Elektrische circuits openen

Het openen van elektrische circuits betekent meestal overgangsproces, waarin de circuitstroom verandert van een bepaalde waarde naar nul. In de laatste fase van het openen van het circuit verschijnt er een opening tussen de contacten van het ontkoppelingsapparaat, dat naast nul geleidbaarheid ook een voldoende hoge diëlektrische sterkte moet hebben om de werking van de herstelde circuitspanning te weerstaan.

Fysieke kenmerken van de boogontlading

Elektrische boog kan optreden wanneer de opening tussen de contacten (elektroden) breekt of wanneer ze opengaan. Wanneer de contacten opengaan, wordt de vonkvorming ertussen vergemakkelijkt door de vorming van gloeiende "vlekken" op het contactoppervlak, die het gevolg zijn van aanzienlijke stroomdichtheden over kleine "scheidingsgebieden". Dit veroorzaakt een boogvorming wanneer de contacten worden verbroken, zelfs bij een vrij lage spanning (in de orde van enkele tientallen volts).

Het is algemeen aanvaard dat de minimale voorwaarden voor het optreden van ten minste onstabiele boogvorming op de contacten zijn stroom ca. 0,5 A en spanning 15 — 20 V.

Het openen van de contacten bij lagere waarden van spanning en stroom gaat meestal gepaard met slechts kleine vonken. Bij hogere nullastspanningen maar bij lagere stromen is vorming tussen de open contacten mogelijk glimontlading.

De aanwezigheid van een glimontlading wordt gekenmerkt door een aanzienlijke daling van de kathodespanning (tot 300 V). Als een glimontlading bijvoorbeeld verandert in een boogontlading, als de stroom in het circuit toeneemt, dan neemt de kathodespanningsval af tot 10 - 20 V.

De karakteristieke kenmerken van de boogontlading bij hoge druk van een gasmedium zijn:

• hoge stroomdichtheid in de boogkolom;

• hoge temperatuur van het gas in het boogkanaal, tot 5000 K, en onder omstandigheden van intense deïonisatie, 12000 - 15000 K en hoger;

• hoge stroomdichtheid en lage spanningsval bij de elektroden.

Meestal is het doel ervoor te zorgen dat het circuitopeningsproces zo snel mogelijk verloopt. Hiervoor worden speciale schakelapparaten (schakelaars, stroomonderbrekers, schakelaars, zekeringen, lastschakelaars, enz.) Gebruikt.

Vlamboogverschijnselen worden niet alleen waargenomen in stroomonderbrekers. Er kan een elektrische boog ontstaan ​​wanneer de contacten worden geopend. hoogspanningsscheiders, wanneer de isolatie van de lijnen elkaar overlapt, wanneer de beschermende elementen van de zekeringen zijn doorgebrand, enz.

De complexiteit van de apparaten van deze apparaten hangt af van de eisen die eraan worden gesteld op het gebied van bedrijfsspanningsniveaus, nominale stromen en kortsluitstromen, niveaus van optredende overspanningen, atmosferische omstandigheden, snelheidswaarden, enz.

Kenmerken van het openen van elektrische circuits door middel van scheiders

De kwestie van het doven van lange open bogen van wisselstroom komt het vaakst voor bij het werken met eenvoudige scheiders zoals uitschakelapparaten. Dergelijke scheiders hebben geen speciale boogonderdrukkingsapparaten en wanneer de contacten opengaan, verlengen ze alleen de boog in de lucht.

Om de voorwaarden voor het uitrekken van de boog te verbeteren, zijn scheiders uitgerust met hoorn- of extra staafelektroden, waarlangs de boog wordt opgetild en tot een grote lengte wordt uitgerekt.

Er zijn veel video's op internet geüpload die het proces van boogvorming laten zien wanneer de contacten van scheidingsschakelaars opengaan bij belasting (deze kunnen gemakkelijk worden gevonden door te zoeken naar «boogscheidingsschakelaar»).

Open boogvorming bij scheiders of tussen geleiders en aarde op hoogspanningslijnen wordt sterk aangemoedigd door wind. Bij wind kan de boog korter zijn en daardoor sneller worden geëlimineerd dan bij afwezigheid van wind.Er moet echter geen rekening worden gehouden met een factor als wind vanwege de inconsistentie ervan, maar gebaseerd op zwaardere omstandigheden - de volledige afwezigheid van wind.

