Principiul și metoda de stingere a generării arcului în dispozitive electronice, cum ar fi siguranțe

Ce este un arc electric?

Când siguranța din circuit este arsă, când tensiunea și curentul ating o anumită valoare, legătura siguranței tocmai s-a topit și s-a deconectat și va apărea un arc între legăturile sigure tocmai separate, care se numește arc. Se datorează câmpului electric puternic, care ionizează gazul și face ca curentul să treacă prin mediul normal izolator. Utilizarea arcurilor electrice poate avea multe aplicații, cum ar fi sudarea, cuptoarele cu arc electric în fabricile de oțel, etc. Dar dacă arcul este generat într-o stare necontrolată, va provoca daune transmisiei, distribuției și echipamentelor electronice de putere. Deci trebuie să înțelegem și să controlăm arcul.

Compoziția arcului electric

1. Zona Coloanei Arc

Regiunea coloanei arcului este neutră din punct de vedere electric și este compusă din molecule, atomi, atomi excitați, ioni pozitivi, ioni negativi și electroni. Printre aceștia, ionii încărcați pozitiv sunt aproape egali cu ionii încărcați negativ, așa că se mai numește și plasmă. Particulele încărcate se mișcă direcțional în plasmă fără a consuma multă energie, motiv pentru care pot transmite curenți mari în condiții de joasă tensiune. Principalele particule încărcate care transmit curent sunt electronii, reprezentând aproximativ 99,9% din numărul total de particule încărcate, restul fiind ioni pozitivi. Datorită lungimii extrem de scurte a regiunilor catodului și anodului, lungimea regiunii coloanei arcului poate fi considerată lungimea arcului. Intensitatea câmpului electric în regiunea coloanei arcului este relativ scăzută, de obicei doar 5-10V/cm.

2. Zona catodică

Catodul este considerat sursa de electroni. Furnizează 99,9% din particulele încărcate (electroni) coloanei arcului. Capacitatea catodului de a emite electroni are un impact semnificativ asupra stabilității arcului. Lungimea regiunii catodului este de 10-5-10-6cm. Dacă scăderea tensiunii la catod este de 10 V, intensitatea câmpului electric al regiunii catodului este de 106-107 V/cm.

3. Zona anodului

Regiunea anodică este în principal responsabilă pentru acceptarea electronilor, dar ar trebui să furnizeze și 0,1% din particule încărcate (ioni pozitivi) coloanei arcului. Lungimea regiunii anodului este de obicei de 10-2-10-3cm, astfel încât puterea câmpului electric al regiunii anodului este de 103-104V/cm. Datorită impactului semnificativ al materialului anodic și al curentului de sudare asupra căderii de tensiune în regiunea anodului, acesta poate varia între 0 și 10V. De exemplu, atunci când densitatea de curent este mare și temperatura anodului este ridicată, determinând evaporarea materialului anodului, scăderea tensiunii anodului va scădea chiar și la 0V.

Caracteristicile arcurilor electrice

1. Tensiunea arcului necesară pentru a menține arderea stabilă a arcului este foarte scăzută, iar tensiunea unei coloane de arc DC de 1 cm în atmosferă este de numai 10-50V.

2. Un curent mare poate trece prin arc, variind de la câțiva amperi la câteva mii de amperi.

3. Arcul are o temperatură ridicată, iar temperatura coloanei arcului este neuniformă. Temperatura centrală este cea mai ridicată, ajungând la 6000-10000 de grade, în timp ce temperatura scade departe de centru.

4. Arcurile electrice pot emite lumină puternică. Lungimea de undă a radiației luminoase din arc este (1,7-50) × 10-7m. Include trei părți: lumină infraroșie, lumină vizibilă și lumină ultravioletă

Clasificarea arcurilor electrice

1. În funcție de tipul de curent, acesta poate fi împărțit în arc de curent alternativ, arc de curent continuu și arc de impuls.

2. În funcție de starea arcului, acesta poate fi împărțit în arc liber și arc comprimat (cum ar fi arcul cu plasmă).

3. În funcție de materialul electrodului, acesta poate fi împărțit în: arc electrod de topire și arc electrod care nu se topește.

Pericolele arcurilor electrice

1. Prezența arcurilor prelungește timpul de deconectare a circuitelor defecte și crește probabilitatea scurtcircuitelor în sistemul de alimentare.

2. Temperatura ridicată generată de arc se topește și evaporă suprafața de contact, ardând materialul izolator. Echipamentele electrice umplute cu ulei pot prezenta, de asemenea, riscuri precum incendiu și explozie.

3. Datorita faptului ca arcurile electrice se pot misca sub actiunea fortelor electrice si termice. Este ușor să provocați scurtcircuite cu arc și răni, ducând la escaladarea accidentelor.

Principiul a șase arcuri de stingere

1. Temperatura arcului

Arcul este menținut prin ionizare termică, iar scăderea temperaturii arcului poate slăbi ionizarea termică și reduce generarea de noi ioni încărcați. În același timp, reduce și viteza particulelor încărcate și îmbunătățește efectul compozit. Prin alungirea rapidă a arcului, suflarea arcului cu gaz sau ulei sau aducerea arcului în contact cu suprafața unui mediu solid, temperatura arcului poate fi redusă.

2. Caracteristicile mediului

Caracteristicile mediului în care arde arcul determină în mare măsură puterea de disociere în arc. Inclusiv conductivitatea termică, capacitatea termică, temperatura liberă termică, rezistența dielectrică etc.

