Η αρχή και η μέθοδος κατάσβεσης της δημιουργίας τόξου σε ηλεκτρονικές συσκευές όπως οι ασφάλειες

Τι είναι το ηλεκτρικό τόξο;

Όταν η ασφάλεια στο κύκλωμα καεί, όταν η τάση και το ρεύμα φτάσουν σε μια ορισμένη τιμή, ο σύνδεσμος ασφάλειας μόλις έχει λιώσει και αποσυνδεθεί και θα προκύψει ένα τόξο μεταξύ των ασφαλειών που μόλις χωρίστηκαν, το οποίο ονομάζεται τόξο. Οφείλεται στο ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο ιονίζει το αέριο και προκαλεί τη διέλευση του ρεύματος από το κανονικά μονωτικό μέσο. Η χρήση ηλεκτρικών τόξων μπορεί να έχει πολλές εφαρμογές, όπως συγκόλληση, κλιβάνους ηλεκτρικού τόξου σε χαλυβουργεία κ.λπ. Αν όμως το τόξο δημιουργηθεί σε ανεξέλεγκτη κατάσταση, θα προκαλέσει ζημιά στη μετάδοση, τη διανομή και τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό ισχύος. Πρέπει λοιπόν να κατανοήσουμε και να ελέγξουμε το τόξο.

Σύνθεση ηλεκτρικού τόξου

1. Ζώνη στήλης τόξου

Η περιοχή της στήλης τόξου είναι ηλεκτρικά ουδέτερη και αποτελείται από μόρια, άτομα, διεγερμένα άτομα, θετικά ιόντα, αρνητικά ιόντα και ηλεκτρόνια. Μεταξύ αυτών, τα θετικά φορτισμένα ιόντα είναι σχεδόν ίσα με τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα, επομένως ονομάζεται επίσης πλάσμα. Τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται κατευθυντικά στο πλάσμα χωρίς να καταναλώνουν πολλή ενέργεια, γι' αυτό μπορούν να μεταδώσουν υψηλά ρεύματα υπό συνθήκες χαμηλής τάσης. Τα κύρια φορτισμένα σωματίδια που μεταδίδουν ρεύμα είναι τα ηλεκτρόνια, που αντιπροσωπεύουν περίπου το 99,9% του συνολικού αριθμού φορτισμένων σωματιδίων, ενώ τα υπόλοιπα είναι θετικά ιόντα. Λόγω του εξαιρετικά μικρού μήκους των περιοχών καθόδου και ανόδου, το μήκος της περιοχής στήλης τόξου μπορεί να θεωρηθεί ως μήκος τόξου. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στην περιοχή της στήλης τόξου είναι σχετικά χαμηλή, συνήθως μόνο 5-10 V/cm.

2. Περιοχή καθόδου

Η κάθοδος θεωρείται η πηγή ηλεκτρονίων. Παρέχει το 99,9% των φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρόνια) στη στήλη τόξου. Η ικανότητα της καθόδου να εκπέμπει ηλεκτρόνια έχει σημαντικό αντίκτυπο στη σταθερότητα του τόξου. Το μήκος της περιοχής της καθόδου είναι 10-5-10-6 cm. Εάν η πτώση τάσης καθόδου είναι 10 V, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου της περιοχής της καθόδου είναι 106-107 V/cm.

3. Περιοχή ανόδου

Η περιοχή της ανόδου είναι κυρίως υπεύθυνη για την αποδοχή ηλεκτρονίων, αλλά θα πρέπει επίσης να παρέχει το 0,1% των φορτισμένων σωματιδίων (θετικά ιόντα) στη στήλη τόξου. Το μήκος της περιοχής ανόδου είναι συνήθως 10-2-10-3 cm, επομένως η ένταση ηλεκτρικού πεδίου της περιοχής ανόδου είναι 103-104 V/cm. Λόγω της σημαντικής επίδρασης του υλικού ανόδου και του ρεύματος συγκόλλησης στην πτώση τάσης στην περιοχή της ανόδου, μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 0 και 10 V. Για παράδειγμα, όταν η πυκνότητα ρεύματος είναι υψηλή και η θερμοκρασία της ανόδου είναι υψηλή, προκαλώντας την εξάτμιση του υλικού της ανόδου, η πτώση τάσης της ανόδου θα μειωθεί, ακόμη και στα 0V.

