פתיחת מעגלים חשמליים

פתיחת מעגלים חשמליים פירושה בדרך כלל תהליך מעבר, שבו זרם המעגל משתנה מערך מסוים לאפס. בשלב האחרון של פתיחת המעגל, מופיע פער בין המגעים של התקן הניתוק, אשר בנוסף לאפס מוליכות, חייב להיות גם חוזק דיאלקטרי גבוה מספיק כדי לעמוד בפעולת מתח המעגל המוחזר אליו.

מאפיינים פיזיים של פריקת הקשת

קשת חשמלית יכול להתרחש כאשר הפער בין המגעים (אלקטרודות) נשבר או כאשר הם נפתחים. כאשר המגעים נפתחים, הקשת ביניהם מתאפשרת על ידי היווצרות של "כתמים" זוהרים על פני המגע, שהם תוצאה של צפיפות זרם משמעותית על פני אזורים קטנים של "הפרדה". זה גורם להיווצרות קשת כאשר המגעים נשברים, אפילו במתח נמוך למדי (מסדר גודל של כמה עשרות וולט).

מקובל בדרך כלל כי התנאים המינימליים להתרחשות של קשת בלתי יציבה לפחות על המגעים הם זרם בערך 0.5 A ומתח 15 - 20 V.

פתיחת המגעים בערכים נמוכים יותר של מתח וזרם מלווה בדרך כלל בניצוצות קטנים בלבד. במתח מעגל פתוח גבוה יותר, אך בזרמים נמוכים יותר, תיתכן היווצרות בין המגעים הפתוחים פריקת זוהר.

הנוכחות של פריקת זוהר מאופיינת בירידה משמעותית במתח הקתודה (עד 300 וולט). אם פריקת זוהר הופכת לפריקת קשת, למשל, ככל שהזרם במעגל גדל, אזי ירידת המתח הקתודה יורדת ל-10 - 20 וולט.

המאפיינים האופייניים של פריקת הקשת בלחץ גבוה של מדיום גז הם:

• צפיפות זרם גבוהה בעמודת הקשת;

• טמפרטורה גבוהה של הגז בתוך ערוץ הקשת, מגיעה ל-5000 K, ובתנאים של דה-יוניזציה אינטנסיבית, 12000 - 15000 K ומעלה;

• צפיפות זרם גבוהה ונפילת מתח נמוכה באלקטרודות.

בדרך כלל, המטרה היא להבטיח שתהליך פתיחת המעגל ימשיך מהר ככל האפשר. לשם כך משתמשים בהתקני מיתוג מיוחדים (מתגים, מפסקי חשמל, מגע, נתיכים, מפסקי עומס וכו').

תופעות של קשתות נצפות לא רק במפסקים. קשת חשמלית עלולה להתרחש כאשר המגעים נפתחים. מנתקי מתח גבוה, כאשר בידוד הקווים חופף, כאשר מרכיבי ההגנה של הנתיכים נשרפו וכו'.

מורכבות המכשירים של מכשירים אלו תלויה בדרישות המוטלות עליהם מבחינת רמות מתח הפעלה, זרמים נקובים וזרמי קצר חשמליים, רמות מתחי יתר המתרחשים, תנאים אטמוספריים, דירוגי מהירות וכו'.

תכונות של פתיחת מעגלים חשמליים דרך מנתקים

השאלה של כיבוי קשתות פתוחות ארוכות של זרם חילופין נתקלת לרוב בעבודה עם מנתקים פשוטים כמו התקני מעידה. למנתקים כאלה אין התקני דיכוי קשת מיוחדים, וכאשר המגעים נפתחים, הם רק מאריכים את הקשת לאוויר.

כדי לשפר את התנאים למתיחה של קשת, מנתקים מצוידים באלקטרודות קרן או מוטות נוספות, שלאורכן מרימים את הקשת ונמתחים לאורך גדול.

ישנם סרטונים רבים שהועלו באינטרנט המציגים את תהליך הקשתות כאשר המגעים של מנתקים נפתחים בעומס (ניתן למצוא אותם בקלות על ידי חיפוש "מנתק קשתות").

קשת פתוחה במנתקים או בין מוליכים להארקה בקווי מתח מעודדת מאוד על ידי הרוח. בנוכחות רוח, הקשת עשויה להיות קצרה יותר ולכן מתבטלת מהר יותר מאשר בהיעדר רוח. עם זאת, אין לקחת בחשבון גורם כמו רוח בגלל חוסר העקביות שלה, אלא להתבסס על תנאים קשים יותר - השלם היעדר רוח.

