Neydir Bir Elek? | Devre Kesicideki Elek

Ark söndürme veya ark söndürme teknolojileri hakkında detaylı bilgi edinmeden önce, öncelikle ark ne olduğunu bilmeliyiz.

Ark Nedir?

Bir devre kesicinin akım taşıyan kontakları açıldığında, açılan kontaklar arasındaki ortam yüksek derecede iyonize olur ve bu yolla kesintiye uğrayan akım düşük dirençli bir yol bulur ve fiziksel olarak ayrılmış olsa bile bu yolda akım devam eder. Akım bir kontakttan diğerine aktarılırken, bu yol çok ısıtılır ve parlaklaşır. Bu duruma ark denir.

Devre Kesicideki Ark

Yük akımı taşıyan devre kesici kontakları açıldığında, ayrılırken kontaklar arasında bir devre kesicideki ark oluşur.

Bu ark, kontaklar arasında sürdürüldüğü sürece, devre kesiciden geçen akım nihayetinde kesilmez çünkü ark kendi başına elektrik iletimi sağlar. Akımın tamamen kesilmesi için, arknın mümkün olduğunca hızlı söndürülmesi gerekir. Bir devre kesicinin temel tasarım kriteri, hızlı ve güvenli akım kesimini sağlamak için uygun bir ark söndürme teknolojisini sağlamaktır. Bu nedenle, devre kesicide kullanılan farklı ark söndürme tekniklerine geçmeden önce, arkın ne olduğu ve devre kesicideki arkın temel teorisi hakkında anlamaya çalışalım.

Gazın Isısal İyonizasyonu

Oda sıcaklığında bir gazda, ultraviyole ışınlar, kozmik ışınlar ve dünyanın radyoaktivitesi nedeniyle bazı özgür elektronlar ve iyonlar bulunmaktadır. Bu özgür elektronlar ve iyonlar sayısında çok azdır ve elektriğin iletimini sürdürmeye yetecek kadar değildir. Gaz molekülleri oda sıcaklığında rastgele hareket eder. Oda sıcaklığında (300 K) bir hava molekülü yaklaşık ortalama 500 metre/saniye hızla rastgele hareket ettiğini ve saniyede 10^10 kez diğer moleküllerle çarpıştığını bulmuştur.

Bu rastgele hareket eden moleküller çok sık bir şekilde birbirleriyle çarpışır, ancak moleküllerin kinetik enerjisi, moleküllerin atomlarından bir elektron çıkarmak için yeterli değildir. Sıcaklık arttıkça, havanın ısınması ve sonuçta moleküllerin hızının artmasıyla, daha yüksek hız demek daha yüksek etki demektir. Bu durumda, bazı moleküller atomlara bölünür. Havanın sıcaklığı daha da artırılırsa, birçok atom valans elektronlarından mahrum kalır ve gaz iyonize olur. Bu iyonize gaz, yeterli miktarda özgür elektron olduğundan dolayı elektriği iletebilir. Herhangi bir gaz veya havanın bu durumu plazma olarak adlandırılır. Bu fenomene gazın ısısal iyonizasyonu denir.

Elektron Çarpışmasına Göre İyonizasyon

Daha önce belirttiğimiz gibi, havada veya gazda her zaman bazı özgür elektronlar ve iyonlar bulunur, ancak bu elektronlar ve iyonlar elektriği iletmek için yetersizdir. Bu özgür elektronlar güçlü bir elektrik alanına rastladıklarında, alandaki daha yüksek potansiyele doğru yönlendirilir ve yeterince yüksek hız kazanırlar. Başka bir deyişle, elektronlar yüksek potansiyel gradyan nedeniyle elektrik alan yönünde ivmelendirilir. Seyahat sırasında bu elektronlar hava veya gazın diğer atomlarıyla ve moleküllerle çarpışır ve onların yörüngelerinden valans elektronlarını çıkarır.

