การเปิดวงจรไฟฟ้า

การเปิดวงจรไฟฟ้ามักหมายถึง กระบวนการเปลี่ยนผ่านซึ่งกระแสวงจรเปลี่ยนจากค่าหนึ่งเป็นศูนย์ ในขั้นตอนสุดท้ายของการเปิดวงจรช่องว่างระหว่างหน้าสัมผัสของอุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อจะปรากฏขึ้นซึ่งนอกเหนือจากค่าการนำไฟฟ้าเป็นศูนย์แล้วยังต้องมีความเป็นฉนวนสูงพอที่จะทนต่อการทำงานของแรงดันไฟฟ้าของวงจรที่คืนค่าได้

ลักษณะทางกายภาพของการปล่อยอาร์ค

อาร์คไฟฟ้า สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อช่องว่างระหว่างหน้าสัมผัส (อิเล็กโทรด) แตกหรือเมื่อเปิดออก เมื่อหน้าสัมผัสเปิด การโค้งระหว่างกันจะอำนวยความสะดวกโดยการก่อตัวของ "จุด" ที่เรืองแสงบนพื้นผิวสัมผัส ซึ่งเป็นผลมาจากความหนาแน่นกระแสที่มีนัยสำคัญเหนือพื้นที่เล็กๆ ของ "การแยก" สิ่งนี้ทำให้เกิดส่วนโค้งขึ้นเมื่อหน้าสัมผัสขาดแม้ในแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำ (จากลำดับของโวลต์หลายสิบโวลต์)

เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเงื่อนไขขั้นต่ำสำหรับการเกิดอาร์คที่ไม่เสถียรอย่างน้อยบนหน้าสัมผัสคือ กระแสประมาณ 0.5 A และแรงดัน 15 — 20 V.

การเปิดหน้าสัมผัสที่ค่าแรงดันและกระแสต่ำกว่ามักจะมาพร้อมกับประกายไฟเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ที่แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่สูงขึ้น แต่ที่กระแสไฟต่ำ การก่อตัวระหว่างหน้าสัมผัสเปิดเป็นไปได้ การปลดปล่อยแสง.

การปรากฏตัวของการปล่อยแสงนั้นมีลักษณะเฉพาะคือแรงดันแคโทดลดลงอย่างมาก (สูงถึง 300 V) ถ้าการคายประจุเรืองแสงกลายเป็นการคายประจุแบบอาร์ค ตัวอย่างเช่น เมื่อกระแสในวงจรเพิ่มขึ้น แรงดันตกที่แคโทดจะลดลงเป็น 10 — 20 V

ลักษณะเฉพาะของการปล่อยอาร์คที่ความดันสูงของตัวกลางก๊าซคือ:

• ความหนาแน่นกระแสสูงในคอลัมน์ส่วนโค้ง

• อุณหภูมิสูงของก๊าซภายในช่องอาร์คถึง 5,000 K และภายใต้สภาวะการขจัดไอออนที่รุนแรง 12,000 — 15,000 K และสูงกว่า

• ความหนาแน่นกระแสสูงและแรงดันตกที่อิเล็กโทรดต่ำ

โดยปกติแล้ว เป้าหมายคือเพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการเปิดวงจรดำเนินไปอย่างรวดเร็วที่สุด เพื่อจุดประสงค์นี้ จะใช้อุปกรณ์สวิตช์พิเศษ (สวิตช์ เบรกเกอร์วงจร คอนแทคเตอร์ ฟิวส์ โหลดเบรกเกอร์ ฯลฯ)

ปรากฏการณ์อาร์คไม่ได้สังเกตเฉพาะในเซอร์กิตเบรกเกอร์เท่านั้น อาจเกิดอาร์คไฟฟ้าเมื่อเปิดหน้าสัมผัส ตัวตัดการเชื่อมต่อไฟฟ้าแรงสูง, เมื่อฉนวนของเส้นทับซ้อนกัน, เมื่อองค์ประกอบป้องกันของฟิวส์ถูกเผาไหม้ ฯลฯ

ความซับซ้อนของอุปกรณ์ของอุปกรณ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดที่กำหนดไว้ในแง่ของระดับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน, กระแสไฟฟ้าที่กำหนดและกระแสไฟฟ้าลัดวงจร, ระดับของแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดขึ้น, สภาพบรรยากาศ, การจัดอันดับความเร็ว ฯลฯ

