Otevírání elektrických obvodů

Otevření elektrických obvodů obvykle znamená přechodný proces, ve kterém se obvodový proud mění z určité hodnoty na nulu. V poslední fázi rozpojování obvodu se mezi kontakty rozpojovacího zařízení objeví mezera, která musí mít kromě nulové vodivosti také dostatečně vysokou dielektrickou pevnost, aby vydržela působení do něj obnoveného napětí obvodu.

Fyzikální charakteristiky obloukového výboje

Elektrický oblouk může nastat, když se mezera mezi kontakty (elektrodami) zlomí nebo když se otevřou. Při rozepnutí kontaktů je oblouk mezi nimi usnadněn tvorbou žhnoucích „fleků“ na kontaktní ploše, které jsou důsledkem značných proudových hustot na malých plochách „oddělení“. To způsobí, že se při přerušení kontaktů vytvoří oblouk, a to i při poměrně nízkém napětí (řádově několik desítek voltů).

Obecně se uznává, že minimální podmínky pro vznik alespoň nestabilního oblouku na kontaktech jsou proud asi 0,5 A a napětí 15 — 20 V.

Rozepnutí kontaktů při nižších hodnotách napětí a proudu je obvykle doprovázeno pouze malými jiskrami. Při vyšších napětích naprázdno, ale při nižších proudech je možný vznik mezi otevřenými kontakty doutnavý výboj.

Přítomnost doutnavého výboje je charakterizována výrazným poklesem katodového napětí (až 300 V). Pokud se doutnavý výboj změní například v obloukový výboj, když se proud v obvodu zvýší, pak pokles katodového napětí klesne na 10 — 20 V.

Charakteristické rysy obloukového výboje při vysokém tlaku plynného média jsou:

• vysoká proudová hustota ve sloupci oblouku;

• vysoká teplota plynu uvnitř obloukového kanálu dosahující 5000 K a za podmínek intenzivní deionizace 12000 - 15000 K a vyšší;

• vysoká proudová hustota a nízký úbytek napětí na elektrodách.

Obvykle je cílem zajistit, aby proces otevírání okruhu probíhal co nejrychleji. K tomuto účelu se používají speciální spínací přístroje (vypínače, jističe, stykače, pojistky, odpínače zátěže atd.).

Jevy oblouku jsou pozorovány nejen u jističů. Při otevření kontaktů může vzniknout elektrický oblouk. odpojovače vysokého napětí, při překrytí izolace vedení, při přepálení ochranných prvků pojistek atp.

Složitost zařízení těchto zařízení závisí na požadavcích na ně kladených z hlediska provozních napěťových úrovní, jmenovitých proudů a zkratových proudů, úrovní vyskytujících se přepětí, atmosférických podmínek, jmenovitých otáček atd.

Vlastnosti otevírání elektrických obvodů pomocí odpojovačů

S otázkou hašení dlouhých otevřených oblouků střídavého proudu se nejčastěji setkáváme při práci s jednoduchými odpojovači, jako jsou vypínací zařízení. Takové odpojovače nemají speciální zařízení na potlačení oblouku a při rozepnutí kontaktů pouze prodlužují oblouk do vzduchu.

Pro zlepšení podmínek pro natahování oblouku jsou odpojovače vybaveny rohovinou nebo přídavnými tyčovými elektrodami, podél kterých je oblouk nadzvedáván a natahován do velké délky.

Na internetu je nahráno mnoho videí, která ukazují proces vzniku elektrického oblouku při otevření kontaktů odpojovačů při zatížení (ty lze snadno najít vyhledáním výrazu «odpojovač oblouku»).

Otevřený oblouk na odpojovačích nebo mezi vodiči a zemí na elektrických vedeních je silně podporován větrem. Za přítomnosti větru může být oblouk kratší, a proto se eliminuje rychleji než za nepřítomnosti větru. Nicméně faktor, jako je vítr, by se neměl brát v úvahu kvůli jeho nekonzistentnosti, ale na základě přísnějších podmínek — úplné nepřítomnost větru.