Χαρακτηριστικά ηλεκτρικών τόξων

1. Η τάση τόξου που απαιτείται για τη διατήρηση της σταθερής καύσης του τόξου είναι πολύ χαμηλή και η τάση μιας στήλης τόξου συνεχούς ρεύματος 1 cm στην ατμόσφαιρα είναι μόνο 10-50 V.

2. Ένα μεγάλο ρεύμα μπορεί να περάσει μέσα από το τόξο, που κυμαίνεται από λίγα αμπέρ έως αρκετές χιλιάδες αμπέρ.

3. Το τόξο έχει υψηλή θερμοκρασία και η θερμοκρασία της στήλης τόξου είναι ανομοιόμορφη. Η θερμοκρασία του κέντρου είναι η υψηλότερη, φτάνοντας τους 6000-10000 βαθμούς, ενώ η θερμοκρασία μειώνεται μακριά από το κέντρο.

4. Τα ηλεκτρικά τόξα μπορούν να εκπέμπουν ισχυρό φως. Το μήκος κύματος της φωτεινής ακτινοβολίας από το τόξο είναι (1,7-50) × 10-7 m. Περιλαμβάνει τρία μέρη: υπέρυθρο, ορατό φως και υπεριώδες φως

Ταξινόμηση ηλεκτρικών τόξων

1. Ανάλογα με τον τύπο του ρεύματος, μπορεί να χωριστεί σε τόξο AC, τόξο συνεχούς ρεύματος και τόξο παλμών.

2. Ανάλογα με την κατάσταση του τόξου, μπορεί να χωριστεί σε ελεύθερο τόξο και συμπιεσμένο τόξο (όπως τόξο πλάσματος).

3. Σύμφωνα με το υλικό του ηλεκτροδίου, μπορεί να χωριστεί σε: τόξο ηλεκτροδίων τήξης και τόξο ηλεκτροδίων μη τήξης.

Οι κίνδυνοι των ηλεκτρικών τόξων

1. Η παρουσία τόξων παρατείνει το χρόνο για την αποσύνδεση των ελαττωματικών κυκλωμάτων από τον εξοπλισμό διανομής και αυξάνει την πιθανότητα βραχυκυκλωμάτων στο σύστημα ισχύος.

2. Η υψηλή θερμοκρασία που δημιουργείται από το τόξο λιώνει και εξατμίζει την επιφάνεια επαφής, καίγοντας το μονωτικό υλικό. Ο ηλεκτρικός εξοπλισμός γεμάτος λάδι μπορεί επίσης να εγκυμονεί κινδύνους όπως πυρκαγιά και έκρηξη.

3. Λόγω του ότι τα ηλεκτρικά τόξα μπορούν να κινηθούν υπό την επίδραση ηλεκτρικών και θερμικών δυνάμεων. Είναι εύκολο να προκληθούν βραχυκυκλώματα με τόξο και τραυματισμοί, που οδηγούν στην κλιμάκωση των ατυχημάτων.

Η αρχή των έξι τόξων κατάσβεσης

1. Θερμοκρασία τόξου

Το τόξο διατηρείται με θερμικό ιονισμό και η μείωση της θερμοκρασίας του τόξου μπορεί να αποδυναμώσει τον θερμικό ιονισμό και να μειώσει τη δημιουργία νέων φορτισμένων ιόντων. Ταυτόχρονα, μειώνει επίσης την ταχύτητα των φορτισμένων σωματιδίων και ενισχύει το σύνθετο αποτέλεσμα. Επιμηκύνοντας γρήγορα το τόξο, φυσώντας το τόξο με αέριο ή λάδι ή φέρνοντας το τόξο σε επαφή με την επιφάνεια ενός στερεού μέσου, η θερμοκρασία του τόξου μπορεί να μειωθεί.