בעזרת מנתקים, אי אפשר לכבות זרם גדול, מכיוון שהקשת מגיעה בו זמנית לאורך ניכר, ויוצרת להבה רבה, וממיסה בחוזקה את המגעים של מכשיר הניתוק. קשת פתוחה עוצמתית פוגעת בקלות במבודדים איתם היא באה במגע, גורמת לחפיפה בין השלבים, מה שמוביל לקצר חשמלי ברשת.

מנתקים קונבנציונליים נמצאים בשימוש נרחב לניתוק זרמי מעגל פתוח של שנאים קטנים, זרמי קו עומס קיבולי, זרמי עומס נמוך וכו'.

דרכים לפתיחת מעגלים חשמליים

באופן עקרוני, השיטות הבאות אפשריות לפתיחת מעגלים חשמליים עם זרם ישר וזרם חילופין.

1. קשתות פשוטה של ​​מעגלים חשמליים

קבוצה זו כוללת שיטות כאלה של פתיחת מעגלים חשמליים עם זרם ישר וזרם חילופין, בהן לא ננקטים אמצעים נוספים מיוחדים להגבלת הזרם במעגל לפני פתיחת המגעים או אמצעים מיוחדים להפחתת אנרגיית הקשת במרווח הקשת של המעגל. נַחשׁוֹל.

בשיטת פתיחה זו, תנאי שבירת המעגל מסופקים על ידי לכל היותר תא כיבוי קשת של התקן הניתוק על ידי יצירת החוזק הדיאלקטרי הנדרש של הפער כאשר הזרם חוצה אפס (זרם חילופין) או הגעה לערך מספיק של מתח הקשת (זרם ישר).

במהלך קשת, המגעים של המנגנון יכולים להיפתח בכל שלב של הזרם הזורם במעגל, ולכן המגעים והאלמנטים של מצנח הקשת חייבים להיות מתוכננים להשפעה של קשת בעלת הספק ואנרגיה גבוהים יחסית.

תאי כיבוי קשת עבור מכשירים חשמליים

מפסק קשת מצנח

2. פתיחת קשת מוגבלת של מעגלים חשמליים

שיטות אי הכללה כאלה כוללות את אלו שבהן פעיל גדול יחסית או תגובתיות, בשל כך יורד הזרם במעגל באופן די משמעותי בהשוואה לערכו שהיה קיים לפני תחילת המגבלה. המתג מכבה את הזרם המוגבל שנשאר במעגל.

במקרה זה, מתרחשת קשת מוגבלת בכוח במגעים, וכיבוי הקשת על הזרם הנותר היא משימה פשוטה יותר מאשר אילו הזרם לא היה מוגבל.

באופן קונבנציונלי, אנו כוללים שיטות ניתוק כאלה באותה קבוצה, שבהן שלב ההפרעה הנוכחי קבוע או זמן הצריבה של הקשת במגעים מוגבל על ידי כמה אמצעים מיוחדים, למשל, התקני שסתומים וכו '.

3. פתיחה ללא קשת של מעגלים חשמליים

תהליך פתיחת מעגלים חשמליים במקרה זה מאופיין בכך שפריקת הקשת במגעים הראשיים מתרחשת לחלוטין או מתרחשת בצורה של קשת לא יציבה לטווח קצר מאוד עקב השפעת השראות וההשראות ההדדית של המעגלים . סוג זה של פתיחת מעגל מושגת בדרך כלל באמצעות שסתומים בעלי הספק גבוה (דיודות סיליקון או תיריסטורים) המשמשים כרכיבי shunting של המגעים הראשיים של מפסק המעגל.

מאפייני כיבוי קשת בעת פתיחת מעגלים חשמליים DC ו-AC

תנאי כיבוי קשת AC עם דה-יוניזציה אקטיבית של פער התקן המיתוג אינם נכללים באופן יסודי מתנאי הכיבוי של קשתות DC וקשתות AC פתוחות ארוכות.

בקשת קבועה או בקשת מתחלפת ארוכה פתוחה, הכחדה מתרחשת בעיקר בגלל שכאשר הקשת נמתחת, מקור האנרגיה החשמלית אינו מסוגל לכסות את מפל המתח בעמוד הקשת, כתוצאה מכך נוצר מצב לא יציב ו- קשת כבויה.

