विद्युत चाप बनाने की प्रक्रिया और इसे बुझाने के तरीके

जब विद्युत परिपथ खोला जाता है, तो विद्युत चाप के रूप में विद्युत निर्वहन होता है। एक विद्युत चाप की उपस्थिति के लिए, 0.1 ए या अधिक के क्रम के सर्किट में वर्तमान में संपर्कों के वोल्टेज 10 वी से ऊपर होने के लिए पर्याप्त है। महत्वपूर्ण वोल्टेज और धाराओं के साथ, चाप के अंदर का तापमान 3-15 हजार डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है, जिसके परिणामस्वरूप संपर्क और जीवित भाग पिघल जाते हैं।

110 केवी और उससे अधिक के वोल्टेज पर चाप की लंबाई कई मीटर तक पहुंच सकती है। इसलिए, एक विद्युत चाप, विशेष रूप से उच्च शक्ति सर्किट में, 1 kV से ऊपर के वोल्टेज के लिए एक बड़ा खतरा है, हालांकि गंभीर परिणाम 1 kV से नीचे के वोल्टेज के लिए भी हो सकते हैं। नतीजतन, आर्किंग को जितना संभव हो उतना समाहित किया जाना चाहिए और 1 केवी से ऊपर और नीचे दोनों वोल्टेज के लिए सर्किट में जल्दी से बुझ जाना चाहिए।

विद्युत चाप के कारण

विद्युत चाप बनाने की प्रक्रिया को निम्नानुसार सरल किया जा सकता है।जब संपर्क अलग होते हैं, तो संपर्क दबाव पहले घटता है और संपर्क सतह तदनुसार बढ़ जाती है, संक्रमण प्रतिरोध (वर्तमान घनत्व और तापमान - स्थानीय (संपर्क क्षेत्र के कुछ क्षेत्रों में) ओवरहीटिंग शुरू हो जाती है, जो आगे चलकर थर्मिओनिक विकिरण में योगदान करती है, जब उच्च तापमान के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों की गति बढ़ जाती है और वे इलेक्ट्रोड की सतह से फट जाते हैं।

संपर्क पृथक्करण के क्षण में, अर्थात, सर्किट टूट जाता है, संपर्क अंतराल में वोल्टेज जल्दी से बहाल हो जाता है। चूंकि इस मामले में संपर्कों के बीच की दूरी छोटी है, वहां है विद्युत क्षेत्र उच्च वोल्टेज जिसके प्रभाव में इलेक्ट्रोड की सतह से इलेक्ट्रॉनों को वापस ले लिया जाता है। वे एक विद्युत क्षेत्र में गति करते हैं और जब वे एक तटस्थ परमाणु से टकराते हैं, तो वे इसे अपनी गतिज ऊर्जा देते हैं। यदि यह ऊर्जा तटस्थ परमाणु के खोल से कम से कम एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए पर्याप्त है, तो आयनीकरण की प्रक्रिया होती है।

गठित मुक्त इलेक्ट्रॉनों और आयनों से आर्क ट्रंक का प्लाज्मा बनता है, यानी आयनित चैनल जिसमें चाप जलता है और कणों की निरंतर गति सुनिश्चित होती है। इस मामले में, नकारात्मक रूप से आवेशित कण, मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन, एक दिशा में (एनोड की ओर) चलते हैं, और एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों से वंचित गैसों के परमाणु और अणु - धनात्मक रूप से आवेशित कण - विपरीत दिशा में (कैथोड की ओर)।

प्लाज्मा चालकता धातुओं के करीब है।

चाप शाफ्ट में एक बड़ा करंट प्रवाहित होता है और एक उच्च तापमान पैदा होता है।चाप सिलेंडर का यह तापमान थर्मल आयनीकरण की ओर जाता है - अणुओं और परमाणुओं की टक्कर के कारण आयन गठन की प्रक्रिया उनके आंदोलन की उच्च गति पर उच्च गतिज ऊर्जा के साथ होती है (अणु और उस माध्यम के परमाणु जहां चाप जलता है इलेक्ट्रॉनों में विघटित हो जाता है और सकारात्मक रूप से आवेशित आयन)। तीव्र तापीय आयनीकरण उच्च प्लाज्मा चालकता बनाए रखता है। इसलिए, चाप के साथ वोल्टेज ड्रॉप छोटा है।