Met behulp van scheiders is het onmogelijk om een ​​​​grote stroom uit te schakelen, omdat de boog tegelijkertijd een aanzienlijke lengte bereikt, veel vlammen vormt en de contacten van het ontkoppelingsapparaat sterk doet smelten. Een krachtige open boog beschadigt gemakkelijk de isolatoren waarmee deze in contact komt, veroorzaakt een overlapping tussen de fasen, wat leidt tot kortsluiting in het netwerk.

Conventionele scheiders worden veel gebruikt om nullaststromen van kleine transformatoren, capacitieve belastingsstromen, lage belastingsstromen, enz.

Manieren om elektrische circuits te openen

In principe zijn de volgende methoden mogelijk om elektrische circuits met gelijkstroom en wisselstroom te openen.

1. Eenvoudige vonkvorming van elektrische circuits

Deze groep omvat dergelijke methoden voor het openen van elektrische circuits met gelijk- en wisselstroom, waarbij geen speciale aanvullende maatregelen worden genomen om de stroom in het circuit te beperken voordat de contacten worden geopend of speciale maatregelen om de energie van de boog in de boogopening van de breker.

Bij deze openingsmethode worden de circuitonderbrekingsvoorwaarden maximaal geleverd boogdovende kamer van het ontkoppelingsapparaat door de vereiste diëlektrische sterkte van de opening te creëren wanneer de stroom nul overschrijdt (wisselstroom) of een voldoende waarde van de boogspanning bereikt (gelijkstroom).

Tijdens boogvorming kunnen de contacten van het apparaat openen in elke fase van de stroom die in het circuit vloeit, daarom moeten de contacten en elementen van de booggoot ontworpen zijn voor de impact van een boog met relatief hoog vermogen en energie.

Boogbluskamers voor elektrische apparaten

Stroomonderbreker Arc Chute

2. Beperkte boogopening van elektrische circuits

Dergelijke uitsluitingsmethoden omvatten die waarin een relatief grote actieve of reactiviteit, waardoor de stroom in het circuit behoorlijk afneemt in vergelijking met de waarde die bestond vóór het begin van de beperking. De schakelaar schakelt de beperkte stroom uit die in het circuit blijft.

In dit geval treedt er een boog met beperkte stroom op bij de contacten, en het doven van de boog op de resterende stroom is een eenvoudiger taak dan wanneer de stroom niet beperkt zou zijn.

Conventioneel nemen we dergelijke ontkoppelingsmethoden op in dezelfde groep, waarbij de fase van stroomonderbreking strikt vastligt of de brandtijd van de boog op de contacten wordt beperkt door een aantal speciale maatregelen, bijvoorbeeld klepinrichtingen, enz.

3. Boogloos openen van elektrische circuits

Het proces van het openen van elektrische circuits wordt in dit geval gekenmerkt door het feit dat de boogontlading bij de hoofdcontacten volledig plaatsvindt of optreedt in de vorm van een zeer kortstondige onstabiele boog vanwege de invloed van de inductantie en wederzijdse inductantie van de circuits . Dit type circuitopening wordt meestal bereikt door middel van krachtige kleppen (siliciumdiodes of thyristors) die worden gebruikt als shuntelementen van de contacten van de hoofdstroomonderbreker.

Boogdovende eigenschappen bij het openen van DC- en AC-elektrische circuits

AC-lichtboogdovende omstandigheden met actieve deïonisatie van de tussenruimte van het schakelapparaat zijn fundamenteel uitgesloten van de doofvoorwaarden van DC-vlambogen en lange open AC-vlambogen.

Bij een permanente boog of bij een open lange wisselboog treedt uitdoving voornamelijk op doordat bij het uitrekken van de boog de elektrische energiebron de spanningsval in de boogkolom niet kan dekken, waardoor een onstabiele toestand ontstaat en de boog is gedoofd.

Wanneer een boog optreedt in een AC-circuit, wanneer de boogkolom actief wordt gedeïoniseerd of breekt in een reeks korte bogen, kan de boog worden gedoofd, zelfs als de bron nog steeds een grote voedingsspanning heeft om de boog brandend te houden, maar wat blijkt onvoldoende zijn om de ontsteking te verzekeren - bij een huidige nuldoorgang.

