Nini ni Arc? | Arc katika Kitambulisho cha Mzunguko

Kabla ya kutafuta maelezo ya teknolojia za kukamua arc au kutumia arc zinazotumiwa katika circuit breaker, tunapaswa kujua kwanza nini ni arc kweli.

Nini ni Arc?

Wakati wa kupungua contacts zenye unayotumia umeme katika circuit breaker, medium kati ya contacts zinazopungua hupata ionized sana ambayo inaweza kuwa na njia yenye upinzani mdogo wa kutosha ili current iendelee kukwenda kwenye njia hiyo hata wakati contacts zimekuwa zimepunguka kwa kutosha. Wakati current inaenda kutoka moja hadi nyingine, njia hii hupewa moto sana ikawa inashine. Hii inatafsiriwa kama arc.

Arc katika Circuit Breaker

Kila wakati contacts zenye current katika circuit breaker zipo wazi, arc katika circuit breaker, inatumika kati ya contacts zinazopungua.

Tangu hii arc ipo kati ya contacts, current itatoka kwa circuit breaker haiwezi kumpungua mara moja kwa sababu arc yenyewe ni njia yenye upinzani mdogo wa umeme. Kwa ajili ya kupungua kabisa current, ni muhimu kamidha kukamua arc kwa haraka. Mbinu muhimu ya kubuni circuit breaker ni kutoa teknolojia sahihi ya kukamua arc katika circuit breaker ili kufanya kumpungua current kwa haraka na salama. Kwa hivyo kabla ya kutembelea tofauti techniques za kukamua arc zinazotumiwa katika circuit breaker, tutajaribu kuelewa nini ni arc na msingi wa arc katika circuit breaker, tufanye majadiliano.

Uionization ya Moto ya Gas

Kuna elektroni na ions wazima wenye huruma katika gas kwa joto la nyumba kutokana na sinarau ultraviolet, cosmic rays na radioactivity ya dunia. Elektroni na ions wazima wazima wanapungua sana kusaidia kutumia umeme. Molekuli za gas huenda kwa undani kwa joto la nyumba. Imefundishwa kuwa molekulina ya hewa kwa joto la 300oK (Joto la Nyumba) huenenda kwa undani kwa kiwango cha asili cha 500 mita/muda na kuchanganyika na molekuli mingine kwa takriban mara 1010 kila sekunde.

Molekuli hizi zinazounda kwa undani zinachanganyika kwa undani kwa njia ya mara kwa mara lakini nishati ya kimotiki ya molekuli sio kifaa kutoa elektron kutoka kwa atom za molekuli. Ikiwa joto linongezeka, hewa itaongezeka na hasa kiwango cha asili cha molekuli litongezeka. Kiwango cha asili cha juu lina maana changanyiko chenye impact mkubwa. Katika hali hii baadhi ya molekuli zitapunguka kwa atoms. Ikiwa joto la hewa lingongezeka zaidi, atoms mengi zitapunguka kwa valence electrons na kufanya gas ionized. Kisha gas ionized hii inaweza kutumia umeme kwa sababu ya elektroni wazima wenye huruma. Hali hii ya chochote gas au hewa inatafsiriwa kama plasma. Phenomenon hii inatafsiriwa kama uionization ya moto ya gas.

Uionization kutokana na Changanyiko la Electron

Kama tulivyodiskuta, kuna elektroni na ions wazima wenye huruma katika hewa au gas lakini wanapungua sana kutumia umeme. Mara nyingi elektroni wazima hawa wanapomtambulika na electric field, wanadirektwa kwa pointi za potentiali kubwa na kuheshimiana na kiwango cha asili kikubwa. Vinginevyo, elektroni hawa huchanganya kwa undani kwa mawindo ya electric field kwa sababu ya potentiali gradient. Wakati wao wakizunguka, elektroni hawa huchanganyika na atoms na molekuli mingine ya hewa au gas na kutokua valance electrons kutoka kwa orbits zao.

Baada ya kukutoka kwa atoms wazima, elektroni hawa wanazunguka pia kwa mawindi ya electric field kwa sababu ya potentiali gradient. Elektroni hawa wanachanganyika pia na atoms mingine na kutengeneza elektroni wazima zaidi ambao wanadirektwa kwa electric field. Kwa sababu ya conjugative action hii, idadi ya elektroni wazima katika gas itakuwa kubwa sana kufanya gas tuumie umeme. Phenomenon hii inatafsiriwa kama uionization ya gas kutokana na changanyiko la electron.

Deionization ya Gas

Ikiwa sabab zote za uionization ya gas zimeondoka kutoka kwa gas ionized, itarejelea kwa haraka kwa hali yake neutral kwa recombination ya positive na negative charges. Proses ya recombination ya positive na negative charges inatafsiriwa kama deionization process. Katika deionization kwa diffusion, negative ions au electrons na positive ions huenda kwenye upepo kwa undani kwa athari ya concentration gradients na kufanya kamilifu proces ya recombination.

Ufunuo wa Arc katika Circuit Breaker

Wakati contacts zenye current zipo wazi, arc huunda contact gap kwa ambayo current hupata njia yenye upinzani mdogo wa kutosha ili iendelee kukwenda bila kupungua mara moja. Tangu hakuna kupungua mara moja na abrupt ya current wakati contacts zipo wazi, hakuna kupungua voltage abnormal katika system. Ikiwa i ni current unayotumia kwenye contacts kabla ya zipo wazi, L ni system inductance, switching over voltage wakati contacts zipo wazi, inaweza kutafsiriwa kama V = L.(di/dt) ambapo di/dt ni kiwango cha asili cha current kwa muda wakati contacts zipo wazi. Katika hali ya alternating current, arc inapungua mara moja kila current zero. Baada ya kupita kila current zero, media kati ya contacts zilizopungua hupata ionized tena katika cycle ifuatayo ya current na arc katika circuit breaker hutengenezwa tena. Kufanya kupungua iwe kamili na sahihi, hii ionization inayofuata kati ya contacts zilizopungua lazima kuzunguka baada ya current zero.