एक विद्युत चाप में, दो प्रक्रियाएं लगातार हो रही हैं: आयनीकरण के अतिरिक्त, परमाणुओं और अणुओं का विआयनीकरण भी। उत्तरार्द्ध मुख्य रूप से प्रसार के माध्यम से होता है, अर्थात, पर्यावरण में आवेशित कणों का स्थानांतरण और इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक रूप से आवेशित आयनों का पुनर्संयोजन होता है, जो उनके विघटन पर खर्च की गई ऊर्जा की वापसी के साथ तटस्थ कणों में पुन: जुड़ जाते हैं। इस मामले में, पर्यावरण को गर्मी हटा दी जाती है।

इस प्रकार, मानी जाने वाली प्रक्रिया के तीन चरणों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है: चाप प्रज्वलन, जब सदमे आयनीकरण और कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के कारण, एक चाप निर्वहन शुरू होता है और आयनीकरण की तीव्रता विआयनीकरण से अधिक होती है, समर्थित चाप का स्थिर जलना चाप सिलेंडर में थर्मल आयनीकरण जब आयनीकरण और विआयनीकरण की तीव्रता समान होती है, चाप का गायब होना जब विआयनीकरण की तीव्रता आयनीकरण की तुलना में अधिक होती है।

विद्युत स्विचिंग उपकरणों में चाप बुझाने के तरीके

विद्युत सर्किट के तत्वों को डिस्कनेक्ट करने और स्विचिंग डिवाइस को नुकसान को बाहर करने के लिए, न केवल इसके संपर्कों को खोलना आवश्यक है, बल्कि उनके बीच दिखाई देने वाली चाप को बुझाना भी आवश्यक है। चाप बुझाने की प्रक्रिया, साथ ही साथ प्रत्यावर्ती धारा और प्रत्यक्ष धारा के साथ जलने की प्रक्रिया अलग-अलग होती है।यह इस तथ्य से निर्धारित होता है कि पहले मामले में चाप में धारा हर आधे चक्र में शून्य से होकर गुजरती है। इस समय, चाप में ऊर्जा की रिहाई बंद हो जाती है और चाप अनायास बुझ जाता है और फिर हर बार फिर से प्रज्वलित होता है।

व्यवहार में, चाप में धारा जीरो क्रॉसिंग की तुलना में थोड़ा पहले शून्य के करीब हो जाती है, क्योंकि जैसे-जैसे करंट घटता है, चाप को आपूर्ति की जाने वाली ऊर्जा कम हो जाती है, और चाप का तापमान तदनुसार कम हो जाता है और थर्मल आयनीकरण बंद हो जाता है। इस मामले में, आर्क गैप में विआयनीकरण प्रक्रिया गहनता से जारी है। यदि आप इस समय संपर्कों को खोलते हैं और जल्दी से खोलते हैं, तो बाद में विद्युत रुकावट नहीं हो सकती है और सर्किट बिना आर्किंग के डिस्कनेक्ट हो जाएगा। व्यवहार में, हालांकि, यह करना बेहद मुश्किल है, और इसलिए चाप के विलुप्त होने में तेजी लाने के लिए, चाप स्थान को ठंडा करने और आवेशित कणों की संख्या को कम करने के लिए विशेष उपाय किए जाते हैं।

विआयनीकरण के परिणामस्वरूप, अंतराल की ढांकता हुआ ताकत धीरे-धीरे बढ़ती है और साथ ही इसमें वसूली वोल्टेज भी बढ़ता है। इन मूल्यों का अनुपात इस बात पर निर्भर करता है कि अवधि के अगले भाग में इंद्रधनुष चमकेगा या नहीं। यदि अंतराल की ढांकता हुआ ताकत तेजी से बढ़ती है और वसूली वोल्टेज से अधिक है, चाप अब प्रज्वलित नहीं होगा, अन्यथा एक स्थिर चाप प्रदान किया जाएगा। पहली शर्त चाप शमन समस्या को परिभाषित करती है।

