Il principio e il metodo di estinzione della generazione dell'arco nei dispositivi elettronici come i fusibili

Cos'è un arco elettrico?

Quando il fusibile nel circuito è bruciato, quando la tensione e la corrente raggiungono un certo valore, il fusibile si è appena fuso e disconnesso e si creerà un arco tra i fusibili appena separati, chiamato arco. È dovuto al forte campo elettrico, che ionizza il gas e fa passare la corrente attraverso il mezzo normalmente isolante. L'uso degli archi elettrici può avere molte applicazioni, come la saldatura, i forni elettrici ad arco nelle acciaierie, ecc. Ma se l'arco viene generato in uno stato incontrollato, causerà danni alla trasmissione di potenza, alla distribuzione e alle apparecchiature elettroniche. Quindi dobbiamo comprendere e controllare l'arco.

Composizione dell'arco elettrico

1. Zona Colonna Arco

La regione della colonna dell'arco è elettricamente neutra e composta da molecole, atomi, atomi eccitati, ioni positivi, ioni negativi ed elettroni. Tra questi, gli ioni caricati positivamente sono quasi uguali agli ioni caricati negativamente, quindi è anche chiamato plasma. Le particelle cariche si muovono direzionalmente nel plasma senza consumare molta energia, motivo per cui possono trasmettere correnti elevate in condizioni di bassa tensione. Le principali particelle cariche che trasmettono corrente sono gli elettroni, che rappresentano circa il 99,9% del numero totale di particelle cariche, mentre il resto sono ioni positivi. A causa della lunghezza estremamente breve delle regioni del catodo e dell'anodo, la lunghezza della regione della colonna dell'arco può essere considerata come la lunghezza dell'arco. L'intensità del campo elettrico nella regione della colonna dell'arco è relativamente bassa, solitamente solo 5-10 V/cm.

2. Area del catodo

Il catodo è considerato la fonte di elettroni. Fornisce il 99,9% di particelle cariche (elettroni) alla colonna ad arco. La capacità del catodo di emettere elettroni ha un impatto significativo sulla stabilità dell'arco. La lunghezza della regione catodica è 10-5-10-6 cm. Se la caduta di tensione del catodo è 10 V, l'intensità del campo elettrico della regione del catodo è 106-107 V/cm.

3. Zona dell'anodo

La regione dell'anodo è principalmente responsabile dell'accettazione degli elettroni, ma dovrebbe anche fornire lo 0,1% di particelle cariche (ioni positivi) alla colonna dell'arco. La lunghezza della regione dell'anodo è solitamente 10-2-10-3 cm, quindi l'intensità del campo elettrico della regione dell'anodo è 103-104 V/cm. A causa dell'impatto significativo del materiale dell'anodo e della corrente di saldatura sulla caduta di tensione nella regione dell'anodo, questa può variare tra 0 e 10 V. Ad esempio, quando la densità di corrente è elevata e la temperatura dell'anodo è elevata, provocando l'evaporazione del materiale dell'anodo, la caduta di tensione dell'anodo diminuirà, anche fino a 0 V.

Caratteristiche degli archi elettrici

1. La tensione dell'arco richiesta per mantenere stabile la combustione dell'arco è molto bassa e la tensione di una colonna ad arco CC da 1 cm nell'atmosfera è di soli 10-50 V.

2. Attraverso l'arco può passare una corrente elevata, da pochi ampere a diverse migliaia di ampere.

3. L'arco ha una temperatura elevata e la temperatura della colonna dell'arco non è uniforme. La temperatura centrale è la più alta, raggiungendo i 6000-10000 gradi, mentre la temperatura diminuisce allontanandosi dal centro.

4. Gli archi elettrici possono emettere una luce intensa. La lunghezza d'onda della radiazione luminosa proveniente dall'arco è (1,7-50) × 10-7 m. Comprende tre parti: infrarossi, luce visibile e luce ultravioletta

Classificazione degli archi elettrici

1. A seconda del tipo di corrente, può essere divisa in arco CA, arco CC e arco a impulsi.

2. A seconda dello stato dell'arco, può essere suddiviso in arco libero e arco compresso (come l'arco plasma).

3. A seconda del materiale dell'elettrodo, può essere suddiviso in: arco dell'elettrodo di fusione e arco dell'elettrodo non di fusione.

I rischi degli archi elettrici

1. La presenza di archi prolunga il tempo necessario al quadro per disconnettere i circuiti difettosi e aumenta la probabilità di cortocircuiti nel sistema di alimentazione.

2. L'elevata temperatura generata dall'arco scioglie ed evapora la superficie di contatto, bruciando il materiale isolante. Anche le apparecchiature elettriche riempite d'olio possono comportare rischi quali incendi ed esplosioni.

3. A causa del fatto che gli archi elettrici possono muoversi sotto l'azione di forze elettriche e termiche. È facile provocare cortocircuiti e lesioni, con conseguente aumento degli incidenti.

Il principio dei sei archi di estinzione

1. Temperatura dell'arco

L'arco è mantenuto dalla ionizzazione termica e l'abbassamento della temperatura dell'arco può indebolire la ionizzazione termica e ridurre la generazione di nuovi ioni carichi. Allo stesso tempo, riduce anche la velocità delle particelle cariche e migliora l'effetto composito. Allungando rapidamente l'arco, soffiando sull'arco con gas o olio o portando l'arco a contatto con la superficie di un mezzo solido, è possibile ridurre la temperatura dell'arco.

2. Caratteristiche del mezzo

Le caratteristiche del mezzo in cui brucia l'arco determinano in gran parte la forza di dissociazione nell'arco. Inclusi conduttività termica, capacità termica, temperatura libera termica, rigidità dielettrica, ecc.