คุณสมบัติของการเปิดวงจรไฟฟ้าผ่านตัวตัดการเชื่อมต่อ

คำถามเกี่ยวกับการดับไฟส่วนโค้งเปิดยาวของกระแสสลับมักพบบ่อยที่สุดเมื่อทำงานกับอุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่ออย่างง่าย เช่น อุปกรณ์ตัดไฟ อุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อดังกล่าวไม่มีอุปกรณ์ป้องกันส่วนโค้งพิเศษ และเมื่อหน้าสัมผัสเปิดขึ้น ก็จะขยายส่วนโค้งขึ้นไปในอากาศเท่านั้น

เพื่อปรับปรุงเงื่อนไขสำหรับการยืดส่วนโค้ง ตัวแยกการเชื่อมต่อจะติดตั้งฮอร์นหรืออิเล็กโทรดแบบแท่งเพิ่มเติม ซึ่งส่วนโค้งจะถูกยกขึ้นและยืดให้ยาวมาก

มีวิดีโอมากมายที่อัปโหลดบนอินเทอร์เน็ตซึ่งแสดงขั้นตอนการเกิดอาร์คเมื่อหน้าสัมผัสของตัวตัดการเชื่อมต่อเปิดขึ้นเมื่อโหลด (สามารถค้นหาได้ง่ายโดยการค้นหา «ตัวตัดการเชื่อมต่อแบบอาร์ค»)

เปิดอาร์คที่ตัวตัดการเชื่อมต่อหรือระหว่างตัวนำและกราวด์บนสายไฟได้รับการสนับสนุนอย่างมากจากลม เมื่อมีลม ส่วนโค้งอาจสั้นกว่าและถูกกำจัดได้เร็วกว่าเมื่อไม่มีลม อย่างไรก็ตาม ไม่ควรคำนึงถึงปัจจัยเช่นลมเนื่องจากความไม่สอดคล้องกันแต่ขึ้นอยู่กับสภาวะที่รุนแรงกว่า — ความสมบูรณ์ ไม่มีลม

ด้วยความช่วยเหลือของตัวแยกการเชื่อมต่อจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะปิดกระแสไฟขนาดใหญ่เนื่องจากส่วนโค้งในเวลาเดียวกันมีความยาวมากทำให้เกิดเปลวไฟจำนวนมากทำให้หน้าสัมผัสของอุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อละลายอย่างรุนแรง ส่วนโค้งเปิดอันทรงพลังสร้างความเสียหายให้กับฉนวนที่สัมผัสได้ง่ายทำให้เกิดการทับซ้อนกันระหว่างเฟสซึ่งนำไปสู่การลัดวงจรในเครือข่าย

ตัวแยกการเชื่อมต่อทั่วไปใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อตัดกระแสวงจรเปิดของหม้อแปลงขนาดเล็ก กระแสโหลดแบบคาปาซิทีฟ กระแสโหลดต่ำ ฯลฯ

วิธีเปิดวงจรไฟฟ้า

โดยหลักการแล้ววิธีการต่อไปนี้เป็นไปได้สำหรับการเปิดวงจรไฟฟ้าด้วยไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ

1. การต่อวงจรไฟฟ้าอย่างง่าย

กลุ่มนี้รวมถึงวิธีการดังกล่าวในการเปิดวงจรไฟฟ้าด้วยไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับซึ่งไม่มีมาตรการพิเศษเพิ่มเติมเพื่อจำกัดกระแสในวงจรก่อนที่จะเปิดหน้าสัมผัสหรือมาตรการพิเศษเพื่อลดพลังงานของส่วนโค้งในช่องว่างส่วนโค้งของ เบรกเกอร์.

ในวิธีการเปิดนี้ เงื่อนไขการแตกวงจรมีให้โดยมากสุด ห้องดับไฟส่วนโค้งของอุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อ โดยการสร้างความเป็นฉนวนที่จำเป็นของช่องว่างเมื่อกระแสข้ามศูนย์ (กระแสสลับ) หรือถึงค่าที่เพียงพอของแรงดันอาร์ค (กระแสตรง)

ในระหว่างการเกิดประกายไฟ หน้าสัมผัสของอุปกรณ์สามารถเปิดได้ในเฟสใดก็ได้ของกระแสที่ไหลในวงจร ดังนั้นหน้าสัมผัสและองค์ประกอบของรางส่วนโค้งจะต้องได้รับการออกแบบสำหรับผลกระทบของส่วนโค้งของพลังงานและพลังงานที่ค่อนข้างสูง