3. Presiunea mediului gazos

Presiunea mediului gazos are un impact semnificativ asupra disocierii arcului. Deoarece cu cât presiunea gazului este mai mare, cu atât este mai mare concentrația de particule în arc, cu atât distanța dintre particule este mai mică, cu atât efectul compozit este mai puternic și cu atât arcul se stinge mai ușor. Într-un mediu cu vid înalt, probabilitatea de coliziune este redusă, ceea ce suprimă disocierea coliziunii, în timp ce efectul de difuzie este puternic.

4. Material de contact

Materialul de contact afectează și procesul de detașare. Când se utilizează metale rezistente la temperaturi înalte, cu puncte de topire ridicate, conductivitate termică bună și capacitate mare de căldură ca contacte, reduce emisia de electroni fierbinți și vapori de metal în arc, ceea ce este benefic pentru stingerea arcului.

Metoda de stingere a arcului

1. Folosiți mediul pentru a stinge arcul

Desprinderea decalajului arcului depinde în mare măsură de caracteristicile mediului de stingere în jurul arcului. Gazul de hexafluorura de sulf este un mediu excelent de stingere a arcului cu electronegativitate puternică. Poate adsorbi rapid electroni și poate forma ioni negativi stabili, ceea ce este favorabil recombinării și ionizării. Capacitatea sa de stingere a arcului este de aproximativ 100 de ori mai puternică decât aerul; Vidul (presiune sub 0,013 Pa) este, de asemenea, un mediu bun pentru stingerea arcului. Datorită numărului mic de particule neutre în vid, nu este ușor să se ciocnească și să se disocieze, iar vidul este favorabil difuzării și disocierii. Capacitatea sa de stingere a arcului este de aproximativ 15 ori mai puternică decât aerul.

2. Folosiți gaz sau ulei pentru a sufla arcul

Suflarea unui arc determină difuzia și recombinarea de răcire a particulelor încărcate în spațiul arcului. În întreruptoarele de circuit de înaltă tensiune, diferite forme de structuri ale camerei de stingere a arcului sunt utilizate pentru a genera o presiune enormă din gaz sau ulei și pentru a o sufla cu forță către spațiul arcului. Există două moduri principale de a sufla un arc: suflare verticală și suflare orizontală. Suflarea verticală este direcția de suflare paralelă cu arcul, ceea ce face ca arcul să devină mai subțire; Suflarea orizontală este direcția de suflare perpendiculară pe arc, care alungește și întrerupe arcul.

3. Folosiți materiale metalice speciale ca contacte de stingere a arcului

Folosirea de metale rezistente la temperaturi ridicate cu puncte de topire ridicate, conductivitate termică și capacitate mare de căldură ca materiale de contact poate reduce emisia de electroni fierbinți și vapori de metal în arcuri electrice, obținând astfel efectul de suprimare a ionizării; Materialul de contact utilizat simultan necesită, de asemenea, rezistență ridicată la arc și sudare. Materialele de contact obișnuite includ aliajul de tungsten de cupru, aliajul de tungsten de argint etc.

4. Suflarea arcului electromagnetic

Fenomenul de mișcare a arcului electric sub acțiunea forței electromagnetice se numește arc electromagnetic de suflare. Datorită mișcării arcului în mediul înconjurător, acesta are același efect ca și suflarea aerului, realizându-se astfel scopul stingerii arcului. Această metodă de stingere a arcului este utilizată mai pe scară largă în aparatele de comutare de joasă tensiune.

5. Faceți arcul să se miște în fanta îngustă a mediului solid

Acest tip de metodă de stingere a arcului este cunoscut și sub denumirea de stingere a arcului cu fante. Datorită mișcării arcului în fanta îngustă a mediului, pe de o parte, acesta este răcit, ceea ce sporește efectul de ionizare; Pe de altă parte, arcul este alungit, diametrul arcului este redus, rezistența arcului crește și arcul este stins.

6. Separați arcul lung în arce scurte

Când arcul trece printr-un rând de grile metalice perpendiculare pe acesta, arcul lung este împărțit în mai multe arce scurte; Căderea de tensiune a arcurilor scurte cade în principal în regiunile anodului și catodic. Dacă numărul de grile este suficient pentru a asigura că suma căderilor minime de tensiune necesare pentru menținerea arderii arcului în fiecare segment este mai mare decât tensiunea aplicată, arcul se va stinge de la sine. În plus, după ce curentul de curent alternativ trece de zero, datorită efectului aproape de catod, rezistența dielectrică a fiecărui interval de arc crește brusc la 150-250V. Folosind mai multe goluri de arc în serie, se poate obține o rigiditate dielectrică mai mare, astfel încât arcul să nu se reaprindă după ce a fost stins la trecerea cu zero.

7. Adopta stingerea arcului cu fracturi multiple

Fiecare fază a unui întrerupător de înaltă tensiune este conectată în serie cu două sau mai multe întreruperi, ceea ce reduce tensiunea suportată de fiecare întrerupere și dublează viteza de rupere a contactului, determinând alungirea rapidă a arcului și beneficiind de stingerea arcului.

8. Îmbunătățiți viteza de separare a contactelor întreruptorului

S-a îmbunătățit viteza de alungire a arcului, care este benefică pentru răcirea arcului, recombinare și difuzie.