स्विचगियर में विभिन्न चाप शमन विधियों का उपयोग किया जाता है।

चाप का विस्तार

यदि विद्युत परिपथ के वियोग के दौरान संपर्क अलग हो जाते हैं, तो परिणामी चाप खिंच जाता है।इसी समय, चाप की शीतलन की स्थिति में सुधार होता है क्योंकि इसकी सतह का क्षेत्रफल बढ़ जाता है और जलने के लिए अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है।

एक लंबे चाप को छोटे चापों की श्रृंखला में विभाजित करना

यदि संपर्क खुलने पर बनने वाले चाप को K छोटे चापों में विभाजित किया जाता है, उदाहरण के लिए धातु की जाली में खींचकर, तो यह बुझ जाएगा। आम तौर पर, चाप को धातु ग्रिड में एड़ी धाराओं द्वारा ग्रिड प्लेटों में प्रेरित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के प्रभाव में पेश किया जाता है। चाप शमन की यह विधि व्यापक रूप से 1 kV से नीचे के वोल्टेज के लिए स्विचगियर में उपयोग की जाती है, विशेष रूप से स्वचालित वायु स्विच में।

चाप संकीर्ण स्लॉट में ठंडा

छोटे चापों को बुझाने में सुविधा होती है। इसलिए, में स्विचिंग डिवाइस अनुदैर्ध्य स्लॉट के साथ आर्क च्यूट का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है (इस तरह के स्लॉट की धुरी आर्क सिलेंडर की धुरी के साथ दिशा में मेल खाती है)। ऐसा अंतर आमतौर पर चाप-प्रतिरोधी सामग्री को इन्सुलेट करने वाले कक्षों में बनता है। ठंडी सतहों के साथ चाप के संपर्क के कारण, इसकी तीव्र शीतलन होती है, पर्यावरण में आवेशित कणों का प्रसार होता है और, तदनुसार, तेजी से विआयनीकरण होता है।

फ्लैट-समानांतर दीवारों वाले स्लॉट्स के अलावा, पसलियों, प्रोट्रूशियंस, एक्सटेंशन (पॉकेट्स) के साथ स्लॉट्स का भी उपयोग किया जाता है। यह सब चाप सिलेंडर के विरूपण की ओर जाता है और कक्ष की ठंडी दीवारों के साथ इसके संपर्क के क्षेत्र को बढ़ाता है।

चाप आमतौर पर एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा चाप के साथ बातचीत करके संकीर्ण स्लॉट में खींचा जाता है, जिसे वर्तमान-वाहक कंडक्टर के रूप में माना जा सकता है।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र चाप को स्थानांतरित करने के लिए अक्सर उन संपर्कों के साथ श्रृंखला में जुड़े तार द्वारा प्रदान किया जाता है जिनके बीच चाप होता है।नैरो स्लॉट आर्क क्वेंचिंग का उपयोग सभी वोल्टेज के लिए उपकरणों में किया जाता है।

उच्च दबाव चाप बुझाने

निरंतर तापमान पर, बढ़ते दबाव के साथ गैस आयनीकरण की डिग्री घट जाती है, जबकि गैस की तापीय चालकता बढ़ जाती है। अन्य सभी चीजें समान होने के कारण, चाप शीतलन में सुधार होता है। कसकर बंद कक्षों में स्वयं चाप द्वारा बनाए गए उच्च दाब द्वारा चाप शमन, फ़्यूज़ और कई अन्य उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

