Ano ang Isang Arc? | Arc sa Circuit Breaker

Bago magkaroon ng detalyadong pag-uusap tungkol sa teknolohiya ng pagtatapos ng ark o pagkawala ng ark na ginagamit sa circuit breaker, kailangang malaman muna natin ano talaga ang ark.

Ano ang Ark

Kapag binuksan ang mga kontak na nagdadala ng kuryente sa isang circuit breaker, ang medium sa pagitan ng mga bukas na kontak ay naging mataas na ionized kung saan ang kasalukuyang kuryente ay nakakakuha ng mababang resistibong daan at patuloy na umiikot sa pamamagitan ng daang ito kahit na pisikal na hiwalay na ang mga kontak. Sa panahon ng pag-ikot ng kuryente mula sa isa hanggang sa iba pang kontak, ang daan ay naging sobrang mainit na siya na nagliliwanag. Ito ang tinatawag na ark.

Ark sa Circuit Breaker

Kapag binuksan ang mga kontak na may karga ng kuryente sa circuit breaker, mayroong ark sa circuit breaker, na itinatag sa pagitan ng mga naghihiwalay na kontak.

Sampung oras na itinatag ang ark sa pagitan ng mga kontak, ang kuryente sa pamamagitan ng circuit breaker ay hindi maaaring ma-interrupt nang walang pagbabago dahil ang ark mismo ay isang conductive path ng kuryente. Para sa ganap na pag-interrupt ng kuryente, kinakailangan ng circuit breaker na mapabilis na tapusin ang ark. Ang pangunahing disenyo ng circuit breaker ay upang magbigay ng angkop na teknolohiya ng pagtatapos ng ark sa circuit breaker upang matiyak ang mabilis at ligtas na pag-interrupt ng kuryente. Kaya bago tayo pumunta sa iba't ibang ark quenching techniques na ginagamit sa circuit breaker, subukan nating maintindihan kung ano ang ark at ang basic theory ng ark sa circuit breaker, hayaan nating usapan.

Termal Ionization ng Gas

Mayroong ilang libreng elektron at ions na naroroon sa gas sa temperatura ng silid dahil sa ultraviolet rays, cosmic rays, at radioactivity ng mundo. Ang mga libreng elektron at ions na ito ay napakakaunti kaya hindi sapat upang sustenahan ang conduction ng kuryente. Ang mga molekula ng gas ay random na gumagalaw sa temperatura ng silid. Natagpuan na ang air molecule sa temperatura ng 300oK (Temperature ng silid) ay random na gumagalaw na may average velocity ng 500 metro/segundo at sumusugpo ng iba pang mga molekula sa rate ng 1010 beses/segundo.

Ang mga random na gumagalaw na mga molekula ay madalas na sumusugpo ng bawat isa ngunit ang kinetic energy ng mga molekula ay hindi sapat upang i-extract ang isang elektron mula sa mga atom ng mga molekula. Kapag ang temperatura ay itinaas, ang hangin ay magiging mainit at bilang resulta, ang velocity ng mga molekula ay itataas. Mas mataas na velocity ay nangangahulugang mas mataas na impact sa inter molecular collision. Sa sitwasyong ito, ang ilang mga molekula ay disassociated sa atoms. Kapag ang temperatura ng hangin ay paalis na itinaas, maraming atoms ay inalis ng valence electrons at gawin ang gas na ionized. Pagkatapos, 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 termal ionization ng gas.

Ionization Dahil sa Electron Collision

Tulad ng aming napagusapan, mayroon palaging ilang libreng elektron at ions na naroroon sa hangin o gas ngunit hindi sapat upang mag-conduct ng kuryente. Kapag ang mga libreng elektron na ito ay naparito sa malakas na electric field, ang mga ito ay dinirekta sa mas mataas na puntos ng potential sa field at nakakakuha ng sapat na mataas na velocity. Sa ibang salita, ang mga elektron ay ina-accelerate sa direksyon ng electric field dahil sa mataas na potential gradient. Sa kanilang biyahe, ang mga elektron ay sumusugpo sa iba pang atoms at molecules ng hangin o gas at ina-extract ang valance electrons mula sa kanilang orbit.

Pagkatapos mai-extract mula sa kanilang mga parent atoms, ang mga elektron ay maglalakbay din sa direksyon ng parehong electric field dahil sa potential gradient. Ang mga elektron na ito ay magsumosugpo rin sa iba pang atoms at lumilikha ng mas maraming libreng elektron na dininirekta sa electric field. Dahil sa conjugative action, ang bilang ng libreng elektron sa gas ay maging napakataas na ang gas ay simula ng mag-conduct ng kuryente. Ang phenomenon na ito ay kilala bilang ionization ng gas dahil sa electron collision.

Deionization ng Gas

Kapag ang lahat ng sanhi ng ionization ng gas ay alisin mula sa isang ionized na gas, ito ay mabilis na bumabalik sa kanyang neutral na estado sa pamamagitan ng recombination ng mga positibong at negatibong charges. Ang proseso ng recombination ng positibong at negatibong charges ay kilala bilang deionization process. Sa deionization sa pamamagitan ng diffusion, ang mga negatibong ions o elektron at positibong ions ay lumilipat sa mga pader sa ilalim ng impluwensya ng concentration gradients at kaya natutugunan ang proseso ng recombination.