3. Pressione del mezzo gassoso

La pressione del mezzo gassoso ha un impatto significativo sulla dissociazione dell'arco. Perché maggiore è la pressione del gas, maggiore è la concentrazione di particelle nell'arco, minore è la distanza tra le particelle, più forte è l'effetto composito e più facile è l'estinzione dell'arco. In un ambiente ad alto vuoto, la probabilità di collisione è ridotta, il che sopprime la dissociazione da collisione, mentre l'effetto di diffusione è forte.

4. Materiale di contatto

Anche il materiale di contatto influisce sul processo di distacco. Quando si utilizzano metalli resistenti alle alte temperature con punti di fusione elevati, buona conduttività termica e grande capacità termica come contatti, si riduce l'emissione di elettroni caldi e vapori metallici nell'arco, il che è vantaggioso per l'estinzione dell'arco.

Il metodo di estinzione dell'arco

1. Utilizzare il mezzo per estinguere l'arco

Il distacco dell'arco dipende in gran parte dalle caratteristiche del mezzo estinguente attorno all'arco. Il gas esafluoruro di zolfo è un eccellente mezzo di estinzione dell'arco con forte elettronegatività. Può assorbire rapidamente elettroni e formare ioni negativi stabili, che favoriscono la ricombinazione e la ionizzazione. La sua capacità di estinzione dell'arco è circa 100 volte più potente dell'aria; Anche il vuoto (pressione inferiore a 0,013 Pa) è un buon mezzo per l'estinzione dell'arco. A causa del piccolo numero di particelle neutre nel vuoto, non è facile scontrarsi e dissociarsi e il vuoto favorisce la diffusione e la dissociazione. La sua capacità di estinzione dell'arco è circa 15 volte più forte dell'aria.

2. Utilizzare gas o olio per soffiare l'arco

Soffiare un arco provoca la diffusione e la ricombinazione di raffreddamento delle particelle cariche nello spazio dell'arco. Negli interruttori automatici ad alta tensione, vengono utilizzate varie forme di strutture della camera di estinzione dell'arco per generare un'enorme pressione dal gas o dal petrolio e soffiarlo con forza verso l'intercapedine dell'arco. Esistono due modi principali per soffiare un arco: soffiaggio verticale e soffiaggio orizzontale. Il soffiaggio verticale è la direzione del soffiaggio parallela all'arco, che fa sì che l'arco diventi più sottile; Il soffiaggio orizzontale è la direzione di soffiaggio perpendicolare all'arco, che allunga e taglia l'arco.

3. Utilizzare materiali metallici speciali come contatti estinguenti l'arco

L'utilizzo di metalli resistenti alle alte temperature con elevati punti di fusione, conduttività termica e grande capacità termica come materiali di contatto può ridurre l'emissione di elettroni caldi e vapori metallici negli archi elettrici, ottenendo così l'effetto di sopprimere la ionizzazione; Il materiale di contatto utilizzato contemporaneamente richiede inoltre un'elevata resistenza all'arco e alla saldatura. I materiali di contatto comuni includono lega di tungsteno di rame, lega di tungsteno d'argento, ecc.

4. Soffiaggio dell'arco elettromagnetico

Il fenomeno dell'arco elettrico che si muove sotto l'azione della forza elettromagnetica è chiamato arco elettromagnetico. A causa del movimento dell'arco nel mezzo circostante, ha lo stesso effetto del soffio d'aria, raggiungendo così lo scopo di estinguere l'arco. Questo metodo di estinzione dell'arco è più ampiamente utilizzato nei quadri a bassa tensione.

5. Far muovere l'arco nella stretta fessura del supporto solido

Questo tipo di metodo di estinzione dell'arco è noto anche come estinzione dell'arco a fessura. A causa del movimento dell'arco nella stretta fenditura del mezzo, da un lato viene raffreddato, il che aumenta l'effetto di ionizzazione; D'altro canto, l'arco si allunga, il diametro dell'arco si riduce, la resistenza dell'arco aumenta e l'arco si estingue.

6. Separare l'arco lungo in archi corti

Quando l'arco passa attraverso una fila di griglie metalliche ad essa perpendicolari, l'arco lungo viene suddiviso in più archi brevi; La caduta di tensione degli archi corti cade principalmente nelle regioni dell'anodo e del catodo. Se il numero di griglie è sufficiente a garantire che la somma delle cadute di tensione minime necessarie per mantenere la combustione dell'arco in ciascun segmento sia maggiore della tensione applicata, l'arco si spegnerà da solo. Inoltre, dopo che la corrente CA ha raggiunto lo zero, a causa dell'effetto vicino al catodo, la rigidità dielettrica di ciascun arco traferro aumenta improvvisamente a 150-250 V. Utilizzando più archi tra loro in serie, è possibile ottenere una maggiore rigidità dielettrica, in modo che l'arco non si riaccenda dopo essere stato estinto al passaggio per lo zero.

7. Adottare l'estinzione dell'arco multifrattura

Ciascuna fase di un interruttore automatico ad alta tensione è collegata in serie con due o più interruzioni, il che riduce la tensione sopportata da ciascuna interruzione e raddoppia la velocità di interruzione del contatto, provocando un rapido allungamento dell'arco e favorendo l'estinzione dell'arco.

8. Migliorare la velocità di separazione dei contatti dell'interruttore

Migliorata la velocità di allungamento dell'arco, il che è vantaggioso per il raffreddamento, la ricombinazione e la diffusione dell'arco.