2. Χαρακτηριστικά του μέσου

Τα χαρακτηριστικά του μέσου στο οποίο καίγεται το τόξο καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τη δύναμη διάστασης στο τόξο. Συμπεριλαμβανομένης της θερμικής αγωγιμότητας, της θερμοχωρητικότητας, της ελεύθερης θερμικής θερμοκρασίας, της διηλεκτρικής ισχύος κ.λπ.

3. Πίεση αερίου μέσου

Η πίεση του αερίου μέσου έχει σημαντικό αντίκτυπο στη διάσταση του τόξου. Επειδή όσο μεγαλύτερη είναι η πίεση του αερίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση των σωματιδίων στο τόξο, όσο μικρότερη είναι η απόσταση μεταξύ των σωματιδίων, τόσο ισχυρότερο είναι το σύνθετο φαινόμενο και τόσο πιο εύκολο είναι να σβήσει το τόξο. Σε περιβάλλον υψηλού κενού, η πιθανότητα σύγκρουσης μειώνεται, γεγονός που καταστέλλει τη διάσταση της σύγκρουσης, ενώ το φαινόμενο διάχυσης είναι ισχυρό.

4. Υλικό επαφής

Το υλικό επαφής επηρεάζει επίσης τη διαδικασία αποκόλλησης. Όταν χρησιμοποιείτε μέταλλα ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες με υψηλά σημεία τήξης, καλή θερμική αγωγιμότητα και μεγάλη θερμοχωρητικότητα ως επαφές, μειώνει την εκπομπή θερμών ηλεκτρονίων και μεταλλικών ατμών στο τόξο, κάτι που είναι ευεργετικό για την κατάσβεση του τόξου.

Η μέθοδος κατάσβεσης του τόξου

1. Χρησιμοποιήστε το μέσο για να σβήσετε το τόξο

Η αποκόλληση του διακένου τόξου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα χαρακτηριστικά του πυροσβεστικού μέσου γύρω από το τόξο. Το αέριο εξαφθοριούχο θείο είναι ένα εξαιρετικό μέσο πυρόσβεσης τόξου με ισχυρή ηλεκτραρνητικότητα. Μπορεί να προσροφήσει γρήγορα ηλεκτρόνια και να σχηματίσει σταθερά αρνητικά ιόντα, τα οποία ευνοούν τον ανασυνδυασμό και τον ιονισμό. Η ικανότητα κατάσβεσης τόξου είναι περίπου 100 φορές ισχυρότερη από τον αέρα. Το κενό (πίεση κάτω από 0,013Pa) είναι επίσης ένα καλό μέσο για την κατάσβεση τόξου. Λόγω του μικρού αριθμού ουδέτερων σωματιδίων στο κενό, δεν είναι εύκολο να συγκρουστούν και να διαχωριστούν, και το κενό ευνοεί τη διάχυση και τη διάσταση. Η ικανότητα πυρόσβεσης του τόξου είναι περίπου 15 φορές ισχυρότερη από τον αέρα.

2. Χρησιμοποιήστε αέριο ή λάδι για να φυσήξετε το τόξο

Το φύσημα ενός τόξου προκαλεί τη διάχυση και τον ανασυνδυασμό ψύξης φορτισμένων σωματιδίων στο διάκενο τόξου. Στους διακόπτες κυκλώματος υψηλής τάσης, χρησιμοποιούνται διάφορες μορφές δομών θαλάμου πυρόσβεσης τόξου για να δημιουργήσουν τεράστια πίεση από αέριο ή λάδι και να την φυσήξουν με δύναμη προς το διάκενο τόξου. Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι για να φυσήξετε ένα τόξο: κάθετο φύσημα και οριζόντιο φύσημα. Το κάθετο φύσημα είναι η κατεύθυνση φυσήματος παράλληλη προς το τόξο, η οποία προκαλεί το τόξο να γίνει πιο λεπτό. Οριζόντια φύσημα είναι η κάθετη προς το τόξο κατεύθυνση φυσήματος, η οποία επιμηκύνει και κόβει το τόξο.