Ana atomlardan çıkarıldıktan sonra, elektronlar aynı elektrik alan yönünde potansiyel gradyan nedeniyle hareket eder. Bu elektronlar benzer şekilde diğer atomlarla çarpışarak daha fazla özgür elektron oluşturur ve bu özgür elektronlar da elektrik alan yönünde yönlendirilir. Bu eşleşen eylem sonucunda gazdaki özgür elektron sayısı o kadar artar ki, gaz elektriği iletmeye başlar. Bu fenomene elektron çarpışmasına bağlı gazın iyonizasyonu denir.

Gazın Deionizasyonu

Bir gazın tüm iyonizasyon sebepleri bir iyonize gazdan kaldırıldığında, pozitif ve negatif yüklerin yeniden birleşmesiyle hızlı bir şekilde nötr duruma geri döner. Pozitif ve negatif yüklerin yeniden birleşme sürecine deionizasyon süreci denir. Difüzyonla deionizasyonda, negatif iyonlar veya elektronlar ve pozitif iyonlar konsantrasyon gradyanlarının etkisi altında duvarlara doğru hareket ederek yeniden birleşme sürecini tamamlarlar.

Devre Kesicideki Arknın Rolü

İki akım kontağı açıldığında, arka kontak aralığını köprüleyerek akımın düşük dirençli bir yolunu sağlar, böylece akım aniden kesilmez. Kontakların açılmasındaki ani ve ani değişiklik olmadığından, sistemde anormal bir anahtarlama gerilmesi oluşmaz. Eğer i, kontaklar açılmadan hemen önce akım ise, L, sistem indüktansı ise, kontakların açılmasındaki anahtarlama gerilmesi V = L.(di/dt) şeklinde ifade edilebilir, burada di/dt kontakların açılmasındaki akımın zamana göre değişim oranıdır. Alternatif akım durumunda, arka her akım sıfır noktasında geçici olarak söner. Her akım sıfır noktasından sonra, ayrık kontaklar arasındaki ortam bir sonraki akım döngüsünde yeniden iyonize olur ve devre kesicideki ark yeniden kurulur. Kesintinin tam ve başarılı olması için, ayrık kontaklar arasındaki bu yeniden iyonizasyon, bir akım sıfır noktası sonrasında önlenmelidir.

Devre kesicideki ark, akım taşıyan kontaklar açıldığında yoksa, akım ani ve ani bir şekilde kesilir, bu da sistemin yalıtımını ciddi bir şekilde stres altında bırakan yeterince büyük bir anahtarlama gerilmesine neden olur. Diğer taraftan, ark, kontakların akım taşıma durumundan akım kesme durumuna geçişini, graduel ama hızlı bir şekilde sağlar.

Ark Kesme, Ark Söndürme veya Ark Söndürme Teorisi

Ark Kolon Özellikleri

Yüksek sıcaklıklarda gazdaki yüklü parçacıklar hızlı ve rastgele hareket eder, ancak elektrik alanının yokluğu durumunda, net bir hareket gerçekleşmez. Bir elektrik alan gazda uygulandığında, yüklü parçacıklar rastgele termal hareketlerinin üzerine süperpoze edilmiş bir sürüklenme hızı kazanır. Sürüklenme hızı, alanın voltaj gradyanına ve parçacık mobilitesine orantılıdır. Parçacık mobilitesi, parçacığın kütlesine bağlıdır, daha ağır parçacıklar, daha düşük mobiliteye sahiptir. Mobilite ayrıca, parçacıkların rastgele hareketi için mevcut olan serbest yollarına da bağlıdır. Her zaman bir parçacık çarpıştığında, yönlendirilmiş hızını kaybeder ve tekrar elektrik alan yönünde ivmelendirilmelidir. Bu nedenle, parçacıkların net mobilitesi azalır. Eğer gaz yüksek basınçta ise, daha yoğun hale gelir ve bu nedenle, gaz molekülleri birbirine daha yakın gelir, bu yüzden çarpışmalar daha sık olur ve parçacıkların mobilitesi azalır. Yüklü parçacıklar tarafından taşınan toplam akım, parçacıkların mobilitesine orantılıdır. Bu nedenle, yüklü parçacıkların mobilitesi, gazın sıcaklığı, basıncı ve gazın doğası üzerinde bağlıdır. Yine, gaz parçacıklarının mobilitesi, gazın iyonizasyon derecesini belirler.

