Sigorta gibi elektronik cihazlarda ark oluşumunun prensibi ve söndürme yöntemi

Elektrik arkı nedir?

Devredeki sigorta attığında, gerilim ve akım belirli bir değere ulaştığında sigorta henüz erimiş ve bağlantısı kesilmiştir ve yeni ayrılan sigorta bağlantıları arasında ark adı verilen bir ark meydana gelecektir. Bunun nedeni, gazı iyonize eden ve akımın normalde yalıtkan ortamdan geçmesine neden olan güçlü elektrik alanıdır. Elektrik arklarının kullanımı kaynak, çelik fabrikalarındaki elektrik ark ocakları vb. gibi birçok uygulamaya sahip olabilir. Ancak ark kontrolsüz bir durumda üretilirse güç iletimi, dağıtımı ve elektronik ekipmanlara zarar verecektir. Bu yüzden yayı anlamalı ve kontrol etmeliyiz.

Elektrik arkının bileşimi

1. Yay Sütun Bölgesi

Yay sütunu bölgesi elektriksel olarak nötrdür ve moleküllerden, atomlardan, uyarılmış atomlardan, pozitif iyonlardan, negatif iyonlardan ve elektronlardan oluşur. Bunlar arasında pozitif yüklü iyonlar neredeyse negatif yüklü iyonlara eşit olduğundan buna plazma da denir. Yüklü parçacıklar plazmada fazla enerji tüketmeden yönsel olarak hareket ederler, bu nedenle düşük voltaj koşullarında yüksek akımlar iletebilirler. Akımı ileten ana yüklü parçacıklar, toplam yüklü parçacık sayısının yaklaşık %99,9'unu oluşturan elektronlardır, geri kalanı pozitif iyonlardır. Katot ve anot bölgelerinin uzunluğunun çok kısa olması nedeniyle ark kolonu bölgesinin uzunluğu ark uzunluğu olarak kabul edilebilir. Ark kolonu bölgesindeki elektrik alan kuvveti nispeten düşüktür, genellikle sadece 5-10V/cm'dir.

2. Katot alanı

Katot elektronların kaynağı olarak kabul edilir. Ark sütununa yüklü parçacıkların (elektronların) %99,9'unu sağlar. Katodun elektron yayma yeteneği arkın stabilitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Katot bölgesinin uzunluğu 10-5-10-6cm'dir. Katot voltaj düşüşü 10V ise katot bölgesinin elektrik alan kuvveti 106-107V/cm olur.

3. Anot alanı

Anot bölgesi esas olarak elektronları kabul etmekten sorumludur, ancak aynı zamanda ark kolonuna %0,1 oranında yüklü parçacık (pozitif iyon) sağlamalıdır. Anot bölgesinin uzunluğu genellikle 10-2-10-3cm olduğundan anot bölgesinin elektrik alan kuvveti 103-104V/cm’dir. Anot bölgesindeki gerilim düşümü anot malzemesinin ve kaynak akımının önemli etkisinden dolayı 0 ile 10V arasında değişebilmektedir. Örneğin, akım yoğunluğu yüksek ve anot sıcaklığı yüksek olduğunda anot malzemesinin buharlaşmasına neden olur, anot voltaj düşüşü 0V'a kadar düşecektir.

Elektrik Arklarının Özellikleri

1. Arkın kararlı yanmasını sağlamak için gereken ark voltajı çok düşüktür ve atmosferdeki 1 cm'lik DC ark sütununun voltajı yalnızca 10-50V'tur.

2. Arktan birkaç amperden birkaç bin ampere kadar değişen büyük bir akım geçebilir.

3. Ark yüksek bir sıcaklığa sahiptir ve ark sütununun sıcaklığı eşit değildir. Merkez sıcaklığı en yüksek olup 6000-10000 dereceye ulaşırken, merkezden uzaklaştıkça sıcaklık düşer.

