Princippet og slukningsmetoden til generering af lysbuer i elektroniske enheder såsom sikringer

Hvad er en elektrisk lysbue?

Når sikringen i kredsløbet er sprunget, når spændingen og strømmen når en vis værdi, er sikringsleddet netop smeltet og afbrudt, og der vil opstå en lysbue mellem de netop adskilte sikringsled, som kaldes en lysbue. Det skyldes det stærke elektriske felt, som ioniserer gassen og får strømmen til at passere gennem det normalt isolerende medium. Brugen af ​​lysbuer kan have mange anvendelsesmuligheder, såsom svejsning, lysbueovne i stålværker osv. Men hvis lysbuen genereres i en ukontrolleret tilstand, vil det forårsage skade på kraftoverførsel, distribution og elektronisk udstyr. Så vi skal forstå og kontrollere buen.

Sammensætning af elektrisk lysbue

1. Buesøjlezone

Buesøjleområdet er elektrisk neutralt og består af molekyler, atomer, exciterede atomer, positive ioner, negative ioner og elektroner. Blandt dem er positivt ladede ioner næsten lig med negativt ladede ioner, så det kaldes også plasma. Ladede partikler bevæger sig retningsbestemt i plasma uden at forbruge meget energi, hvorfor de kan transmittere høje strømme under lavspændingsforhold. De vigtigste ladede partikler, der transmitterer strøm, er elektroner, der tegner sig for cirka 99,9% af det samlede antal ladede partikler, mens resten er positive ioner. På grund af den ekstremt korte længde af katode- og anodeområderne kan længden af ​​buesøjleområdet betragtes som buelængden. Den elektriske feltstyrke i buesøjleområdet er relativt lav, normalt kun 5-10V/cm.

2. Katodeområde

Katoden betragtes som kilden til elektroner. Det giver 99,9% af ladede partikler (elektroner) til buesøjlen. Katodens evne til at udsende elektroner har en væsentlig indflydelse på buens stabilitet. Længden af ​​katodeområdet er 10-5-10-6 cm. Hvis katodespændingsfaldet er 10V, er katodeområdets elektriske feltstyrke 106-107V/cm.

3. Anodeområde

Anoderegionen er hovedsageligt ansvarlig for at acceptere elektroner, men den bør også give 0,1% ladede partikler (positive ioner) til buesøjlen. Længden af ​​anodeområdet er normalt 10-2-10-3 cm, så den elektriske feltstyrke af anodeområdet er 103-104V/cm. På grund af den betydelige påvirkning af anodemateriale og svejsestrøm på spændingsfaldet i anodeområdet, kan det variere mellem 0 og 10V. For eksempel, når strømtætheden er høj, og anodetemperaturen er høj, hvilket får anodematerialet til at fordampe, vil anodespændingsfaldet falde, selv til 0V.

Karakteristika for elektriske lysbuer

1. Den lysbuespænding, der kræves for at opretholde en stabil forbrænding af lysbuen, er meget lav, og spændingen af ​​en 1 cm jævnstrømsbuesøjle i atmosfæren er kun 10-50V.

2. En stor strøm kan passere gennem buen, der spænder fra nogle få ampere til flere tusinde ampere.

3. Buen har en høj temperatur, og temperaturen på buesøjlen er ujævn. Centertemperaturen er den højeste og når 6000-10000 grader, mens temperaturen falder væk fra midten.

4. Elektriske lysbuer kan udsende stærkt lys. Bølgelængden af ​​lysstråling fra buen er (1,7-50) × 10-7m. Den omfatter tre dele: infrarødt, synligt lys og ultraviolet lys

Klassificering af lysbuer

1. I henhold til typen af ​​strøm kan den opdeles i AC-bue, DC-bue og pulsbue.

2. Ifølge lysbuens tilstand kan den opdeles i fri lysbue og komprimeret lysbue (såsom plasmabue).

3. Ifølge elektrodematerialet kan det opdeles i: smeltende elektrodebue og ikke-smeltende elektrodebue.

Farerne ved elektriske lysbuer

1. Tilstedeværelsen af ​​lysbuer forlænger koblingsudstyrets tid til at afbryde defekte kredsløb og øger sandsynligheden for kortslutninger i strømsystemet.

2. Den høje temperatur, der genereres af lysbuen, smelter og fordamper kontaktfladen og brænder isoleringsmaterialet ud. Oliefyldt elektrisk udstyr kan også udgøre risici såsom brand og eksplosion.

3. På grund af det faktum, at elektriske buer kan bevæge sig under påvirkning af elektriske og termiske kræfter. Det er let at forårsage buedannelse kortslutninger og skader, hvilket fører til eskalering af ulykker.

Princippet om seks slukningsbuer

1. Lysbuetemperatur

Lysbuen opretholdes ved termisk ionisering, og sænkning af lysbuens temperatur kan svække den termiske ionisering og reducere dannelsen af ​​nye ladede ioner. Samtidig reducerer det også hastigheden af ​​ladede partikler og forbedrer den sammensatte effekt. Ved hurtigt at forlænge lysbuen, blæse lysbuen med gas eller olie eller bringe lysbuen i kontakt med overfladen af ​​et fast medium, kan lysbuetemperaturen reduceres.