Bu nedenle, yukarıdaki açıklamadan, gazın iyonizasyon süreci, gazın doğası (ağır veya hafif gaz parçacıkları), gazın basıncı ve gazın sıcaklığına bağlıdır. Daha önce belirttiğimiz gibi, ark kolonun yoğunluğu, ayrık elektrik kontakları arasındaki iyonize ortamın varlığına bağlıdır, bu nedenle, kontaklar arasındaki ortamdaki iyonizasyonu azaltmaya veya deionizasyonu artırmaya özel bir dikkat gösterilmelidir. Bu nedenle, devre kesicinin temel tasarım özelliği, devre kesici kontakları arasındaki farklı ark medyası için farklı basınç kontrol yöntemleri, soğutma yöntemleri sağlamaktır.

Arktan Isı Kaybı

Devre kesicideki arktan ısı kaybı, iletim, konveksiyon ve radyasyon yoluyla gerçekleşir. Yağ içinde düz kesme ark, kanallarda veya dar deliklerdeki ark, neredeyse tüm ısı kaybı iletim yoluyla gerçekleşir. havalandırma devre kesicisinde veya elektrik kontakları arasındaki gaz akışı varsa, ark plazmasındaki ısı kaybı konveksiyon yoluyla gerçekleşir. Normal basınçta radyasyon önemli bir faktör değildir, ancak yüksek basınçta radyasyon, ark plazmasından ısı dağılımının çok önemli bir faktörü haline gelebilir. Elektrik kontaklarının açılmasında, devre kesicideki ark oluşur ve her akım sıfır noktasında söner ve ardından bir sonraki döngüde yeniden kurulur. Devre kesicideki nihai ark söndürme veya ark söndürme, kontaklar arasındaki dielektrik gücün hızlı bir şekilde artmasıyla sağlanır, böylece sıfır geçişinden sonra arkanın yeniden kurulması mümkün olmaz. Bu, kontaklar arasındaki gazın deionizasyonu yoluyla veya iyonize gazın soğuk ve taze gazla değiştirilmesi yoluyla sağlanır.
Devre kesicide ark söndürme için çeşitli deionizasyon süreçleri uygulanır, bunları kısa bir şekilde tartışalım.

Basınç Arttırılması Sonucu Gazın Deionizasyonu

Eğer ark yolunun basıncı artarsa, iyonize gazın yoğunluğu artar, bu da, gazdaki parçacıklar birbirine daha yakın gelir ve bu nedenle parçacıkların serbest yolu azalır. Bu, çarpışma oranını artırır ve daha önce belirttiğimiz gibi, her çarpışmada yüklü parçacıklar, elektrik alan yönündeki yönlendirilmiş hızını kaybeder ve tekrar alana doğru ivmelendirilir. Genel olarak, yüklü parçacıkların mobilitesi azaldığı söylenebilir, bu nedenle arkı korumak için gereken voltaj artar. Parçacıkların yoğunluğunun artmasının başka bir etkisi, zıt yüklü parçacıkların yeniden birleşmesiyle birlikte daha yüksek bir deionizasyon hızıdır.

Sıcaklığın Azalması Sonucu Gazın Deionizasyonu

Gazın iyonizasyon hızı, gaz parçacıklarının çarpışmasındaki etkinin yoğunluğuna bağlıdır. Parçacıkların çarpışmasındaki etkinin yoğunluğu, parçacıkların rastgele hareketlerinin hızına bağlıdır. Bir parçacığın rastgele hareketi ve hızı, gazın sıcaklığının artmasıyla artar. Bu nedenle, bir gazın sıcaklığı artırıldığında, ionizasyon süreci artar ve tersi de doğrudur, yani sıcaklık azaldığında gazın iyonizasyon hızı azalır, yani gazın deionizasyonu artar. Sonuç olarak, daha düşük bir sıcaklıkta ark plazmasını korumak için daha fazla voltaj gereklidir. Nihayetinde, soğutmanın ark direncini etkili bir şekilde artırdığı söylenebilir.
Farklı devre kesicileri, farklı soğutma teknikleri kullanır, bunları daha sonra devre kesicileri konusunda tartışacağız.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.