4. Elektrik arkları güçlü ışık yayabilir. Arktan gelen ışık radyasyonunun dalga boyu (1,7-50) × 10-7 m'dir. Üç bölümden oluşur: kızılötesi, görünür ışık ve ultraviyole ışık

Elektrik arklarının sınıflandırılması

1. Akım türüne göre AC ark, DC ark ve darbe arkına ayrılabilir.

2. Ark durumuna göre serbest ark ve sıkıştırılmış ark (plazma arkı gibi) olarak ikiye ayrılabilir.

3. Elektrot malzemesine göre şu şekilde ayrılabilir: eriyen elektrot arkı ve erimeyen elektrot arkı.

Elektrik arkının tehlikeleri

1. Arkların varlığı, şalt cihazının hatalı devreleri ayırma süresini uzatır ve güç sistemindeki kısa devre olasılığını artırır.

2. Ark tarafından üretilen yüksek sıcaklık, temas yüzeyini eritip buharlaştırarak yalıtım malzemesini yakar. Yağla doldurulmuş elektrikli ekipmanlar da yangın ve patlama gibi riskler oluşturabilir.

3. Elektrik arklarının elektrik ve termal kuvvetlerin etkisi altında hareket edebilmesi nedeniyle. Kısa devrelere ve yaralanmalara yol açarak kazaların artmasına neden olmak kolaydır.

Altı söndürme arkı prensibi

1. Ark sıcaklığı

Ark, termal iyonizasyonla korunur ve arkın sıcaklığının düşürülmesi, termal iyonizasyonu zayıflatabilir ve yeni yüklü iyonların oluşumunu azaltabilir. Aynı zamanda yüklü parçacıkların hızını da azaltır ve kompozit etkiyi artırır. Arkı hızla uzatarak, arkı gaz veya yağla üfleyerek veya arkı katı bir ortamın yüzeyiyle temas ettirerek ark sıcaklığı azaltılabilir.

2. Ortamın özellikleri

Arkın yandığı ortamın özellikleri büyük ölçüde arktaki ayrışmanın gücünü belirler. Termal iletkenlik, ısı kapasitesi, termal serbest sıcaklık, dielektrik mukavemeti vb. dahil.

3. Gaz ortamının basıncı

Gaz ortamının basıncı arkın ayrışması üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Çünkü gazın basıncı ne kadar yüksek olursa, arktaki parçacıkların konsantrasyonu da o kadar yüksek olur, parçacıklar arasındaki mesafe o kadar küçük olur, bileşik etki o kadar güçlü olur ve arkın sönmesi o kadar kolay olur. Yüksek vakum ortamında çarpışma olasılığı azalır, bu da çarpışma ayrışmasını bastırır, difüzyon etkisi ise güçlüdür.

4. İletişim Malzemesi

Temas malzemesi aynı zamanda ayrılma sürecini de etkiler. Yüksek erime noktalarına, iyi ısı iletkenliğine ve büyük ısı kapasitesine sahip yüksek sıcaklığa dayanıklı metallerin kontak olarak kullanılması, arktaki sıcak elektronların ve metal buharının emisyonunu azaltır, bu da arkın söndürülmesi için faydalıdır.

Arkı söndürme yöntemi

1. Arkı söndürmek için ortamı kullanın

Ark boşluğunun ayrılması büyük ölçüde ark etrafındaki söndürme ortamının özelliklerine bağlıdır. Kükürt heksaflorür gazı, güçlü elektronegatifliğe sahip mükemmel bir ark söndürme ortamıdır. Elektronları hızlı bir şekilde adsorbe edebilir ve rekombinasyon ve iyonizasyona yardımcı olan kararlı negatif iyonlar oluşturabilir. Ark söndürme yeteneği havadan yaklaşık 100 kat daha güçlüdür; Vakum (basınç 0,013Pa'nın altında) da ark söndürme için iyi bir ortamdır. Vakumdaki az sayıda nötr parçacık nedeniyle çarpışması ve ayrışması kolay değildir ve vakum, difüzyon ve ayrışmaya yardımcı olur. Ark söndürme yeteneği havadan yaklaşık 15 kat daha güçlüdür.

