Het principe en de blusmethode van booggeneratie in elektronische apparaten zoals zekeringen

Wat is een elektrische boog?

Wanneer de zekering in het circuit doorbrandt en de spanning en stroom een ​​bepaalde waarde bereiken, is de zekeringverbinding zojuist gesmolten en losgekoppeld, en ontstaat er een boog tussen de zojuist gescheiden zekeringverbindingen, die een boog wordt genoemd. Dit komt door het sterke elektrische veld, dat het gas ioniseert en ervoor zorgt dat de stroom door het normaal isolerende medium gaat. Het gebruik van elektrische bogen kan vele toepassingen hebben, zoals lassen, vlamboogovens in staalfabrieken, enz. Maar als de boog in een ongecontroleerde toestand wordt gegenereerd, zal deze schade veroorzaken aan de krachtoverbrenging, distributie en elektronische apparatuur. We moeten de boog dus begrijpen en beheersen.

Samenstelling van elektrische boog

1. Boogkolomzone

Het boogkolomgebied is elektrisch neutraal en bestaat uit moleculen, atomen, aangeslagen atomen, positieve ionen, negatieve ionen en elektronen. Onder hen zijn positief geladen ionen bijna gelijk aan negatief geladen ionen, daarom wordt het ook plasma genoemd. Geladen deeltjes bewegen zich in een richting in het plasma zonder veel energie te verbruiken. Daarom kunnen ze onder lage spanning hoge stromen overbrengen. De belangrijkste geladen deeltjes die stroom overbrengen zijn elektronen, goed voor ongeveer 99,9% van het totale aantal geladen deeltjes, terwijl de rest positieve ionen zijn. Vanwege de extreem korte lengte van de kathode- en anodegebieden kan de lengte van het boogkolomgebied worden beschouwd als de booglengte. De elektrische veldsterkte in het boogkolomgebied is relatief laag, gewoonlijk slechts 5-10 V/cm.

2. Kathodegebied

De kathode wordt beschouwd als de bron van elektronen. Het levert 99,9% van de geladen deeltjes (elektronen) aan de boogkolom. Het vermogen van de kathode om elektronen uit te zenden heeft een aanzienlijke invloed op de stabiliteit van de boog. De lengte van het kathodegebied is 10-5-10-6 cm. Als de kathodespanningsval 10 V bedraagt, is de elektrische veldsterkte van het kathodegebied 106-107 V/cm.

3. Anodegebied

Het anodegebied is voornamelijk verantwoordelijk voor het accepteren van elektronen, maar moet ook 0,1% geladen deeltjes (positieve ionen) aan de boogkolom leveren. De lengte van het anodegebied is gewoonlijk 10-2-10-3 cm, dus de elektrische veldsterkte van het anodegebied is 103-104 V/cm. Door de aanzienlijke invloed van anodemateriaal en lasstroom op de spanningsval in het anodegebied kan deze variëren tussen 0 en 10V. Als de stroomdichtheid bijvoorbeeld hoog is en de anodetemperatuur hoog, waardoor het anodemateriaal verdampt, zal de anodespanningsval afnemen, zelfs tot 0V.

Kenmerken van elektrische bogen

1. De boogspanning die nodig is om een ​​stabiele verbranding van de boog te behouden is erg laag en de spanning van een DC-boogkolom van 1 cm in de atmosfeer is slechts 10-50 V.

2. Er kan een grote stroom door de boog lopen, variërend van enkele ampère tot enkele duizenden ampère.

3. De boog heeft een hoge temperatuur en de temperatuur van de boogkolom is ongelijkmatig. De centrumtemperatuur is het hoogst en bereikt 6000-10.000 graden, terwijl de temperatuur buiten het centrum afneemt.

4. Elektrische bogen kunnen sterk licht uitstralen. De golflengte van de lichtstraling van de boog is (1,7-50) x 10-7m. Het bestaat uit drie delen: infrarood, zichtbaar licht en ultraviolet licht

Classificatie van elektrische bogen

1. Afhankelijk van het type stroom kan deze worden onderverdeeld in AC-boog, DC-boog en pulsboog.

2. Afhankelijk van de staat van de boog kan deze worden verdeeld in vrije boog en gecomprimeerde boog (zoals plasmaboog).

3. Afhankelijk van het elektrodemateriaal kan het worden onderverdeeld in: smeltende elektrodeboog en niet-smeltende elektrodeboog.

De gevaren van elektrische bogen

1. De aanwezigheid van vlambogen verlengt de tijd die schakelapparatuur nodig heeft om defecte circuits los te koppelen en vergroot de kans op kortsluiting in het voedingssysteem.

2. De hoge temperatuur die door de boog wordt gegenereerd, doet het contactoppervlak smelten en verdampen, waardoor het isolatiemateriaal verbrandt. Met olie gevulde elektrische apparatuur kan ook risico's met zich meebrengen, zoals brand en explosie.

3. Vanwege het feit dat elektrische bogen kunnen bewegen onder invloed van elektrische en thermische krachten. Het is gemakkelijk om boogkortsluitingen en verwondingen te veroorzaken, wat leidt tot een escalatie van ongevallen.

Het principe van zes blusbogen

1. Boogtemperatuur

De boog wordt in stand gehouden door thermische ionisatie, en het verlagen van de temperatuur van de boog kan de thermische ionisatie verzwakken en de vorming van nieuwe geladen ionen verminderen. Tegelijkertijd vermindert het ook de snelheid van geladen deeltjes en verbetert het het samengestelde effect. Door de boog snel te verlengen, de boog te blazen met gas of olie, of de boog in contact te brengen met het oppervlak van een vast medium, kan de boogtemperatuur worden verlaagd.

