전기 아크를 형성하는 과정과 그것을 끄는 방법

전기 회로가 열리면 전기 아크의 형태로 전기 방전이 발생합니다. 전기 아크가 나타나려면 회로의 전류가 0.1A 이상일 때 접점의 전압이 10V 이상이면 충분합니다. 상당한 전압과 전류로 인해 아크 내부의 온도는 3-15,000 ° C에 도달하여 접점과 충전부가 녹습니다.

110kV 이상의 전압에서 아크의 길이는 수 미터에 달할 수 있습니다. 따라서 특히 고전력 회로에서 1kV 이상의 전압에 대한 전기 아크는 매우 위험하지만 1kV 미만의 전압에 대한 설치에서도 심각한 결과가 발생할 수 있습니다. 결과적으로 아크는 1kV 이상 및 이하의 전압에 대해 회로에서 가능한 한 많이 억제되고 신속하게 소멸되어야 합니다.

전기 아크의 원인

전기 아크를 형성하는 과정은 다음과 같이 단순화할 수 있습니다.접점이 갈라지면 먼저 접촉 압력이 감소하고 그에 따라 접촉면이 증가합니다. 전이 저항 (전류 밀도 및 온도 - 국지적(접촉 영역의 특정 영역에서) 과열이 시작되어 고온의 영향을 받을 때 전자의 속도가 증가하고 전극 표면에서 파열될 때 열전자 방사선에 추가로 기여합니다.

접점이 분리되는 순간, 즉 회로가 끊어지면 접점 갭에서 전압이 빠르게 복원됩니다. 이 경우 접점 사이의 거리가 작기 때문에 전기장 전자가 전극 표면에서 인출되는 영향으로 고전압. 그들은 전기장에서 가속하고 중성 원자에 부딪히면 운동 에너지를 제공합니다. 이 에너지가 중성 원자 껍질에서 적어도 하나의 전자를 분리하기에 충분하면 이온화 과정이 발생합니다.

형성된 자유 전자와 이온은 아크 트렁크의 플라즈마, 즉 아크가 연소되고 입자의 지속적인 이동이 보장되는 이온화 채널을 구성합니다. 이 경우 음전하를 띤 입자, 주로 전자는 한 방향(양극 방향)으로 이동하고, 하나 이상의 전자가 없는 가스의 원자 및 분자(양전하 입자)는 반대 방향(음극 방향)으로 이동합니다.

플라즈마 전도도는 금속 전도도에 가깝습니다.

아크 샤프트에 큰 전류가 흐르고 고온이 생성됩니다.아크 실린더의이 온도는 열 이온화로 이어집니다. 분자와 원자가 높은 운동 에너지로 고속으로 이동하여 충돌로 인한 이온 형성 과정 (아크가 타는 매체의 분자와 원자는 전자로 분해되고 긍정적으로 하전 이온 ). 강렬한 열 이온화는 높은 플라즈마 전도도를 유지합니다. 따라서 아크를 따른 전압 강하는 작습니다.

전기 아크에서는 이온화 외에도 원자와 분자의 탈 이온화라는 두 가지 프로세스가 지속적으로 발생합니다. 후자는 주로 확산을 통해 발생합니다. 즉, 하전 입자가 환경으로 이동하고 전자와 양전하 이온이 재결합하여 분해에 소비된 에너지가 반환되어 중성 입자로 재조립됩니다. 이 경우 열은 환경으로 제거됩니다.

따라서 고려 된 프로세스의 세 단계를 구분할 수 있습니다. 아크 점화, 충격 이온화 및 음극에서 전자 방출로 인해 아크 방전이 시작되고 이온화 강도가 탈 이온화보다 높을 때 아크의 안정적인 연소 지원 이온화 강도와 탈이온화 강도가 같을 때 아크 실린더의 열 이온화, 탈이온화 강도가 이온화 강도보다 높을 때 아크가 사라집니다.

전기 스위칭 장치에서 아크를 끄는 방법

전기 회로의 요소를 분리하고 스위칭 장치의 손상을 배제하려면 접점을 여는 것뿐만 아니라 접점 사이에 나타나는 아크를 소멸시켜야 합니다. 교류와 직류를 사용하는 소성뿐만 아니라 아크 소화 과정도 다릅니다.이것은 첫 번째 경우 아크의 전류가 반주기마다 0을 통과한다는 사실에 의해 결정됩니다. 이 때 아크의 에너지 방출이 멈추고 아크가 자발적으로 꺼졌다가 매번 다시 점화됩니다.

실제로 아크의 전류는 제로 크로싱보다 약간 일찍 0에 가까워집니다. 전류가 감소함에 따라 아크에 공급되는 에너지가 감소하고 이에 따라 아크의 온도가 감소하고 열 이온화가 중단되기 때문입니다. 이 경우 탈 이온화 프로세스는 아크 갭에서 집중적으로 계속됩니다. 이때 접점을 열고 빠르게 열면 후속 전기 중단이 발생하지 않고 아크 없이 회로가 분리됩니다. 그러나 실제로는 이를 수행하기가 매우 어려우므로 아크 소멸을 가속화하고 아크 공간을 냉각하며 하전 입자의 수를 줄이기 위해 특별한 조치를 취합니다.

탈 이온화의 결과 갭의 절연 내력이 점차 증가하고 동시에 회복 전압이 증가합니다. 이 값의 비율은 기간의 다음 절반에 무지개가 켜지는지 여부에 따라 다릅니다. 갭의 절연 내력이 더 빨리 증가하고 복구 전압보다 크면 아크가 더 이상 점화되지 않으며 그렇지 않으면 안정적인 아크가 제공됩니다. 첫 번째 조건은 아크 소멸 문제를 정의합니다.