2. Arkı üflemek için gaz veya yağ kullanın

Bir arkın üflenmesi, ark boşluğundaki yüklü parçacıkların difüzyonuna ve soğumasına neden olur. Yüksek gerilim devre kesicilerinde, gaz veya yağdan çok büyük basınç oluşturmak ve bunu ark boşluğuna doğru güçlü bir şekilde üflemek için çeşitli şekillerde ark söndürme odası yapıları kullanılır. Arkı üflemenin iki ana yolu vardır: dikey üfleme ve yatay üfleme. Dikey üfleme, arkın incelmesine neden olan ark paralel üfleme yönüdür; Yatay üfleme, arkı uzatan ve kesen, yaya dik üfleme yönüdür.

3. Ark söndürme kontakları olarak özel metal malzemeler kullanın

Temas malzemeleri olarak yüksek erime noktalarına, termal iletkenliğe ve büyük ısı kapasitesine sahip yüksek sıcaklığa dayanıklı metallerin kullanılması, elektrik arklarında sıcak elektronların ve metal buharının emisyonunu azaltabilir, böylece iyonizasyonu baskılama etkisi elde edilebilir; Aynı anda kullanılan kontak malzemesi ark ve kaynağa karşı da yüksek direnç gerektirir. Yaygın temas malzemeleri arasında bakır tungsten alaşımı, gümüş tungsten alaşımı vb. bulunur.

4. Elektromanyetik ark üfleme

Elektromanyetik kuvvetin etkisi altında hareket eden elektrik arkı olgusuna elektromanyetik üfleme arkı denir. Arkın çevredeki ortamdaki hareketi nedeniyle hava üfleme ile aynı etkiyi göstererek arkın söndürülmesi amacına ulaşılır. Bu ark söndürme yöntemi, alçak gerilim şalt sisteminde daha yaygın olarak kullanılır.

5. Yayın katı ortamın dar yarığında hareket etmesini sağlayın

Bu tür ark söndürme yöntemi aynı zamanda yarık ark söndürme olarak da bilinir. Ortamın dar yarığında arkın hareketi nedeniyle bir yandan soğutulur, bu da iyonizasyon etkisini artırır; Öte yandan ark uzar, ark çapı küçülür, ark direnci artar ve ark söner.

6. Uzun yayı kısa yaylara ayırın

Yay, kendisine dik olan bir dizi metal ızgaradan geçtiğinde, uzun yay birkaç kısa yaya bölünür; Kısa arkların voltaj düşüşü esas olarak anot ve katot bölgelerine düşer. Izgara sayısı, her segmentte ark yanmasını sürdürmek için gereken minimum voltaj düşüşlerinin toplamının uygulanan voltajdan daha büyük olmasını sağlamak için yeterliyse ark kendi kendine sönecektir. Ayrıca AC akımı sıfırı geçtikten sonra katoda yakın etki nedeniyle her ark aralığının dielektrik dayanımı aniden 150-250V'a yükselir. Çoklu ark aralıklarının seri olarak kullanılmasıyla daha yüksek bir dielektrik mukavemeti elde edilebilir, böylece ark sıfır geçişte söndükten sonra yeniden alevlenmez.

7. Çok kırıklı ark söndürmeyi benimseyin

Yüksek voltajlı bir devre kesicinin her fazı, iki veya daha fazla kesiciyle seri olarak bağlanır; bu, her bir kesintinin taşıdığı voltajı azaltır ve kontak kopma hızını iki katına çıkararak arkın hızlı bir şekilde uzamasına ve arkın söndürülmesine fayda sağlar.

8. Devre kesici kontaklarının ayrılma hızını artırın

Ark soğutma, rekombinasyon ve difüzyon için faydalı olan ark uzatma hızı iyileştirildi.