तेल में चाप शमन

अगर स्विचिंग संपर्क तेल में रखा जाता है, चाप जो तब होता है जब वे खोले जाते हैं जिससे तेल का तीव्र वाष्पीकरण होता है। नतीजतन, चाप के चारों ओर एक गैस बुलबुला (लिफाफा) बनता है, जिसमें मुख्य रूप से हाइड्रोजन (70 ... 80%), साथ ही तेल वाष्प भी शामिल है। उत्सर्जित गैसें उच्च गति से चाप सिलेंडर के क्षेत्र में सीधे प्रवेश करती हैं, बुलबुले में ठंडी और गर्म गैस के मिश्रण का कारण बनती हैं, तीव्र शीतलन प्रदान करती हैं और तदनुसार, चाप अंतर का विआयनीकरण करती हैं। इसके अलावा, गैसों की विआयनीकरण क्षमता तेल के तेजी से अपघटन के दौरान बने बुलबुले के अंदर दबाव बढ़ा देती है।

तेल में चाप बुझाने की प्रक्रिया की तीव्रता उतनी ही अधिक होती है जितनी अधिक चाप तेल के संपर्क में आता है और चाप के सापेक्ष तेल तेजी से चलता है। इसे देखते हुए, आर्क गैप एक बंद इंसुलेटिंग डिवाइस द्वारा सीमित है - आर्क च्यूट... इन कक्षों में, चाप के साथ तेल का एक निकट संपर्क बनाया जाता है, और प्लेटों और निर्वहन छिद्रों की मदद से काम करने वाले चैनल बनते हैं जिसके माध्यम से तेल और गैसों का संचलन, चाप का सघन विस्फोट (ब्लोआउट) प्रदान करता है।

ऑपरेशन के सिद्धांत के अनुसार आर्क च्यूट, उन्हें तीन मुख्य समूहों में विभाजित किया गया है: स्व-उड़ाने के साथ, जब चाप में जारी ऊर्जा के कारण चाप के क्षेत्र में उच्च दबाव और गैस गति की गति बनाई जाती है तेल में चुंबकीय शमन के साथ, विशेष पंपिंग हाइड्रोलिक तंत्र की मदद से तेल को मजबूर करना, जब चाप चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत होता है, तो यह संकीर्ण अंतराल में चला जाता है।

सबसे प्रभावी और सरल स्व-फुफ्फुस चाप च्यूट... चैनलों और निकास के उद्घाटन के स्थान के आधार पर, कक्षों को प्रतिष्ठित किया जाता है जिसमें चाप के वर्तमान (अनुदैर्ध्य उड़ाने) के साथ गैस-भाप मिश्रण और तेल का गहन प्रवाह होता है या चाप के माध्यम से (अनुप्रस्थ उड़ाने) प्रदान की जाती है)। 1 kV से ऊपर के वोल्टेज के लिए सर्किट ब्रेकरों में माना जाने वाला चाप बुझाने का तरीका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

1 kV से ऊपर के वोल्टेज वाले उपकरणों में चाप बुझाने के अन्य तरीके

चाप को बुझाने के उपरोक्त तरीकों के अलावा, वे भी उपयोग करते हैं: संपीड़ित हवा, जिसका प्रवाह चाप को साथ या पार करता है, इसकी तीव्र शीतलन सुनिश्चित करता है (हवा के बजाय, अन्य गैसों का उपयोग किया जाता है, जो अक्सर ठोस गैस बनाने वाली गैस से प्राप्त होती हैं। सामग्री - फाइबर, विनाइल प्लास्टिक, आदि - जलती हुई चाप द्वारा उनके अपघटन की कीमत पर), SF6 (सल्फर हेक्साफ्लोराइड), जिसमें हवा और हाइड्रोजन की तुलना में अधिक विद्युत शक्ति होती है, जिसके परिणामस्वरूप वायुमंडलीय दबाव पर भी इस गैस में जलने वाला चाप जल्दी से बुझ जाता है, संपर्क खोलने पर अत्यधिक दुर्लभ गैस (वैक्यूम), जिसमें चाप करता है शून्य के माध्यम से वर्तमान के पहले मार्ग के बाद प्रज्वलित (बुझाना) नहीं।