ห้องดับเพลิงอาร์คสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า

เซอร์กิตเบรกเกอร์ Arc Chute

2. การเปิดอาร์คที่จำกัดของวงจรไฟฟ้า

วิธีการยกเว้นดังกล่าวรวมถึงวิธีการที่ใช้งานค่อนข้างมากหรือ ปฏิกิริยาเนื่องจากกระแสในวงจรลดลงค่อนข้างมากเมื่อเทียบกับค่าที่มีอยู่ก่อนที่จะเริ่มมีข้อ จำกัด สวิตช์จะปิดกระแสไฟฟ้าที่จำกัดซึ่งยังคงอยู่ในวงจร

ในกรณีนี้ จะเกิดอาร์คที่จำกัดพลังงานที่หน้าสัมผัส และการดับอาร์คของกระแสไฟที่เหลืออยู่นั้นง่ายกว่ากรณีที่กระแสไม่ถูกจำกัด

ตามธรรมเนียมแล้ว เรารวมวิธีการตัดการเชื่อมต่อดังกล่าวไว้ในกลุ่มเดียวกัน ซึ่งเฟสของการหยุดชะงักในปัจจุบันได้รับการแก้ไขอย่างเคร่งครัดหรือเวลาการเผาไหม้ของส่วนโค้งบนหน้าสัมผัสถูกจำกัดด้วยมาตรการพิเศษบางอย่าง เช่น อุปกรณ์วาล์ว เป็นต้น

3. การเปิดวงจรไฟฟ้าโดยไม่ใช้ไฟฟ้า

กระบวนการเปิดวงจรไฟฟ้าในกรณีนี้มีลักษณะเฉพาะคือความจริงที่ว่าการปล่อยอาร์คที่หน้าสัมผัสหลักเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์หรือเกิดขึ้นในรูปแบบของส่วนโค้งที่ไม่เสถียรในระยะสั้นมากเนื่องจากอิทธิพลของความเหนี่ยวนำและความเหนี่ยวนำร่วมกันของวงจร . การเปิดวงจรประเภทนี้มักทำได้โดยใช้วาล์วกำลังสูง (ไดโอดซิลิคอนหรือไทริสเตอร์) ที่ใช้เป็นองค์ประกอบการแบ่งของหน้าสัมผัสเบรกเกอร์หลัก

ลักษณะการดับอาร์คเมื่อเปิดวงจรไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ

เงื่อนไขการดับไฟของอาร์กไฟฟ้ากระแสสลับที่มีการขจัดไอออนของช่องว่างอุปกรณ์สวิตชิ่งโดยพื้นฐานแล้วนั้นไม่รวมอยู่ในเงื่อนไขการดับไฟของอาร์กไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับแบบเปิดยาว

ในอาร์คถาวรหรือในอาร์คเปิดยาวสลับกัน การดับเกิดขึ้นเนื่องจากเมื่ออาร์คถูกยืดออก แหล่งพลังงานไฟฟ้าไม่สามารถครอบคลุมแรงดันตกในคอลัมน์อาร์คได้ ซึ่งเป็นผลมาจากสภาวะที่ไม่เสถียรเกิดขึ้นและ ส่วนโค้งดับลง

เมื่อเกิดอาร์คในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ เมื่ออาร์คคอลัมน์ถูกกำจัดอิออนหรือแตกออกเป็นชุดของอาร์คสั้นๆ อาร์คสามารถดับได้แม้ว่าแหล่งกำเนิดยังคงมีแรงดันไฟฟ้าจำนวนมากเพื่อรักษาการเผาไหม้ของอาร์ค แต่ปรากฎว่า ไม่เพียงพอต่อการจุดระเบิด—ที่จุดตัดปัจจุบัน

ภายใต้เงื่อนไขของการแยกไอออนไนซ์ที่ใช้งานระหว่างจุดตัดปัจจุบัน ค่าการนำไฟฟ้าของคอลัมน์อาร์คจะลดลงอย่างมาก ซึ่งอย่างน้อยในช่วงเวลาสั้นๆ จะต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญกับมันเพื่อเริ่มอาร์คในครึ่งรอบถัดไป

หากวงจรไม่สามารถจ่ายแรงดันได้เพียงพอและอัตราการเพิ่มขึ้นในช่องว่าง หลังจากกระแสผ่านศูนย์ กระแสจะถูกขัดจังหวะ นั่นคือ ส่วนโค้งจะไม่ปรากฏในครึ่งรอบถัดไปและในที่สุดวงจรก็ดับลง ปิด.

จากนั้นพิจารณาสิ่งที่พบบ่อยที่สุด เพียงแค่เปิดวงจรอาร์ค.

