فتح الدوائر الكهربائية

عادة ما يعني فتح الدوائر الكهربائية عملية انتقالية، حيث يتغير تيار الدائرة من قيمة معينة إلى صفر. في المرحلة الأخيرة من فتح الدائرة ، تظهر فجوة بين جهات اتصال جهاز الفصل ، والتي ، بالإضافة إلى الموصلية الصفرية ، يجب أن تتمتع أيضًا بقوة عازلة عالية بما يكفي لتحمل تأثير جهد الدائرة المستعاد إليها.

الخصائص الفيزيائية لتصريف القوس

القوس الكهربائي يمكن أن يحدث عندما تنكسر الفجوة بين جهات الاتصال (الأقطاب) أو عندما تنفتح. عندما تفتح جهات الاتصال ، يتم تسهيل الانحناء بينهما من خلال تكوين "نقاط" متوهجة على سطح التلامس ، والتي تكون نتيجة لكثافات التيار الكبيرة على مناطق صغيرة من "الفصل". يتسبب هذا في تكوين قوس عند كسر جهات الاتصال ، حتى عند الجهد المنخفض إلى حد ما (بترتيب عدة عشرات من الفولتات).

من المقبول عمومًا أن الشروط الدنيا لحدوث الانحناء غير المستقر على الأقل على جهات الاتصال هي التيار حوالي 0.5 أمبير والجهد 15-20 فولت.

عادة ما يكون فتح جهات الاتصال عند القيم المنخفضة للجهد والتيار مصحوبًا بشرارات صغيرة فقط. في الفولتية العالية للدائرة المفتوحة ، ولكن في التيارات المنخفضة ، يكون التكوين بين جهات الاتصال المفتوحة ممكنًا تفريغ الحماس.

يتميز وجود تفريغ توهج بانخفاض كبير في جهد الكاثود (حتى 300 فولت). إذا تحول تفريغ التوهج إلى تفريغ قوس ، على سبيل المثال ، مع زيادة التيار في الدائرة ، فإن انخفاض جهد الكاثود ينخفض ​​إلى 10-20 فولت.

السمات المميزة لتصريف القوس عند الضغط العالي لوسط الغاز هي:

• كثافة تيار عالية في عمود القوس ؛

• ارتفاع درجة حرارة الغاز داخل القناة القوسية ، لتصل إلى 5000 كلفن ، وتحت ظروف إزالة الأيونات الشديدة ، 12000 - 15000 كلفن وما فوق ؛

• كثافة التيار العالي وانخفاض الجهد المنخفض عند الأقطاب الكهربائية.

عادةً ما يكون الهدف هو ضمان استمرار عملية فتح الدائرة بأسرع ما يمكن. لهذا الغرض ، يتم استخدام أجهزة التحويل الخاصة (المفاتيح ، قواطع الدائرة ، الموصلات ، الصمامات ، قواطع الحمل ، إلخ).

لوحظت ظاهرة الانحناء ليس فقط في قواطع الدائرة. قد يحدث قوس كهربائي عند فتح نقاط التلامس. فواصل الجهد العالي، عندما يتداخل عزل الخطوط ، عندما تحترق العناصر الواقية للصمامات ، إلخ.

يعتمد تعقيد أجهزة هذه الأجهزة على المتطلبات المفروضة عليها من حيث مستويات جهد التشغيل ، والتيارات المقدرة وتيارات الدائرة القصيرة ، ومستويات الفولتية الزائدة التي تحدث ، والظروف الجوية ، وتقييمات السرعة ، إلخ.

ملامح فتح الدوائر الكهربائية من خلال الفواصل

غالبًا ما تتم مواجهة مسألة إطفاء الأقواس المفتوحة الطويلة للتيار المتردد عند العمل باستخدام أدوات فصل بسيطة مثل أجهزة التعثر. لا تحتوي أجهزة الفصل هذه على أجهزة خاصة لإخماد القوس الكهربائي ، وعندما تفتح جهات الاتصال ، فإنها تمد القوس فقط في الهواء.

لتحسين ظروف تمدد القوس الكهربائي ، تم تجهيز الفواصل بقرن أو أقطاب قضيب إضافية ، حيث يتم رفع القوس وامتداده بطول كبير.

هناك العديد من مقاطع الفيديو التي تم تحميلها على الإنترنت والتي تُظهر عملية الانحناء عند فتح جهات الاتصال عند التحميل (يمكن العثور عليها بسهولة من خلال البحث عن "قاطع التوصيل القوسي").

يتم تشجيع فتح الانحناء عند نقاط الفصل أو بين الموصلات والأرض على خطوط الطاقة بقوة بواسطة الرياح. في ظل وجود الرياح ، قد يكون القوس أقصر وبالتالي يتم التخلص منه بسرعة أكبر منه في حالة عدم وجود رياح. ومع ذلك ، لا ينبغي أن يؤخذ عامل مثل الرياح في الاعتبار بسبب عدم اتساقها ، ولكن بناءً على ظروف أكثر شدة - كامل غياب الرياح.

