תהליך יצירת קשת חשמלית ושיטות כיבויה

כאשר המעגל החשמלי נפתח, מתרחשת פריקה חשמלית בצורה של קשת חשמלית. להופעת קשת חשמלית, מספיק שהמתח של המגעים יהיה מעל 10 וולט בזרם במעגל בסדר גודל של 0.1 A או יותר. עם מתחים וזרמים משמעותיים, הטמפרטורה בתוך הקשת יכולה להגיע ל-3-15 אלף מעלות צלזיוס, וכתוצאה מכך נמסים מגעים וחלקים חיים.

במתחים של 110 קילו וולט ומעלה, אורך הקשת יכול להגיע למספר מטרים. לכן, קשת חשמלית, במיוחד במעגלי הספק גבוה, עבור מתחים מעל 1 קילו וולט היא סכנה גדולה, אם כי השלכות חמורות יכולות להיות גם במתקנים עבור מתחים מתחת ל-1 קילו וולט. כתוצאה מכך, יש להכיל קשתות ככל האפשר ולכבות במהירות במעגלים עבור מתחים מעל ומתחת ל-1 קילו-וולט.

גורמים לקשת חשמלית

ניתן לפשט את תהליך יצירת קשת חשמלית באופן הבא.כאשר המגעים מתפצלים, לחץ המגע יורד תחילה ומשטח המגע גדל בהתאם, התנגדות מעבר (צפיפות זרם וטמפרטורה - מקומית (באזורים מסוימים של אזור המגע) מתחילה התחממות יתר, מה שתורם עוד יותר לקרינה תרמיונית, כאשר בהשפעת טמפרטורה גבוהה מהירות האלקטרונים עולה והם פורצים מפני השטח של האלקטרודה.

ברגע של הפרדת מגע, כלומר, המעגל נשבר, המתח משוחזר במהירות בפער המגע. מכיוון שבמקרה זה המרחק בין המגעים קטן, יש שדה חשמלי מתח גבוה שבהשפעתו נמשכים אלקטרונים מפני השטח של האלקטרודה. הם מאיצים בשדה חשמלי וכאשר הם פוגעים באטום ניטרלי, הם נותנים לו את האנרגיה הקינטית שלהם. אם אנרגיה זו מספיקה כדי לקרוע לפחות אלקטרון אחד מהקליפה של אטום נייטרלי, אז תהליך היינון מתרחש.

האלקטרונים והיונים החופשיים שנוצרו מרכיבים את הפלזמה של גזע הקשת, כלומר, את התעלה המיוננת שבה הקשת נשרפת ומובטחת תנועה רציפה של חלקיקים. במקרה זה, חלקיקים בעלי מטען שלילי, בעיקר אלקטרונים, נעים בכיוון אחד (לכיוון האנודה), ואטומים ומולקולות של גזים משוללים מאלקטרון אחד או יותר - חלקיקים בעלי מטען חיובי - בכיוון ההפוך (לכיוון הקתודה).

מוליכות הפלזמה קרובה לזו של מתכות.

זרם גדול זורם בפיר הקשת ונוצר טמפרטורה גבוהה.טמפרטורה זו של גליל הקשת מובילה ליינון תרמי - תהליך היווצרות יונים עקב התנגשות של מולקולות ואטומים בעלי אנרגיה קינטית גבוהה במהירויות גבוהות של תנועתם (מולקולות ואטומים של התווך שבו הקשת בוערת מתפרקים לאלקטרונים ובאופן חיובי יונים טעונים). יינון תרמי אינטנסיבי שומר על מוליכות פלזמה גבוהה. לכן, ירידת המתח לאורך הקשת קטנה.

בקשת חשמלית מתרחשים כל הזמן שני תהליכים: בנוסף ליינון, גם דה-יוניזציה של אטומים ומולקולות. זה האחרון מתרחש בעיקר באמצעות דיפוזיה, כלומר, העברת חלקיקים טעונים לסביבה ושילוב מחדש של אלקטרונים ויונים טעונים חיובית, המתגבשים מחדש לחלקיקים ניטרליים עם החזרת האנרגיה המושקעת בהתפרקותם. במקרה זה, החום מוסר לסביבה.