Pomocí odpojovačů není možné vypnout velký proud, protože oblouk současně dosahuje značné délky, vytváří hodně plamenů a silně taví kontakty odpojovacího zařízení. Silný otevřený oblouk snadno poškodí izolátory, se kterými přijde do kontaktu, způsobí překrytí mezi fázemi, což vede ke zkratu v síti.

Konvenční odpojovače jsou široce používány k odpojování proudů naprázdno malých transformátorů, kapacitních zatěžovacích proudů, nízkozatěžovacích proudů atd.

Způsoby otevírání elektrických obvodů

Pro otevírání elektrických obvodů stejnosměrným a střídavým proudem jsou v zásadě možné následující způsoby.

1. Jednoduché jiskření elektrických obvodů

Do této skupiny patří takové způsoby otevírání elektrických obvodů stejnosměrným a střídavým proudem, u kterých nejsou prováděna žádná zvláštní doplňková opatření k omezení proudu v obvodu před rozepnutím kontaktů nebo zvláštní opatření ke snížení energie oblouku v obloukové mezeře oblouku. jistič.

Při tomto způsobu otevírání jsou podmínky přerušení obvodu zajištěny nanejvýš zhášecí komora odpojovacího zařízení vytvořením požadované dielektrické pevnosti mezery při průchodu proudu nulou (střídavý proud) nebo dosažením dostatečné hodnoty napětí na oblouku (stejnosměrný proud).

Při oblouku se mohou kontakty aparátu otevřít v jakékoli fázi proudu protékajícího obvodem, proto musí být kontakty a prvky zhášecí komory dimenzovány na dopad oblouku o relativně velkém výkonu a energii.

Zhášecí komory pro elektrická zařízení

Obloukový žlab jističe

2. Omezené otevírání oblouku elektrických obvodů

Mezi takové vylučovací metody patří ty, u kterých je poměrně velká aktivní resp reaktivita, díky čemuž proud v obvodu poměrně výrazně klesá oproti jeho hodnotě, která existovala před nástupem omezení. Vypínač vypne omezený proud, který zůstává v obvodu.

V tomto případě vzniká na kontaktech oblouk s omezeným výkonem a zhášení oblouku na zbývajícím proudu je jednodušší úkol, než kdyby proud omezen nebyl.

Do stejné skupiny běžně řadíme takové způsoby odpojování, u kterých je fáze přerušení proudu přísně pevná nebo doba hoření oblouku na kontaktech je omezena některými speciálními opatřeními, například ventilovými zařízeními atd.

3. Bezobloukové otevírání elektrických obvodů

Proces otevírání elektrických obvodů je v tomto případě charakteristický tím, že k obloukovému výboji na hlavních kontaktech dochází zcela nebo se vyskytuje ve formě velmi krátkodobého nestabilního oblouku vlivem indukčnosti a vzájemné indukčnosti obvodů. . Tohoto typu rozepnutí obvodu se obvykle dosahuje pomocí vysoce výkonných ventilů (křemíkové diody nebo tyristory) používaných jako bočníkové prvky kontaktů hlavního vypínače.

Charakteristiky zhášení oblouku při otevírání stejnosměrných a střídavých elektrických obvodů

Podmínky zhášení střídavého oblouku s aktivní deionizací mezery spínacího zařízení jsou zásadně vyloučeny z podmínek zhášení stejnosměrných oblouků a dlouhých otevřených střídavých oblouků.

V trvalém oblouku nebo v otevřeném dlouhém střídavém oblouku dochází k zhášení především proto, že při natažení oblouku zdroj elektrické energie nedokáže pokrýt úbytek napětí ve sloupci oblouku, v důsledku čehož dochází k nestabilnímu stavu a oblouk zhasne.