2. Kenmerken van het medium

De kenmerken van het medium waarin de boog brandt, bepalen grotendeels de sterkte van de dissociatie in de boog. Inclusief thermische geleidbaarheid, warmtecapaciteit, thermische vrije temperatuur, diëlektrische sterkte, enz.

3. Druk van het gasmedium

De druk van het gasmedium heeft een aanzienlijke invloed op de dissociatie van de boog. Want hoe hoger de druk van het gas, hoe hoger de concentratie van deeltjes in de boog, hoe kleiner de afstand tussen de deeltjes, hoe sterker het samengestelde effect en hoe gemakkelijker het voor de boog is om te doven. In een hoogvacuümomgeving wordt de kans op botsingen verminderd, waardoor de botsingsdissociatie wordt onderdrukt, terwijl het diffusie-effect sterk is.

4. Contactmateriaal

Het contactmateriaal heeft ook invloed op het proces van onthechting. Bij gebruik van tegen hoge temperaturen bestendige metalen met hoge smeltpunten, goede thermische geleidbaarheid en grote warmtecapaciteit als contacten, vermindert dit de emissie van hete elektronen en metaaldamp in de boog, wat gunstig is voor het blussen van de boog.

De methode om de boog te doven

1. Gebruik het medium om de boog te doven

Het loslaten van de boogspleet hangt grotendeels af van de eigenschappen van het blusmedium rond de boog. Zwavelhexafluoridegas is een uitstekend boogblusmedium met sterke elektronegativiteit. Het kan snel elektronen adsorberen en stabiele negatieve ionen vormen, wat bevorderlijk is voor recombinatie en ionisatie. Het boogdovende vermogen is ongeveer 100 keer sterker dan lucht; Vacuüm (druk lager dan 0,013 Pa) is ook een goed medium voor boogdoving. Vanwege het kleine aantal neutrale deeltjes in vacuüm is het niet gemakkelijk om te botsen en te dissociëren, en vacuüm is bevorderlijk voor diffusie en dissociatie. Het boogdovende vermogen is ongeveer 15 keer sterker dan lucht.

2. Gebruik gas of olie om de boog te blazen

Het blazen van een boog veroorzaakt de diffusie en afkoelende recombinatie van geladen deeltjes in de boogspleet. In hoogspanningsstroomonderbrekers worden verschillende vormen van boogdovende kamerstructuren gebruikt om een ​​enorme druk uit gas of olie te genereren en deze met kracht naar de boogopening te blazen. Er zijn twee manieren om een ​​boog te blazen: verticaal blazen en horizontaal blazen. Verticaal blazen is de blaasrichting evenwijdig aan de boog, waardoor de boog dunner wordt; Horizontaal blazen is de blaasrichting loodrecht op de boog, waardoor de boog langer wordt en wordt afgesneden.

3. Gebruik speciale metalen materialen als boogdovende contacten

Het gebruik van tegen hoge temperaturen bestendige metalen met hoge smeltpunten, thermische geleidbaarheid en grote warmtecapaciteit als contactmaterialen kan de emissie van hete elektronen en metaaldamp in elektrische bogen verminderen, waardoor het effect van het onderdrukken van ionisatie wordt bereikt; Het gelijktijdig gebruikte contactmateriaal vereist ook een hoge weerstand tegen boog en lassen. Veel voorkomende contactmaterialen zijn koper-wolfraamlegering, zilverwolfraamlegering, enz.

4. Elektromagnetisch boogblazen

Het fenomeen van een elektrische boog die beweegt onder invloed van elektromagnetische kracht wordt elektromagnetische blaasboog genoemd. Door de beweging van de boog in het omringende medium heeft dit hetzelfde effect als het blazen van lucht, waardoor het doel van het doven van de boog wordt bereikt. Deze boogdovende methode wordt op grotere schaal gebruikt in laagspanningsschakelapparatuur.

5. Laat de boog in de smalle spleet van het vaste medium bewegen

Dit type boogblusmethode wordt ook wel spleetboogblussing genoemd. Door de beweging van de boog in de smalle spleet van het medium wordt deze enerzijds gekoeld, wat het ionisatie-effect versterkt; Aan de andere kant wordt de boog verlengd, wordt de boogdiameter verkleind, neemt de boogweerstand toe en wordt de boog gedoofd.

6. Verdeel de lange boog in korte bogen

Wanneer de boog door een rij metalen roosters loodrecht daarop gaat, wordt de lange boog verdeeld in verschillende korte bogen; De spanningsval bij korte bogen valt voornamelijk in de anode- en kathodegebieden. Als het aantal roosters voldoende is om ervoor te zorgen dat de som van de minimale spanningsdalingen die nodig zijn om de boogverbranding in elk segment in stand te houden groter is dan de aangelegde spanning, zal de boog vanzelf doven. Bovendien neemt de diëlektrische sterkte van elke boogspleet, nadat de wisselstroom de nul overschrijdt, als gevolg van het bijna-kathode-effect plotseling toe tot 150-250V. Door meerdere boogspleten in serie te gebruiken, kan een hogere diëlektrische sterkte worden verkregen, zodat de boog niet opnieuw zal ontsteken nadat deze bij nuldoorgang is gedoofd.

7. Gebruik het blussen van meerdere breuken

Elke fase van een hoogspanningsstroomonderbreker is in serie geschakeld met twee of meer onderbrekingen, waardoor de spanning die door elke onderbreking wordt gedragen wordt verminderd en de contactbreeksnelheid wordt verdubbeld, waardoor de boog snel wordt verlengd en de boog wordt gedoofd.

8. Verbeter de scheidingssnelheid van de contacten van de stroomonderbrekers

Verbeterde snelheid van het verlengen van de boog, wat gunstig is voor boogkoeling, recombinatie en diffusie.