לפיכך, ניתן להבחין בשלושה שלבים של התהליך הנחשב: הצתת קשת, כאשר עקב יינון הלם ופליטת אלקטרונים מהקתודה, מתחילה פריקת קשת ועוצמת היינון גבוהה מדה-יוניזציה, שריפה יציבה של הקשת הנתמכת ע"י. יינון תרמי בגליל הקשת כאשר עוצמות היינון והדה-יוניזציה זהות, היעלמות הקשת כאשר עוצמת הדה-יוניזציה גבוהה מזו של היינון.

שיטות לכיבוי הקשת במכשירי מיתוג חשמליים

כדי לנתק את מרכיבי המעגל החשמלי ולא לכלול נזק למכשיר המיתוג, יש צורך לא רק לפתוח את המגעים שלו, אלא גם לכבות את הקשת המופיעה ביניהם. תהליכי כיבוי קשת, כמו גם שריפה, עם זרם חילופין וזרם ישר שונים.זה נקבע על ידי העובדה שבמקרה הראשון הזרם בקשת עובר דרך אפס בכל חצי מחזור. בזמנים אלו, שחרור האנרגיה בקשת נעצר והקשת נכבית באופן ספונטני ואז נדלקת בכל פעם מחדש.

בפועל, הזרם בקשת מתקרב לאפס מעט מוקדם יותר ממעבר האפס, מכיוון שככל שהזרם יורד, האנרגיה המסופקת לקשת יורדת, וטמפרטורת הקשת יורדת בהתאם והיינון התרמי נפסק. במקרה זה, תהליך הדה-יוניזציה ממשיך באופן אינטנסיבי בפער הקשת. אם תפתח ותפתח במהירות את המגעים בזמן זה, ייתכן שההפסקה החשמלית שלאחר מכן לא תתרחש והמעגל ינותק ללא קשתות. אולם בפועל, הדבר קשה ביותר לביצוע, ולכן ננקטים אמצעים מיוחדים להאצת הכחדת הקשת, להבטיח קירור של חלל הקשת ולהפחתת מספר החלקיקים הטעונים.

כתוצאה מדה-יוניזציה, החוזק הדיאלקטרי של הפער עולה בהדרגה ובמקביל מתח ההתאוששות בו עולה. היחס בין ערכים אלו תלוי אם הקשת תאיר במחצית הבאה של התקופה או לא. אם החוזק הדיאלקטרי של הפער גדל מהר יותר והוא גדול ממתח ההתאוששות, הקשת לא תתלקח יותר, אחרת תסופק קשת יציבה. התנאי הראשון מגדיר את בעיית כיבוי הקשת.

נעשה שימוש בשיטות שונות של כיבוי קשת בציוד מתג.

הרחבת הקשת

אם המגעים מתפצלים במהלך ניתוק המעגל החשמלי, הקשת המתקבלת נמתחת.במקביל, תנאי הקירור של הקשת משתפרים מכיוון ששטח הפנים שלה גדל ונדרש יותר מתח לצריבה.

פיצול קשת ארוכה לסדרה של קשתות קצרות

אם הקשת שנוצרת כאשר המגעים נפתחים מחולקת ל-K קשתות קצרות, למשל על ידי משיכה לרשת מתכת, היא תכבה. בדרך כלל, הקשת מוכנסת לרשת מתכת בהשפעת שדה אלקטרומגנטי המושרה בלוחות הרשת על ידי זרמי מערבולת. שיטה זו של כיבוי קשת נמצאת בשימוש נרחב במתקני מיתוג עבור מתחים מתחת ל-1 קילו וולט, במיוחד במתגי אוויר אוטומטיים.

קירור קשת בחריצים צרים

כיבוי קשתות קטנות מקל. לכן, ב החלפת מכשירים מצנחי קשת עם חריצים אורכיים נמצאים בשימוש נרחב (הציר של חריץ כזה עולה בקנה אחד עם ציר גליל הקשת). פער כזה נוצר בדרך כלל בחדרים העשויים מחומרים עמידים בפני קשת בידוד. בשל המגע של הקשת עם משטחים קרים, מתרחשת הקירור האינטנסיבי שלה, דיפוזיה של חלקיקים טעונים בסביבה ובהתאם לכך, דה-יוניזציה מהירה.

בנוסף לחריצים עם קירות מקבילים שטוחים, משתמשים גם בחריצים עם צלעות, בליטות, הרחבות (כיסים). כל זה מוביל לעיוות של גליל הקשת ומגדיל את שטח המגע שלו עם הקירות הקרים של החדר.