Tungkulin ng Ark sa Circuit Breaker

Kapag ang dalawang kontak na may kuryente ay lang binuksan, ang ark ay nagbibigay ng tulay sa contact gap kung saan ang kuryente ay nakakakuha ng mababang resistibong daan upang umikot kaya wala ring biglaang pag-interrupt ng kuryente. Dahil wala ring bigla at abrupt na pagbabago ng kuryente sa panahon ng pagbubukas ng mga kontak, wala ring abnormal na switching over voltage sa sistema. Kung ang i ay ang kuryente na umiikot sa mga kontak bago sila binuksan, L ay ang sistema inductance, ang switching over voltage sa panahon ng pagbubukas ng mga kontak, maaaring ipahayag bilang V = L.(di/dt) kung saan di/dt ang rate ng pagbabago ng kuryente sa loob ng oras sa panahon ng pagbubukas ng mga kontak. Sa kaso ng alternating current, ang ark ay pansamantalang nalilipol sa bawat zero ng kuryente. Pagkatapos lumampas sa bawat zero ng kuryente, ang media sa pagitan ng nahihati-hati na kontak ay muling naging ionized sa susunod na siklo ng kuryente at ang ark sa circuit breaker ay muling itinatag. Upang gawin ang pag-interrupt na kumpleto at matagumpay, ang re-ionization sa pagitan ng nahihati-hati na kontak ay dapat maprevent pagkatapos ng zero ng kuryente.

Kung ang ark sa circuit breaker ay wala sa panahon ng pagbubukas ng mga kontak na may kuryente, magkakaroon ng bigla at abrupt na pag-interrupt ng kuryente na sapat upang makapag-cause ng malaking switching over voltage na sapat upang severely stress ang insulation ng sistema. Sa kabilang dako, ang ark ay nagbibigay ng gradual pero mabilis, transition mula sa current carrying hanggang sa current breaking states ng mga kontak.

Theory ng Pagtatapos ng Ark o Pagkawala ng Ark o Paglilipol ng Ark

Karunungan ng Column ng Ark

Sa mataas na temperatura, ang mga charged particles sa gas ay mabilis at random na gumagalaw, ngunit sa kawalan ng electric field, walang net motion na nangyayari. Kapag ang isang electric field ay na-apply 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 mass ng particle, 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 oras na sumusugpo ang isang particle, ito ay nawawalan ng directed velocity at kailangang muling i-accelerate sa direksyon ng electric field. Kaya ang net mobility ng mga particles ay nabawasan. Kung ang gas ay nasa mataas na presyon, ito ay naging mas dense at kaya, ang mga gas molecules ay lumapit sa bawat isa, kaya ang collision ay nangyayari mas madalas na nabawasan ang 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 ionization ng gas.

Kaya mula sa paglalarawan, maaari nating sabihin na ang ionization process ng gas ay depende sa nature ng gas (mas mabigat o mas magaan na gas particles), presyon ng gas at temperatura ng gas. Tulad ng sinabi namin, ang intensity ng ark column depende sa presence ng ionized media sa pagitan ng separated electrical contacts, kaya, espesyal na atensyon ang dapat ibigay sa pagbabawas ng ionization o pagtaas ng deionization ng media sa pagitan ng mga kontak. 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 Ark

Ang pagkawala ng heat mula sa ark sa circuit breaker ay nangyayari sa pamamagitan ng conduction, convection at radiation. Sa circuit breaker na may plain break ark sa oil, ark 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 electrical contacts, ang pagkawala ng heat ng ark plasma ay nangyayari dahil sa convection process. Sa normal na presyon, ang radiation ay hindi isang mahalagang factor ngunit sa mas mataas na presyon, ang radiation ay maaaring maging isang napakamahalagang factor ng pagkawala ng heat mula sa ark plasma. Sa panahon ng pagbubukas ng mga electrical contacts, ang ark sa circuit breaker ay nililikha at ito ay nalilipol sa bawat zero crossing ng kuryente at pagkatapos ay muling itinatag sa susunod na siklo. Ang final na paglilipol o pagtatapos ng ark sa circuit breaker ay matatamo sa pamamagitan ng mabilis na pagtaas ng dielectric strength sa medium sa pagitan ng mga kontak upang ang reestablishment ng ark pagkatapos ng zero crossing ay hindi posible. Ang mabilis na pagtaas ng dielectric strength sa pagitan ng circuit breaker contacts ay matatamo sa pamamagitan ng deionization ng gas sa ark media o sa pamamagitan ng pagpapalit ng ionized gas sa cool at fresh gas.
May iba't ibang deionization processes na ina-apply para sa paglilipol ng ark sa circuit breaker, hayaan nating usapan sa maikli.

Deionization ng Gas Dahil sa Pagtaas ng Presyon

Kapag ang presyon ng ark path ay itinaas, ang density ng ionized gas ay itinaas na nangangahulugang ang mga particles sa gas ay lumapit sa bawat isa at bilang resulta, ang mean free path ng mga particles ay