스위치기어에는 다양한 아크 소광 방법이 사용됩니다.

호 확장

전기 회로를 분리하는 동안 접점이 갈라지면 결과 아크가 늘어납니다.동시에 표면적이 증가하고 연소에 더 많은 전압이 필요하기 때문에 아크의 냉각 조건이 개선됩니다.

긴 호를 일련의 짧은 호로 분할

접점이 열릴 때 형성된 아크가 예를 들어 금속 그리드로 끌어당김으로써 K개의 짧은 아크로 분할되면 꺼집니다. 일반적으로 아크는 와전류에 의해 그리드 플레이트에 유도된 전자기장의 영향으로 금속 그리드에 도입됩니다. 이 아크 소광 방법은 특히 자동 공기 스위치에서 1kV 미만의 전압용 개폐 장치에 널리 사용됩니다.

좁은 슬롯에서 아크 냉각

작은 호의 소화가 용이합니다. 따라서 스위칭 장치 세로 슬롯이있는 아크 슈트가 널리 사용됩니다 (이러한 슬롯의 축은 아크 실린더의 축과 방향이 일치합니다). 이러한 간극은 일반적으로 절연 내아크성 재료로 만들어진 챔버에 형성됩니다. 아크와 차가운 표면의 접촉으로 인해 강렬한 냉각이 발생하고 하전 입자가 환경에 확산되어 급속한 탈 이온화가 발생합니다.

벽이 평평하고 평행한 슬롯 외에도 리브, 돌출부, 연장부(포켓)가 있는 슬롯도 사용됩니다. 이 모든 것은 아크 실린더의 변형으로 이어지고 챔버의 차가운 벽과의 접촉 면적을 증가시킵니다.

아크는 일반적으로 아크와 상호 작용하는 자기장에 의해 좁은 슬롯으로 끌어당겨지며, 이는 전류 전달 도체로 생각할 수 있습니다.

외부 자기장 아크를 이동시키는 것은 아크가 발생하는 접점과 직렬로 연결된 코일에 의해 가장 자주 제공됩니다.좁은 슬롯 아크 담금질은 모든 전압 장치에 사용됩니다.

고압 아크 소화

일정한 온도에서 가스의 이온화 정도는 압력이 증가함에 따라 감소하는 반면 가스의 열전도율은 증가합니다. 다른 모든 조건이 같다면 아크 냉각이 향상됩니다. 단단히 닫힌 챔버에서 아크 자체에 의해 생성되는 고압에 의한 아크 소화는 퓨즈 및 기타 여러 장치에 널리 사용됩니다.

기름에 담금질하는 아크

만약에 연락처 전환 오일에 넣으면 열릴 때 발생하는 아크로 인해 오일이 심하게 증발합니다. 결과적으로 아크 주변에 주로 수소(70~80%)와 오일 증기로 구성된 기포(봉투)가 형성됩니다. 방출된 가스는 고속으로 아크 실린더 영역에 직접 침투하여 기포에서 차가운 가스와 뜨거운 가스를 혼합하고 집중 냉각을 제공하여 아크 갭의 탈이온화를 제공합니다. 또한 가스의 탈이온화 능력은 오일의 급속한 분해 중에 생성된 기포 내부의 압력을 증가시킵니다.

오일에서 아크 소호 프로세스의 강도는 아크가 오일과 더 가깝게 접촉할수록 더 높아지고 오일이 아크에 대해 더 빨리 이동합니다. 이를 감안할 때 아크 갭은 닫힌 절연 장치에 의해 제한됩니다. 아크 슈트... 이 챔버에서는 오일과 아크가 더 밀접하게 접촉하고 절연 플레이트와 배출 구멍의 도움으로 작업 채널이 형성됩니다. 오일과 가스의 이동을 통해 아크의 집중적 인 분출 (분출)을 제공합니다.

작동 원리에 따른 아크 슈트는 세 가지 주요 그룹으로 나뉩니다. 셀프 블로잉, 아크에서 방출되는 에너지로 인해 아크 영역에서 고압 및 가스 이동 속도가 생성되는 경우 아크가 자기장의 작용을 받으면 오일의 자기 담금질과 함께 특수 펌핑 유압 메커니즘의 도움으로 오일을 강제 분사하면 좁은 간격으로 이동합니다.

가장 효과적이고 간단한 자체 팽창 아크 슈트... 채널과 배기구의 위치에 따라 아크의 흐름을 따라 가스-증기 혼합물과 오일의 집중적 인 송풍 (세로 송풍) 또는 챔버가 구별됩니다. 아크를 통해 (가로 송풍)이 제공됩니다 ). 고려된 아크 소멸 방법은 1kV 이상의 전압에 대한 회로 차단기에 널리 사용됩니다.

1kV 이상의 전압에 대한 장치의 아크를 끄는 다른 방법

위의 아크 소멸 방법 외에도 다음을 사용합니다. 압축 공기의 흐름은 아크를 따라 또는 가로질러 아크를 날려 강렬한 냉각을 보장합니다(공기 대신 다른 가스가 사용되며 종종 고체 가스 생성에서 얻음). 재료 — 섬유, 비닐 플라스틱 등 — 타는 아크 자체에 의해 분해되는 비용), SF6(육불화황), 공기 및 수소보다 전기적 강도가 높기 때문에 대기압에서도이 가스의 아크 연소가 빠르게 소멸되며 접점이 열리면 아크가 발생하는 매우 희박한 가스 (진공) 0을 통해 전류가 처음 통과한 후에 발화(소멸)되지 않습니다.