כאשר מתרחשת קשת במעגל AC, כאשר עמודת הקשת מופצת באופן פעיל או נשברת לסדרה של קשתות קצרות, ניתן לכבות את הקשת גם כאשר למקור עדיין יש מתח אספקה ​​גדול כדי לשמור על שריפת הקשת, אך מה שמתברר לא מספיק כדי להבטיח את הצתתו - במעבר אפס נוכחי.

בתנאים של דה-יוניזציה אקטיבית במהלך חציית האפס הנוכחית, המוליכות של עמוד הקשת יורדת עד כדי כך שלפחות לזמן קצר, יש להפעיל עליו מתח משמעותי כדי להתחיל את הקשת בחצי המחזור הבא.

אם המעגל אינו מסוגל לספק מתח מספיק וקצב הגדלת הפער שלו, לאחר שהזרם עובר אפס, הזרם מופרע, כלומר, הקשת לא מופיעה בחצי המחזור הבא והמעגל סוף סוף כבוי.

לאחר מכן שקול את הנפוצים ביותר פשוט פתיחת מעגלי קשת.

אם המתח והזרם של מקור המעגל עולים על ערכים קריטיים מסוימים, אז במגעים של התקן הניתוק החשמלי כאשר הם נפתחים, מתרחשת פריקת קשת יציבה... אם המגעים מתפצלים עוד יותר או שהקשת נפוצה לתוך תא כיבוי הקשת של המנתק, נוצרים תנאי שריפת קשת לא יציבים וניתן לכבות את הקשת.

ככל שמתח המעגל והזרם עולים, הקושי ביצירת תנאי קשת לא יציבים גדל במהירות. במתחים המגיעים לאלפי ועשרות אלפי וולט וזרמים גבוהים יחסית (אלפי אמפר), נוצרת קשת חזקה מאוד במגעי התקן הניתוק, על מנת לכבות אותה ולכן לשבור את המעגל יש לנקוט באמצעים לשימוש התקני כיבוי קשת מתוחכמים יותר או פחות ... קשיים משמעותיים במיוחד מתעוררים בעת כיבוי מעגלי DC.

יש להתגבר על קשיים ניכרים גם במהלך סלע. זרמי קצר חשמלי במעגלי AC לפרקי זמן קצרים (מאיות ואלפיות השנייה).

שבירה מהירה של המעגל והסרה של הקצרים שנוצרו במתקני חשמל מוכתבים על ידי מספר נסיבות וקודם כל על ידי הצורך לשמור על יציבות הפעולה. מערכות חשמל, הגנה על חוטים וציוד מהשפעות תרמיות של זרמי קצר חשמלי, הגנה על מגעים ותאי קשת של התקנים ניתוק מהפעולה ההרסנית של קשת חזקה.

הסרה מהירה של קשת המעגל הפתוח היא גם בעלת חשיבות רבה ו במכשירים למעגלי בקרה במתח נמוך, אשר מיועדים בדרך כלל למספר רב מאוד של תהליכי מיתוג. צמצום משך שריפת הקשת מוביל להפחתה בשריפת המגעים ורכיבים אחרים של המנגנון, ולכן לעלייה בחיי השירות.

עם זאת, חיסול מהיר מאוד של הקשת יכול לגרום לנחשולים גדולים מאוד במעגל מכיוון שהקשת, כאשר המעגל פתוח, סופגת את האנרגיה האלקטרומגנטית האצורה במעגל, אשר ניתנת להמרה לאנרגיית נחשול אלקטרוסטטית. לפיכך, פריקת קשת יכולה למלא תפקיד חיובי במקרים מסוימים. יש לתת את הדעת על זה.

הבעיה של יצירת התקני ניתוק מהירים ומתח נמוך מהימנים, קודם כל, מבוססת על הפתרון הנכון של סוגיית כיבוי הקשת בהם.

הפרעה של מעגלים חשמליים במתח נמוך וגבוה עם היווצרות של קשת חזקה במגעים של מכשירים חשמליים היא תהליך מורכב, שמחקרו מוקדש למספר עצום של מחקרים תיאורטיים וניסיוניים ופיתוחים עיצוביים.

ישנן מספר רב של שיטות לכיבוי קשתות AC ו-DC המשמשות בפועל בהתאם לרמות מתח ההפעלה, גודל הזרמים, זמן הפעולה הנדרש של מכשירי הניתוק, תנאי בטיחות וכו'.

נכון לעכשיו, קשתות פשוטה היא עדיין הנתיב העיקרי שטכנולוגיית מיתוג ה-AC ו-DC במתח גבוה ונמוך ממשיכה לעבור.

ראה גם:מפסקי ואקום במתח גבוה - עיצוב ועיקרון הפעולה