بمساعدة أدوات الفصل ، من المستحيل إيقاف تشغيل تيار كبير ، حيث يصل القوس في نفس الوقت إلى طول كبير ، ويشكل الكثير من اللهب ، ويذوب بقوة ملامسات جهاز الفصل. يؤدي القوس المفتوح القوي بسهولة إلى إتلاف العوازل التي تتلامس معها ، مما يؤدي إلى حدوث تداخل بين المراحل ، مما يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي في الشبكة.

تُستخدم أدوات الفصل التقليدية على نطاق واسع لفصل تيارات الدائرة المفتوحة للمحولات الصغيرة ، وتيارات خط الحمل السعوي ، وتيارات الحمل المنخفض ، إلخ.

طرق فتح الدوائر الكهربائية

من حيث المبدأ ، فإن الطرق التالية ممكنة لفتح الدوائر الكهربائية بالتيار المباشر والتيار المتردد.

1. الانحناء البسيط للدوائر الكهربائية

تتضمن هذه المجموعة طرق فتح الدوائر الكهربائية بالتيار المباشر والمتناوب ، حيث لا يتم اتخاذ تدابير إضافية خاصة للحد من التيار في الدائرة قبل فتح جهات الاتصال أو اتخاذ تدابير خاصة لتقليل طاقة القوس في فجوة القوس في الدائرة. قواطع.

في طريقة الفتح هذه ، يتم توفير شروط كسر الدائرة على الأكثر غرفة إطفاء القوس لجهاز الفصل عن طريق إنشاء القوة العازلة المطلوبة للفجوة عندما يتجاوز التيار الصفر (التيار المتردد) أو الوصول إلى قيمة كافية لجهد القوس (التيار المباشر).

أثناء الانحناء ، يمكن فتح ملامسات الجهاز في أي مرحلة من التيار المتدفق في الدائرة ، لذلك يجب تصميم جهات الاتصال وعناصر مجرى القوس لتأثير قوس ذي طاقة وطاقة عالية نسبيًا.

غرف إطفاء القوس الكهربائي للأجهزة الكهربائية

شلال قوس قواطع دوائر

2. فتح قوس محدود للدوائر الكهربائية

تتضمن طرق الاستبعاد هذه تلك التي يكون فيها نشاط كبير نسبيًا أو التفاعلية، بسبب انخفاض التيار في الدائرة بشكل كبير مقارنة بقيمته التي كانت موجودة قبل بداية الحد. يقوم المفتاح بإيقاف تشغيل التيار المحدود الذي يبقى في الدائرة.

في هذه الحالة ، يحدث قوس محدود الطاقة عند جهات الاتصال ، وإطفاء القوس على التيار المتبقي مهمة أبسط مما لو كان التيار غير محدود.

تقليديًا ، نقوم بتضمين طرق الفصل هذه في نفس المجموعة ، حيث يتم تثبيت مرحلة انقطاع التيار بشكل صارم أو يكون وقت احتراق القوس على جهات الاتصال محدودًا ببعض التدابير الخاصة ، على سبيل المثال ، أجهزة الصمامات ، إلخ.

3. الفتح غير المقوس للدوائر الكهربائية

تتميز عملية فتح الدوائر الكهربائية في هذه الحالة بحقيقة أن تفريغ القوس عند جهات الاتصال الرئيسية يحدث تمامًا أو يحدث في شكل قوس غير مستقر قصير المدى للغاية بسبب تأثير الحث والتحريض المتبادل للدوائر . عادة ما يتم تحقيق هذا النوع من فتح الدائرة عن طريق الصمامات عالية الطاقة (ثنائيات السيليكون أو الثايرستور) المستخدمة كعناصر تحويل في ملامسات قاطع الدائرة الرئيسية.

خصائص إطفاء القوس الكهربائي عند فتح الدوائر الكهربائية DC و AC

يتم استبعاد ظروف إطفاء قوس التيار المتردد مع إزالة الأيونات النشطة لفجوة جهاز التبديل بشكل أساسي من ظروف إطفاء أقواس التيار المستمر وأقواس التيار المتردد الطويلة المفتوحة.

في قوس دائم أو في قوس متناوب طويل مفتوح ، يحدث الانقراض بشكل أساسي لأنه عندما يتمدد القوس ، فإن مصدر الطاقة الكهربائية غير قادر على تغطية انخفاض الجهد في عمود القوس ، ونتيجة لذلك تحدث حالة غير مستقرة و تم إطفاء القوس.

عندما يحدث قوس في دائرة تيار متردد ، عندما يتم نزع الأيونات من عمود القوس بشكل نشط أو ينقسم إلى سلسلة من الأقواس القصيرة ، يمكن إخماد القوس حتى عندما لا يزال المصدر يحتوي على جهد إمداد كبير للحفاظ على احتراق القوس ، ولكن يتضح ذلك لتكون غير كافية لضمان اشتعالها - عند معبر الصفر الحالي.