หากวงจรแหล่งจ่ายแรงดันและกระแสเกินค่าวิกฤตบางอย่าง ให้ที่หน้าสัมผัสของอุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อไฟฟ้า เมื่อเปิดออกจะเกิดการปล่อยอาร์คที่เสถียร… หากหน้าสัมผัสแยกออกมากขึ้นหรือส่วนโค้งถูกเป่าเข้าไปในห้องดับไฟส่วนโค้งของตัวตัดการเชื่อมต่อ จะเกิดสภาวะการเผาไหม้ของส่วนโค้งที่ไม่เสถียรและส่วนโค้งจะดับได้

เมื่อแรงดันและกระแสไฟฟ้าของวงจรเพิ่มขึ้น ความยากในการสร้างสภาวะอาร์คที่ไม่เสถียรจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ที่แรงดันไฟฟ้าถึงหลายพันหมื่นโวลต์และกระแสค่อนข้างสูง (หลายพันแอมแปร์) ส่วนโค้งที่ทรงพลังมากเกิดขึ้นที่หน้าสัมผัสของอุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อเพื่อดับไฟและทำให้วงจรแตก ต้องใช้มาตรการเพื่อใช้ อุปกรณ์ดับไฟอาร์คที่ซับซ้อนมากหรือน้อย ... ปัญหาสำคัญอย่างยิ่งเกิดขึ้นเมื่อปิดวงจรไฟฟ้ากระแสตรง

ต้องเอาชนะความยากลำบากอย่างมากในระหว่างหิน กระแสลัดวงจร ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับในช่วงเวลาสั้น ๆ (หนึ่งในร้อยและหนึ่งในพันของวินาที)

การตัดวงจรอย่างรวดเร็วและการขจัดวงจรลัดที่เกิดขึ้นในการติดตั้งระบบไฟฟ้านั้นถูกกำหนดโดยสถานการณ์หลายประการ และประการแรกคือความจำเป็นในการรักษาเสถียรภาพของการทำงาน ระบบไฟฟ้า, การป้องกันสายไฟและอุปกรณ์จากผลกระทบทางความร้อนของกระแสลัดวงจร, การป้องกันหน้าสัมผัสและห้องส่วนโค้งของอุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อจากการทำลายล้างของส่วนโค้งอันทรงพลัง

การกำจัดส่วนโค้งของวงจรเปิดอย่างรวดเร็วก็มีความสำคัญเช่นกันและ ในอุปกรณ์สำหรับวงจรควบคุมแรงดันต่ำซึ่งมักจะออกแบบมาสำหรับกระบวนการสวิตชิ่งจำนวนมาก การลดระยะเวลาของการเผาอาร์คนำไปสู่การลดการเผาไหม้ของหน้าสัมผัสและองค์ประกอบอื่น ๆ ของอุปกรณ์ และทำให้อายุการใช้งานเพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตาม การกำจัดส่วนโค้งอย่างรวดเร็วอาจส่งผลให้เกิดไฟกระชากในวงจรมาก เนื่องจากส่วนโค้งเมื่อเปิดวงจรจะดูดซับพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่เก็บไว้ในวงจร ซึ่งสามารถแปลงเป็นพลังงานคลื่นไฟฟ้าสถิตได้ ดังนั้นการปลดปล่อยอาร์คจึงมีบทบาทในเชิงบวกในบางกรณี สิ่งนี้ควรได้รับการพิจารณา

ปัญหาในการสร้างอุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อแรงดันสูงและแรงดันต่ำความเร็วสูงที่เชื่อถือได้ประการแรกนั้นขึ้นอยู่กับวิธีแก้ปัญหาที่ถูกต้องของปัญหาการดับอาร์คในอุปกรณ์เหล่านั้น

การหยุดชะงักของวงจรไฟฟ้าแรงดันต่ำและแรงสูงด้วยการก่อตัวของส่วนโค้งอันทรงพลังในหน้าสัมผัสของอุปกรณ์ไฟฟ้าเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งการศึกษานี้อุทิศให้กับการศึกษาเชิงทฤษฎีและการทดลองและการพัฒนาการออกแบบจำนวนมาก

มีวิธีดับไฟอาร์ค AC และ DC จำนวนมากที่ใช้ในทางปฏิบัติ ขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน ขนาดของกระแส เวลาในการทำงานที่จำเป็นของอุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อ สภาวะความปลอดภัย ฯลฯ

ในปัจจุบัน การอาร์คอย่างง่ายยังคงเป็นเส้นทางหลักที่เทคโนโลยีอุปกรณ์สวิตชิ่งไฟฟ้ากระแสสลับและไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำยังคงดำเนินต่อไป

ดูสิ่งนี้ด้วย:เซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศแรงสูง — การออกแบบและหลักการทำงาน