Onder omstandigheden van actieve deïonisatie tijdens de huidige nuldoorgang, neemt de geleidbaarheid van de boogkolom zo sterk af dat er, althans voor een korte tijd, een significante spanning op moet worden aangelegd om de boog in de volgende halve cyclus te starten.

Als het circuit niet in staat is om voldoende spanning te leveren en de snelheid van de toename in de opening, nadat de stroom nul is gepasseerd, wordt de stroom onderbroken, dat wil zeggen, de boog verschijnt niet in de volgende halve cyclus en het circuit is uiteindelijk uitgeschakeld.

Overweeg dan de meest voorkomende eenvoudig boogcircuits openen.

Als de bronspanning en -stroom van het circuit bepaalde kritische waarden overschrijden, dan bij de contacten van het elektrische ontkoppelingsapparaat wanneer ze openen, treedt een stabiele boogontlading op… Als de contacten verder divergeren of de boog in de boogdovende kamer van de scheider wordt geblazen, ontstaan ​​onstabiele boogbrandomstandigheden en kan de boog worden gedoofd.

Naarmate de circuitspanning en -stroom toenemen, neemt de moeilijkheid bij het creëren van onstabiele boogvormingscondities snel toe. Bij spanningen die duizenden en tienduizenden volt bereiken en relatief hoge stromen (duizenden ampères), ontstaat er een zeer krachtige boog in de contacten van het ontkoppelingsapparaat, om deze te doven en dus het circuit te verbreken, moeten maatregelen worden genomen om te gebruiken min of meer geavanceerde vlamboogdovende apparaten ... Bijzonder grote moeilijkheden doen zich voor bij het uitschakelen van gelijkstroomcircuits.

Tijdens een rots moeten ook aanzienlijke moeilijkheden worden overwonnen. kortsluitstromen in wisselstroomcircuits gedurende korte perioden (honderdsten en duizendsten van een seconde).

Het snel onderbreken van het circuit en het verwijderen van de resulterende kortsluitingen in elektrische installaties wordt gedicteerd door een aantal omstandigheden en in de eerste plaats door de noodzaak om de stabiliteit van de werking te behouden. Elektrische systemen, bescherming van draden en apparatuur tegen de thermische effecten van kortsluitstromen, bescherming van contacten en boogkamers van ontkoppelingsapparaten tegen de vernietigende werking van een krachtige boog.

Een snelle verwijdering van de boog in open circuit is ook van groot belang en in apparaten voor laagspanningsregelcircuits, die meestal zijn ontworpen voor een zeer groot aantal schakelprocessen. Het verminderen van de duur van het branden van de boog leidt tot een vermindering van het verbranden van contacten en andere elementen van het apparaat en dus tot een verlenging van de levensduur.

Een zeer snelle eliminatie van de boog kan echter resulteren in zeer grote pieken in het circuit, omdat de boog, wanneer het circuit open is, de elektromagnetische energie absorbeert die in het circuit is opgeslagen en die kan worden omgezet in elektrostatische piekenergie. Zo kan boogontlading in sommige gevallen een positieve rol spelen. Dit moet worden verantwoord.

Het probleem van het creëren van betrouwbare high-speed hoog- en laagspanningsontkoppelingsapparaten is in de eerste plaats gebaseerd op de juiste oplossing van het probleem van boogdoving daarin.

Onderbreking van elektrische laag- en hoogspanningscircuits met de vorming van een krachtige boog in de contacten van elektrische apparaten is een complex proces, waarvan de studie is gewijd aan een groot aantal theoretische en experimentele studies en ontwerpontwikkelingen.

Er zijn een groot aantal methoden voor het doven van AC- en DC-bogen die in de praktijk worden gebruikt, afhankelijk van de bedrijfsspanningsniveaus, de grootte van de stromen, de vereiste bedrijfstijd van de ontkoppelingsinrichtingen, veiligheidsvoorwaarden, enz.

Op dit moment is eenvoudige boogvorming nog steeds de belangrijkste weg die hoog- en laagspanning AC- en DC-schakelapparaattechnologie blijft inslaan.

Zie ook:Hoogspanningsvacuümstroomonderbrekers — Ontwerp en werkingsprincipe