Co to jest łuk elektryczny? | Łuk w wyłączniku przepięciowym

Przed przejściem do szczegółów technologii zgasięcia łuku lub wygaszania łuku stosowanych w wyłącznikach obwodowych, powinniśmy najpierw wiedzieć, co to jest łuk.

Co to jest łuk?

Podczas otwierania kontaktów przewodzących prąd w wyłączniku obwodowym, medium między rozdzielającymi się kontaktami staje się silnie jonizowane, przez co prąd przerywający ma niskoprezystancyjną ścieżkę i kontynuuje przepływ nawet po fizycznym oddzieleniu kontaktów. Podczas przepływu prądu z jednego kontaktu na drugi, ścieżka staje się tak rozgrzana, że świeci. To nazywane jest łukiem.

Łuk w wyłączniku obwodowym

Zawsze, gdy na obciążeniu kontaktów wyłącznika obwodowego następuje ich otwarcie, powstaje łuk w wyłączniku obwodowym, ustanawiający się między rozdzielającymi się kontaktami.

Dopóki ten łuk utrzymuje się między kontaktami, prąd przez wyłącznik obwodowy nie zostanie ostatecznie przerwany, ponieważ łuk sam w sobie stanowi przewodzącą ścieżkę dla prądu elektrycznego. Aby całkowicie przerwać prąd, konieczne jest jak najszybsze zgasięcie łuku. Głównym kryterium projektowania wyłącznika obwodowego jest zapewnienie odpowiedniej technologii zgasięcia łuku w wyłączniku obwodowym, aby spełnić szybkie i bezpieczne przerwanie prądu. Zanim przejdziemy do różnych technik zgasięcia łuku stosowanych w wyłączniku obwodowym, powinniśmy spróbować zrozumieć, co to jest łuk i podstawowa teoria łuku w wyłączniku obwodowym, omówmy to.

Cieplna jonizacja gazu

W gazie przy temperaturze pokojowej istnieje pewna liczba wolnych elektronów i jonów, spowodowana promieniowaniem ultradźwiękowym, kosmicznymi promieniami i radioaktywnością Ziemi. Te wolne elektrony i jony są tak niewielkiej ilości, że nie wystarczają do utrzymania przewodzenia prądu. Cząsteczki gazu poruszają się losowo przy temperaturze pokojowej. Stwierdzono, że cząsteczka powietrza przy temperaturze 300oK (temperatura pokojowa) porusza się losowo ze średnią prędkością około 500 metrów/sekundę i zderza się z innymi cząsteczkami z częstotliwością 1010 razy/sekundę.

Te losowo poruszające się cząsteczki zderzają się nawzajem bardzo często, ale energia kinetyczna cząsteczek nie jest wystarczająca, aby wydobyć elektron z atomów cząsteczek. Jeśli temperatura wzrośnie, powietrze ogrzeje się, a w konsekwencji prędkość cząsteczek również wzrośnie. Wyższa prędkość oznacza większe uderzenie podczas zderzeń międzycząsteczkowych. W tej sytuacji niektóre cząsteczki są rozdzielone na atomy. Jeśli temperatura powietrza będzie dalej wzrastać, wiele atomów straci elektrony walencyjne i gaz zostanie jonizowany. Ten jonizowany gaz może przewodzić prąd, ponieważ posiada wystarczającą liczbę wolnych elektronów. Ta kondycja dowolnego gazu lub powietrza nazywana jest plazmą. To zjawisko nazywane jest cieplną jonizacją gazu.

Jonizacja wynikająca z zderzenia elektronów

Jak wcześniej omówiliśmy, zawsze istnieje pewna liczba wolnych elektronów i jonów w powietrzu lub gazie, ale są one niewystarczające do przewodzenia prądu. Gdy te wolne elektrony napotykają silne pole elektryczne, są kierowane w stronę punktów o wyższym potencjale w polu i zdobywają wystarczająco dużą prędkość. Innymi słowy, elektrony są przyspieszane wzdłuż kierunku pola elektrycznego z powodu wysokiego gradientu potencjału. W trakcie swojej podróży, te elektrony zderzają się z innymi atomami i cząsteczkami powietrza lub gazu i wyrzucają elektrony walencyjne z ich orbit.

Po wydobyciu z rodzicielskich atomów, elektrony również będą poruszać się wzdłuż tego samego pola elektrycznego z powodu gradientu potencjału. Te elektrony również zderzą się z innymi atomami i stworzą więcej wolnych elektronów, które również będą skierowane wzdłuż pol