Ikiwa arc katika circuit breaker haipo wakati contacts zenye current zipo wazi, itakuwa na kupungua mara moja na abrupt ya current ambayo italeta voltage kubwa sana ya switching over inayoweza kusababisha stress kwa insulation ya system. Kwa upande mwingine, arc hutoa transition gradual lakini haraka kutoka kwa current carrying hadi current breaking states ya contacts.

Theory ya Arc Interruption au Arc Quenching au Arc Extinction

Misoro ya Arc Column

Katika joto kikubwa, particles zenye charge katika gas zinazozunguka kwa undani na kwa undani, lakini bila electric field, hakuna motion net ya kutokea. Mara nyingi electric field inatumika katika gas, particles zenye charge huzipata drift velocity superimposed kwenye random thermal motion yao. Drift velocity ni proportional na voltage gradient ya field na particle mobility. Particle mobility inategemea kwa uzito wa particle, particles zinazokuwa zinazopungua, mobility inapungua. Mobility pia inategemea kwa mean free paths available katika gas kwa random movement ya particles. Tangu kila wakati particle ichanganyika, inapoteza directed velocity yake na inahitaji kurudia acceleration kwa mawindo ya electric field tena. Hivyo basi, net mobility ya particles inapungua. Ikiwa gas ina pressure kikubwa, inakuwa nzito na basi, molecules za gas hupata karibu zaidi, hivyo changanyiko huenda mara kwa mara ambayo hupungua mobility particles. Total current na charged particles ni directly proportional na mobility yao. Hivyo basi, mobility ya charged particles inategemea kwa joto, pressure ya gas na pia tabia ya gas. Ten tena, mobility ya particles za gas inadhibiti degree ya uionization ya gas.

Hivyo kutokana na maelezo hayo, tunaweza kusema ionization process ya gas inategemea kwa tabia ya gas (particles za gas zinazopungua au zinazokuwa zinazopungua), pressure ya gas na joto la gas. Kama tulivyosema awali, intensity ya arc column inategemea kwa presence ya ionized media kati ya electrical contacts zilizopungua, hivyo, special attention lazima likuwe kwenye kupungua uionization au kupungua deionization ya media kati ya contacts. Hivyo basi, mbinu muhimu ya kubuni circuit breaker ni kutoa tofauti pressure control methods, cooling methods kwa tofauti arc media kati ya circuit breaker contacts.

Heat loss kutoka kwa Arc

Heat loss kutoka kwa arc katika circuit breaker inatokea kwa conduction, convection na pia radiation. Katika circuit breaker na plain break arc in oil, arc in chutes au narrow slots, heat loss zote zinatokea kwa conduction. Katika air blast circuit breaker au katika breaker ambako flow ya gas ipo kati ya electrical contacts, heat loss ya arc plasma inatokea kwa convection process. Katika pressure ya normal, radiation haikuwa factor muhimu sana lakini katika pressure kikubwa, radiation inaweza kuwa factor muhimu wa heat dissipation kutoka kwa arc plasma. Wakati wa kupungua electrical contacts, arc katika circuit breaker inatumika na inapungua kila zero crossing ya current na kisha inatumika tena katika cycle ifuatayo. Arc extinction au arc quenching kamili katika circuit breaker inafanikiwa kwa rapid increase ya dielectric strength kati ya contacts ili reestablishment ya arc baada ya zero crossing isitegemezwi. Rapid increase hii ya dielectric strength kati ya circuit breaker contacts inafanikiwa kwa deionization ya gas katika arc media au kwa kurudia ionized gas na cool na fresh gas.
Kuna tofauti deionization processes zinazotumiwa kwa arc extinction katika circuit breaker, hebu tujadili kidogo.

Deionization ya Gas kutokana na Increasing Pressure

Ikiwa pressure ya arc path inongezeka, density ya gas ionized inongezeka ambayo inamaanisha, particles katika gas hupata karibu zaidi na hivyo mean free path ya particles inapungua. Hii inongeza rate ya changanyiko na kama tulivyodiskuta kila wakati particles zinachanganyika, charged particles zinapoteza directed velocity yao kwa electric field na kisha wanarudi kwenye acceleration kwa field. Inaweza kusema kuwa overall mobility ya charged particles imepungua hivyo voltage inayohitajika kuboresha arc imeongezeka. Athari nyingine ya density ya particles inayongezeka ni rate kubwa ya deionization ya gas kutokana na recombination ya oppositely charged particles.

Deionization ya Gas kutokana na Decreasing Temperature

Rate ya uionization ya gas inategemea kwa intensity ya impact wakati wa changanyiko wa particles za gas. Intensity ya impact wakati wa changanyiko wa particles pia inategemea kwa kiwango cha asili cha particles. Random motion ya particle na kiwango cha asili chake kinongezeka kwa ongezeko la joto la gas. Hivyo basi, inaweza kutafsiriwa kuwa ikiwa joto la gas linongezeka, ionization process lake linongezeka na statement iliyopigwa kinyume ni pia ni kweli, ambayo ni ikiwa joto linopungua, rate ya uionization ya gas inapungua in