3. Χρησιμοποιήστε ειδικά μεταλλικά υλικά ως επαφές κατάσβεσης τόξου

Η χρήση ανθεκτικών σε υψηλές θερμοκρασίες μετάλλων με υψηλά σημεία τήξης, θερμική αγωγιμότητα και μεγάλη θερμοχωρητικότητα ως υλικά επαφής μπορεί να μειώσει την εκπομπή θερμών ηλεκτρονίων και μεταλλικών ατμών στα ηλεκτρικά τόξα, επιτυγχάνοντας έτσι το αποτέλεσμα της καταστολής του ιονισμού. Το υλικό επαφής που χρησιμοποιείται ταυτόχρονα απαιτεί επίσης υψηλή αντοχή στο τόξο και τη συγκόλληση. Τα κοινά υλικά επαφής περιλαμβάνουν κράμα χαλκού βολφραμίου, κράμα βολφραμίου αργύρου κ.λπ.

4. Φύσημα ηλεκτρομαγνητικού τόξου

Το φαινόμενο του ηλεκτρικού τόξου που κινείται υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικής δύναμης ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικό τόξο εμφύσησης. Λόγω της κίνησης του τόξου στο περιβάλλον μέσο, ​​έχει το ίδιο αποτέλεσμα με το φύσημα του αέρα, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της κατάσβεσης του τόξου. Αυτή η μέθοδος κατάσβεσης τόξου χρησιμοποιείται ευρύτερα σε συσκευές διανομής χαμηλής τάσης.

5. Κάντε το τόξο να κινηθεί στη στενή σχισμή του συμπαγούς μέσου

Αυτός ο τύπος μεθόδου κατάσβεσης τόξου είναι επίσης γνωστός ως κατάσβεση τόξου με σχισμή. Λόγω της κίνησης του τόξου στη στενή σχισμή του μέσου, αφενός, ψύχεται, γεγονός που ενισχύει το φαινόμενο ιονισμού. Από την άλλη πλευρά, το τόξο επιμηκύνεται, η διάμετρος του τόξου μειώνεται, η αντίσταση του τόξου αυξάνεται και το τόξο σβήνει.

6. Διαχωρίστε το μακρύ τόξο σε κοντά τόξα

Όταν το τόξο διέρχεται από μια σειρά από μεταλλικά πλέγματα κάθετα σε αυτό, το μακρύ τόξο χωρίζεται σε πολλά μικρά τόξα. Η πτώση τάσης των βραχέων τόξων πέφτει κυρίως στις περιοχές ανόδου και καθόδου. Εάν ο αριθμός των δικτύων είναι επαρκής για να διασφαλιστεί ότι το άθροισμα των ελάχιστων πτώσεων τάσης που απαιτούνται για τη διατήρηση της καύσης τόξου σε κάθε τμήμα είναι μεγαλύτερο από την εφαρμοζόμενη τάση, το τόξο θα σβήσει από μόνο του. Επιπλέον, αφού το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος περάσει το μηδέν, λόγω του φαινομένου σχεδόν καθόδου, η διηλεκτρική ισχύς κάθε διάκενου τόξου αυξάνεται ξαφνικά στα 150-250 V. Χρησιμοποιώντας πολλαπλά διάκενα τόξου σε σειρά, μπορεί να επιτευχθεί υψηλότερη διηλεκτρική αντοχή, έτσι ώστε το τόξο να μην ξανααναφλέγεται αφού σβήσει σε μηδενική διέλευση.

7. Υιοθετήστε την κατάσβεση τόξου πολλαπλών καταγμάτων

Κάθε φάση ενός διακόπτη υψηλής τάσης συνδέεται σε σειρά με δύο ή περισσότερα σπασίματα, γεγονός που μειώνει την τάση που υφίσταται κάθε διακοπή και διπλασιάζει την ταχύτητα διακοπής της επαφής, προκαλώντας γρήγορη επιμήκυνση του τόξου και ωφελώντας την κατάσβεση του τόξου.

8. Βελτιώστε την ταχύτητα διαχωρισμού των επαφών του διακόπτη κυκλώματος

Βελτιώθηκε η ταχύτητα επιμήκυνσης του τόξου, η οποία είναι ευεργετική για την ψύξη, τον ανασυνδυασμό και τη διάχυση.