הקשת נמשכת לתוך חריצים צרים בדרך כלל על ידי שדה מגנטי המקיים אינטראקציה עם הקשת, שניתן לחשוב עליו כמוליך נושא זרם.

חיצוני שדה מגנטי להזיז את הקשת מסופק לרוב על ידי סליל המחובר בסדרה עם המגעים שביניהם מתרחשת הקשת.מרווה קשת חריץ צר משמש במכשירים עבור כל המתחים.

כיבוי קשת בלחץ גבוה

בטמפרטורה קבועה, מידת יינון הגז יורדת עם הגדלת הלחץ, בעוד המוליכות התרמית של הגז עולה. כל שאר הדברים שווים, זה גורם לקירור קשת משופר. כיבוי קשת בלחץ גבוה, שנוצר על ידי הקשת עצמה בתאים סגורים היטב, נמצא בשימוש נרחב בנתיכים ובמספר מכשירים אחרים.

כיבוי קשת בשמן

אם החלפת אנשי קשר מונחים בשמן, הקשת המתרחשת כאשר הם נפתחים מובילה לאידוי אינטנסיבי של השמן. כתוצאה מכך נוצרת סביב הקשת בועת גז (מעטפת) המורכבת בעיקר ממימן (70 ... 80%), וכן אדי שמן. הגזים הנפלטים חודרים ישירות לאזור גליל הקשת במהירות גבוהה, גורמים לערבוב של גז קר וחם בבועה, מספקים קירור אינטנסיבי ובהתאם, דה-יוניזציה של מרווח הקשת. בנוסף, יכולת הדה-יוניזציה של הגזים מגבירה את הלחץ בתוך הבועה שנוצרת במהלך הפירוק המהיר של השמן.

עוצמת תהליך כיבוי הקשת בשמן היא גבוהה יותר ככל שהקשת באה במגע קרוב יותר עם השמן והשמן זז מהר יותר ביחס לקשת. בהתחשב בכך, מרווח הקשת מוגבל על ידי מתקן בידוד סגור - arc chute... בתאים אלו נוצר מגע הדוק יותר של השמן עם הקשת ובעזרת לוחות בידוד וחורי פריקה נוצרות תעלות עבודה שדרכו התנועה של נפט וגזים, מתן תקיעה אינטנסיבית (נשיפה) של הקשת.

מצנחי קשת על פי עקרון הפעולה, הם מחולקים לשלוש קבוצות עיקריות: עם ניפוח עצמי, כאשר לחץ גבוה ומהירות תנועת גז נוצרים באזור הקשת עקב האנרגיה המשתחררת בקשת, עם נשיפה מאולצת של שמן בעזרת מנגנוני שאיבה הידראוליים מיוחדים, עם מרווה מגנטית בשמן, כאשר הקשת נמצאת תחת פעולת השדה המגנטי, היא נעה למרווחים צרים.

מצנחי קשת הניפוח העצמי היעילים והפשוטים ביותר... בהתאם למיקום התעלות ופתחי הפליטה, נבדלים תאים בהם נשיפה אינטנסיבית של תערובת הגז-קיטור והשמן לאורך זרם הקשת (נשיפה אורכית) או דרך הקשת (נשיפה רוחבית) מסופק). שיטות כיבוי הקשת הנחשבות נמצאות בשימוש נרחב במפסקי חשמל עבור מתחים מעל 1 קילו וולט.

שיטות אחרות לכיבוי הקשת במכשירים עבור מתחים מעל 1 קילו וולט

בנוסף לשיטות כיבוי הקשת הנ"ל, הם משתמשים גם ב: אוויר דחוס, שזרימתו מעיפה את הקשת לאורכה או לרוחבה, ומבטיחה קירור אינטנסיבי שלה (במקום אוויר משתמשים בגזים אחרים, המתקבלים לרוב מיצירת גז מוצק חומרים - סיבים, פלסטיק ויניל וכו' - על חשבון פירוקם על ידי הקשת הבוערת עצמה), SF6 (הקספלואוריד גופרית), בעל חוזק חשמלי גבוה יותר מאשר אוויר ומימן, וכתוצאה מכך הקשת הבוערת בגז זה, אפילו בלחץ אטמוספרי, נכבית במהירות, גז נדיר מאוד (וואקום) בעת פתיחת המגעים, בו הקשת עושה לא נדלק (כיבוי) לאחר המעבר הראשון של הזרם דרך האפס.