Když se ve střídavém obvodu objeví oblouk, když je sloupec oblouku aktivně deionizován nebo se rozpadne na sérii krátkých oblouků, může být oblouk zhasnut, i když má zdroj stále velké napájecí napětí pro udržení hoření oblouku, ale to se ukáže být nedostatečný k zajištění jeho zapálení — při současném překročení nuly.

Za podmínek aktivní deionizace při průchodu proudem nulou se vodivost sloupce oblouku natolik sníží, že na něj musí být alespoň krátkodobě přivedeno značné napětí pro spuštění oblouku v dalším půlcyklu.

Pokud obvod není schopen poskytnout dostatečné napětí a rychlost jeho nárůstu v mezeře, po průchodu proudu nulou se proud přeruší, to znamená, že se v dalším půlcyklu neobjeví oblouk a obvod je nakonec vypnutý.

Pak zvažte ty nejběžnější jednoduché otevření obloukových obvodů.

Pokud napětí a proud zdroje obvodu překročí určité kritické hodnoty, pak na kontaktech elektrického odpojovacího zařízení když se otevřou, dojde ke stabilnímu obloukovému výboji… Pokud se kontakty dále rozcházejí nebo je oblouk vháněn do zhášecí komory odpojovače, vytváří se nestabilní podmínky hoření oblouku a oblouk může být uhašen.

S rostoucím napětím a proudem v obvodu se rychle zvyšuje obtížnost vytváření nestabilních podmínek oblouku. Při napětí dosahujícím tisíců a desetitisíců voltů a relativně vysokých proudech (tisíce ampérů) vzniká v kontaktech odpojovacího zařízení velmi silný oblouk, aby došlo k jeho uhašení a tedy přerušení obvodu, je třeba přijmout opatření k použití více či méně sofistikovaná zhášecí zařízení oblouku ... Zvláště výrazné obtíže vznikají při vypínání stejnosměrných obvodů.

Během skály je také nutné překonat značné obtíže. zkratové proudy ve střídavých obvodech na krátkou dobu (setiny a tisíciny sekundy).

Rychlé přerušení obvodu a odstranění vzniklých zkratů v elektrických instalacích jsou dány řadou okolností a především potřebou zachování stability provozu. elektrické systémy, ochrana vodičů a zařízení před tepelnými účinky zkratových proudů, ochrana kontaktů a obloukových komor odpojovacích zařízení před destruktivním působením silného oblouku.

Rychlé odstranění otevřeného oblouku je také velmi důležité v zařízeních pro nízkonapěťové řídicí obvody, které jsou obvykle určeny pro velmi velké množství spínacích procesů. Zkrácení doby hoření oblouku vede ke snížení hoření kontaktů a dalších prvků zařízení a tím ke zvýšení životnosti.

Velmi rychlá eliminace oblouku však může vést k velmi velkým rázům v obvodu, protože oblouk, když je obvod otevřený, absorbuje elektromagnetickou energii uloženou v obvodu, která může být přeměněna na elektrostatickou rázovou energii. Obloukový výboj tedy může hrát v některých případech pozitivní roli. S tím by se mělo počítat.

Problém vytvoření spolehlivých vysokorychlostních vysokonapěťových a nízkonapěťových odpojovacích zařízení je založen především na správném řešení problematiky zhášení oblouku v nich.

Přerušení elektrických obvodů nízkého a vysokého napětí s vytvořením silného oblouku v kontaktech elektrických zařízení je složitý proces, jehož studium je věnováno velkému množství teoretických a experimentálních studií a vývojových trendů.

Způsobů hašení střídavých a stejnosměrných oblouků, které se v praxi používají, je velké množství v závislosti na provozních napěťových úrovních, velikosti proudů, požadované době provozu odpojovacích zařízení, bezpečnostních podmínkách atd.

V současnosti je jednoduchý oblouk stále hlavní cestou, kterou se technologie vysokonapěťových a nízkonapěťových střídavých a stejnosměrných spínacích zařízení nadále ubírá.

Viz také:Vysokonapěťové vakuové jističe — Konstrukce a princip činnosti