في ظل ظروف إزالة الأيونات النشطة أثناء تقاطع الصفر الحالي ، تنخفض موصلية عمود القوس لدرجة أنه ، على الأقل لفترة قصيرة ، يجب تطبيق جهد كبير عليه لبدء القوس في نصف الدورة التالية.

إذا كانت الدائرة غير قادرة على توفير جهد كافي ومعدل زيادتها في الفجوة ، بعد مرور التيار صفر ، يتم مقاطعة التيار ، أي أن القوس لا يظهر في نصف الدورة التالية وتكون الدائرة أخيرًا أطفئ.

ثم ضع في اعتبارك أكثرها شيوعًا ببساطة فتح دوائر القوس.

إذا تجاوز جهد مصدر الدائرة والتيار قيمًا حرجة معينة ، فعند نقاط اتصال جهاز الفصل الكهربائي عند فتحها ، يحدث تفريغ ثابت للقوس... إذا تباعدت جهات الاتصال أو تم نفخ القوس في غرفة إطفاء القوس في الفاصل ، يتم إنشاء ظروف احتراق غير مستقرة للقوس ويمكن إطفاء القوس.

مع زيادة جهد الدائرة والتيار ، تزداد صعوبة خلق ظروف الانحناء غير المستقرة بسرعة. عند الفولتية التي تصل إلى آلاف وعشرات الآلاف من الفولتات والتيارات العالية نسبيًا (آلاف الأمبيرات) ، يحدث قوس قوي جدًا في ملامسات جهاز الفصل ، من أجل إخماده وبالتالي كسر الدائرة ، يجب اتخاذ تدابير للاستخدام أجهزة إطفاء القوس الأكثر تعقيدًا ... تنشأ صعوبات كبيرة بشكل خاص عند إيقاف تشغيل دوائر التيار المستمر.

يجب أيضًا التغلب على صعوبات كبيرة أثناء الصخرة. التيارات ماس ​​كهربائى في دارات التيار المتناوب لفترات قصيرة من الزمن (جزء من المئات والألف من الثانية).

إن الانقطاع السريع للدائرة وإزالة الدوائر القصيرة الناتجة في التركيبات الكهربائية تمليه عدد من الظروف وقبل كل شيء الحاجة إلى الحفاظ على استقرار التشغيل. الأنظمة الكهربائيةوحماية الأسلاك والمعدات من التأثيرات الحرارية لتيارات الدائرة القصيرة ، وحماية جهات الاتصال وغرف القوس لأجهزة الفصل من التأثير المدمر للقوس القوي.

الإزالة السريعة لقوس الدائرة المفتوحة هي أيضًا ذات أهمية كبيرة و في أجهزة دوائر التحكم في الجهد المنخفض، والتي عادة ما تكون مصممة لعدد كبير جدًا من عمليات التحويل. يؤدي تقليل مدة احتراق القوس إلى تقليل احتراق جهات الاتصال والعناصر الأخرى للجهاز ، وبالتالي إلى زيادة عمر الخدمة.

ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي الإزالة السريعة للقوس إلى حدوث ارتفاعات كبيرة جدًا في الدائرة لأن القوس ، عندما تكون الدائرة مفتوحة ، يمتص الطاقة الكهرومغناطيسية المخزنة في الدائرة ، والتي يمكن تحويلها إلى طاقة كهروستاتيكية. وبالتالي ، يمكن أن يلعب تفريغ القوس دورًا إيجابيًا في بعض الحالات. يجب أن يتم حساب هذا.

تعتمد مشكلة إنشاء أجهزة فصل موثوقة وعالية السرعة ومنخفضة الجهد ، أولاً وقبل كل شيء ، على الحل الصحيح لمشكلة تبريد القوس.

يعد انقطاع الدوائر الكهربائية ذات الجهد المنخفض والعالي مع تكوين قوس قوي في ملامسات الأجهزة الكهربائية عملية معقدة ، تكرس دراستها لعدد كبير من الدراسات النظرية والتجريبية وتطورات التصميم.

هناك عدد كبير من طرق إطفاء أقواس التيار المتردد والتيار المستمر التي يتم استخدامها عمليًا اعتمادًا على مستويات جهد التشغيل ، وحجم التيارات ، ووقت التشغيل المطلوب لأجهزة الفصل ، وظروف السلامة ، إلخ.

في الوقت الحاضر ، لا يزال الانحناء البسيط هو المسار الرئيسي الذي تواصل تكنولوجيا جهاز تبديل التيار المتردد والتيار المتردد للجهد العالي والمنخفض اتباعه.

أنظر أيضا:قواطع الدائرة الفراغية ذات الجهد العالي - تصميم ومبدأ التشغيل