifat gas. Lagi pula, mobilitas partikel gas menentukan derajat ionisasi gas.

Jadi dari penjelasan di atas, kita dapat mengatakan bahwa proses ionisasi gas bergantung pada sifat gas (partikel gas yang lebih berat atau lebih ringan), tekanan gas, dan suhu gas. Seperti yang telah kita katakan sebelumnya, intensitas kolom anark bergantung pada keberadaan media terionisasi antara kontak listrik yang terpisah, oleh karena itu, perhatian khusus harus diberikan untuk mengurangi ionisasi atau meningkatkan deionisasi media antara kontak. Itulah sebabnya fitur desain utama pemutus litar adalah untuk menyediakan metode kontrol tekanan yang berbeda, metode pendinginan untuk berbagai media anark di antara kontak pemutus litar.

Pengurangan Panas dari Anark

Pengurangan panas dari anark dalam pemutus litar terjadi melalui konduksi, konveksi, serta radiasi. Dalam pemutus litar dengan putus biasa anark dalam minyak, anark dalam saluran atau celah sempit, hampir semua pengurangan panas disebabkan oleh konduksi. Dalam pemutus litar blast udara atau dalam pemutus litar di mana ada aliran gas antara kontak listrik, pengurangan panas plasma anark terjadi melalui proses konveksi. Pada tekanan normal, radiasi bukan faktor yang signifikan, tetapi pada tekanan yang lebih tinggi, radiasi dapat menjadi faktor penting dalam pengurangan panas dari plasma anark. Selama pembukaan kontak listrik, anark dalam pemutus litar diproduksi dan padam pada setiap penyeberangan nol arus dan kemudian dibentuk kembali selama siklus berikutnya. Penghentian anark akhir atau penyekatan anark dalam pemutus litar dicapai dengan peningkatan cepat kekuatan dielektrik dalam media antara kontak sehingga pembentukan ulang anark setelah penyeberangan nol tidak mungkin. Peningkatan cepat kekuatan dielektrik antara kontak pemutus litar dicapai baik melalui deionisasi gas dalam media anark atau dengan mengganti gas terionisasi dengan gas dingin dan segar.
Terdapat berbagai proses deionisasi yang diterapkan untuk penyekatan anark dalam pemutus litar, mari kita bahas secara singkat.

Deionisasi Gas Akibat Peningkatan Tekanan

Jika tekanan jalur anark meningkat, kepadatan gas terionisasi meningkat yang berarti, partikel dalam gas menjadi lebih dekat satu sama lain dan sebagai hasilnya, jarak bebas rata-rata partikel berkurang. Ini meningkatkan laju tabrakan dan seperti yang telah kita bahas sebelumnya, pada setiap tabrakan, partikel bermuatan kehilangan kecepatan arah mereka sepanjang medan listrik dan kembali dipercepat ke arah medan. Dapat dikatakan bahwa mobilitas keseluruhan partikel bermuatan berkurang sehingga tegangan yang diperlukan untuk mempertahankan anark meningkat. Efek lain dari peningkatan kepadatan partikel adalah laju deionisasi gas yang lebih tinggi akibat rekombinasi partikel bermuatan berlawanan.

Deionisasi Gas Akibat Penurunan Suhu

Laju ionisasi gas bergantung pada intensitas benturan selama tabrakan partikel gas. Intensitas benturan selama tabrakan partikel kembali bergantung pada kecepatan gerakan acak partikel. Gerakan acak partikel dan kecepatannya meningkat dengan peningkatan suhu gas. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa jika suhu gas ditingkatkan, proses ionisasi gas meningkat dan pernyataan sebaliknya juga benar, yaitu jika suhu diturunkan, laju ionisasi gas menurun yang berarti deionisasi gas meningkat. Oleh karena itu, lebih banyak tegangan diperlukan untuk mempertahankan plasma anark dengan penurunan