2. Mediets egenskaber

Karakteristikaene for mediet, hvori lysbuen brænder, bestemmer i høj grad dissociationsstyrken i lysbuen. Inklusive termisk ledningsevne, varmekapacitet, termisk fri temperatur, dielektrisk styrke osv.

3. Tryk på gasmediet

Gasmediets tryk har en væsentlig indflydelse på dissociationen af ​​lysbuen. For jo højere gastrykket er, jo højere koncentration af partikler i lysbuen, jo mindre er afstanden mellem partiklerne, jo stærkere er den sammensatte effekt, og jo lettere er det for lysbuen at slukke. I et højvakuummiljø reduceres sandsynligheden for kollision, hvilket undertrykker kollisionsdissociation, mens diffusionseffekten er stærk.

4. Kontaktmateriale

Kontaktmaterialet påvirker også løsrivelsesprocessen. Ved brug af højtemperaturbestandige metaller med høje smeltepunkter, god varmeledningsevne og stor varmekapacitet som kontakter, reducerer det udledningen af ​​varme elektroner og metaldampe i lysbuen, hvilket er gavnligt for lysbueslukning.

Metoden til at slukke lysbuen

1. Brug mediet til at slukke lysbuen

Frigørelsen af ​​lysbuespalten afhænger i høj grad af slukningsmidlets karakteristika omkring lysbuen. Svovlhexafluoridgas er et fremragende lysbueslukningsmiddel med stærk elektronegativitet. Det kan hurtigt adsorbere elektroner og danne stabile negative ioner, hvilket er befordrende for rekombination og ionisering. Dens lysbueslukningsevne er omkring 100 gange stærkere end luft; Vakuum (tryk under 0,013 Pa) er også et godt middel til lysbueslukning. På grund af det lille antal neutrale partikler i vakuum er det ikke let at kollidere og dissociere, og vakuum er befordrende for diffusion og dissociation. Dens lysbueslukningsevne er omkring 15 gange stærkere end luft.

2. Brug gas eller olie til at blæse lysbuen

At blæse en lysbue forårsager diffusion og afkølingsrekombination af ladede partikler i lysbuespalten. I højspændingsafbrydere bruges forskellige former for lysbueslukningskammerstrukturer til at generere et enormt tryk fra gas eller olie og kraftigt blæse det mod lysbuespalten. Der er to hovedmåder at blæse en bue på: lodret blæsning og vandret blæsning. Lodret blæsning er blæseretningen parallelt med buen, som får buen til at blive tyndere; Vandret blæsning er blæseretningen vinkelret på buen, som forlænges og afskærer buen.

3. Brug specielle metalmaterialer som lysbueslukningskontakter

Brug af højtemperaturbestandige metaller med høje smeltepunkter, termisk ledningsevne og stor varmekapacitet som kontaktmaterialer kan reducere emissionen af ​​varme elektroner og metaldampe i elektriske lysbuer og dermed opnå effekten af ​​at undertrykke ionisering; Det samtidigt anvendte kontaktmateriale kræver også høj modstand mod lysbue og svejsning. Almindelige kontaktmaterialer omfatter kobberwolframlegering, sølvwolframlegering osv.

4. Elektromagnetisk bueblæsning

Fænomenet med elektrisk lysbue, der bevæger sig under påvirkning af elektromagnetisk kraft, kaldes elektromagnetisk blæsende bue. På grund af buens bevægelse i det omgivende medium har den samme effekt som luftblæsning, og opnår dermed formålet med at slukke lysbuen. Denne lysbueslukningsmetode er mere udbredt i lavspændingsanlæg.

5. Få buen til at bevæge sig i den smalle spalte af det faste medium

Denne type lysbueslukningsmetode er også kendt som spaltebueslukning. På grund af bevægelsen af ​​buen i mediets smalle spalte afkøles den på den ene side, hvilket øger ioniseringseffekten; På den anden side forlænges buen, lysbuediameteren reduceres, lysbuemodstanden øges, og buen slukkes.

6. Adskil den lange bue i korte buer

Når buen går gennem en række metalgitre vinkelret på den, er den lange bue opdelt i flere korte buer; Spændingsfaldet af korte buer falder hovedsageligt i anode- og katoderegionerne. Hvis antallet af gitter er tilstrækkeligt til at sikre, at summen af ​​de minimale spændingsfald, der kræves for at opretholde lysbueforbrænding i hvert segment, er større end den påførte spænding, vil lysbuen slukke af sig selv. Derudover, efter at AC-strømmen krydser nul, på grund af den nære katodeeffekt, stiger den dielektriske styrke af hvert buegab pludselig til 150-250V. Ved at bruge flere lysbuespalter i serie kan der opnås en højere dielektrisk styrke, så lysbuen ikke genantændes efter at være blevet slukket ved nulgennemgang.

7. Adopter lysbueslukning med flere brud

Hver fase af en højspændingsafbryder er forbundet i serie med to eller flere brud, hvilket reducerer spændingen, der bæres af hvert brud, og fordobler kontaktbrudhastigheden, hvilket får lysbuen til hurtigt at forlænges og gavner lysbuens slukning.

8. Forbedre separationshastigheden af ​​afbryderkontakter

Forbedret hastigheden af ​​forlængelse af buen, hvilket er gavnligt for bueafkøling, rekombination og diffusion.