電気回路を開く

電気回路を開くということは通常、 移行プロセス、回路電流が特定の値からゼロに変化します。回路を開く最終段階では、切断装置の接点間にギャップが生じます。このギャップは、導電率がゼロであることに加えて、回路に復元された電圧の作用に耐えられる十分に高い絶縁耐力も持たなければなりません。

アーク放電の物理的特性

電気アーク 接点（電極）間のギャップが壊れたり、開いたりしたときに発生する可能性があります。接点が開くと、接点表面に輝く「スポット」が形成され、接点間のアーク放電が促進されます。これは、小さな「分離」領域にわたる大きな電流密度の結果です。これにより、たとえかなり低い電圧 (数十ボルト程度) であっても、接点が壊れたときにアークが発生します。

一般に、接点上で少なくとも不安定なアーク放電が発生するための最小条件は次のとおりであると考えられています。 電流約0.5A、電圧15～20V.

電圧と電流が低い値で接点が開くと、通常は小さな火花のみが発生します。開回路電圧が高くても電流が低い場合、開接点間の形成が可能です グロー放電.

グロー放電の存在は、カソード電圧の大幅な低下 (最大 300 V) によって特徴付けられます。たとえば、回路内の電流が増加するにつれてグロー放電がアーク放電に変わると、カソード電圧降下は 10 ～ 20 V に減少します。

ガス媒体の高圧でのアーク放電の特徴は次のとおりです。

• アーク柱内の高い電流密度。

• アークチャネル内のガスの高温は 5000 K に達し、激しい脱イオン条件下では 12000 ～ 15000 K 以上になります。

• 高い電流密度と電極での低い電圧降下。

通常、目標は回線開設プロセスをできるだけ早く進めることです。この目的のために、特別なスイッチングデバイス（スイッチ、サーキットブレーカー、コンタクタ、ヒューズ、負荷ブレーカーなど）が使用されます。

アーク現象は遮断器だけで観察されるわけではありません。接点が開くと電気アークが発生する可能性があります。 高圧断路器、ラインの絶縁が重なったとき、ヒューズの保護要素が切れたときなど。

これらのデバイスの複雑さは、動作電圧レベル、定格電流と短絡電流、発生する過電圧のレベル、大気条件、速度定格などの点でデバイスに課せられる要件によって異なります。

断路器による電気回路の開路の特徴

交流の長い開アークを消すという問題は、トリップ装置などの単純な断路器を使用するときによく発生します。このような断路器には特別なアーク抑制装置はなく、接点が開くとアークが空中に広がるだけです。

アーク伸長の条件を改善するために、断路器にはホーンまたは追加のロッド電極が装備されており、それに沿ってアークが持ち上げられ、長い距離まで伸ばされます。

インターネットには、負荷時に断路器の接点が開くときにアークが発生するプロセスを示すビデオが多数アップロードされています (これらのビデオは、「アーク断路器」で検索すると簡単に見つかります)。

断路器でのオープンアーク、または送電線の導体と地面の間のオープンアークは、風によって強く促進されます。風が存在する場合、アークは風のない場合よりも短くなり、したがってより早く消滅する可能性がありますが、風のような要因はその不一致のために考慮されるべきではなく、より厳しい条件に基づいて考慮されるべきです。風がないこと。

断路器の助けを借りて、アークが同時にかなりの長さに達し、大量の火炎を形成し、断路器の接点を強く溶かすため、大電流を遮断することは不可能です。強力なオープンアークは、接触する絶縁体を容易に損傷し、相間のオーバーラップを引き起こし、ネットワークの短絡につながります。

従来の断路器は、小型変圧器の開回路電流、容量性負荷線電流、低負荷電流などを切断するために広く使用されています。

電気回路を開く方法

原理的には、直流および交流の電路を開くには次の方法が可能です。

1. 電気回路の単純なアーク放電

このグループには、直流および交流で電気回路を開く方法が含まれます。この方法では、接点を開く前に回路内の電流を制限するための特別な追加措置や、接点のアークギャップ内のアークのエネルギーを低減するための特別な措置は講じられません。ブレーカ。

この開放方法では、回路遮断条件は最大でも次の条件によって提供されます。 断路装置の消弧室 電流がゼロと交差するとき（交流）、またはアーク電圧が十分な値に達したとき（直流）、ギャップに必要な絶縁耐力を作り出すことによって行われます。

アーク発生中、回路内を流れる電流のどの位相でも装置の接点が開く可能性があるため、アーク シュートの接点と要素は、比較的高い電力とエネルギーのアークの衝撃に備えて設計する必要があります。

電気機器用消弧室

サーキットブレーカー アークシュート

2. 電気回路のアーク開放が制限される

このような排除方法には、比較的大きな活性物質または 反応性これにより、回路内の電流は、制限が始まる前に存在していた値と比較して大幅に減少します。スイッチは、回路内に残る制限された電流をオフにします。

この場合、電力制限されたアークが接点で発生し、残りの電流でアークを消すことは、電流が制限されない場合よりも簡単な作業になります。

従来、このような遮断方法は同じグループに含まれており、電流遮断の位相が厳密に固定されているか、接点上のアークの燃焼時間が何らかの特別な手段（バルブ装置など）によって制限されています。

3. 電気回路のアークレス開放

この場合の電気回路を開くプロセスは、主接点でのアーク放電が完全に発生するか、回路のインダクタンスと相互インダクタンスの影響により非常に短期間の不安定なアークの形で発生するという事実によって特徴付けられます。 。このタイプの回路開放は、通常、主回路ブレーカー接点の分路要素として使用される高出力バルブ (シリコン ダイオードまたはサイリスタ) によって実現されます。

DCおよびAC電気回路を開いたときのアーク消弧特性

スイッチング デバイスのギャップの積極的な脱イオンによる AC アークの消弧条件は、DC アークおよび長時間開いた AC アークの消弧条件から基本的に除外されます。

永久アークまたは開いた長い交互アークでは、アークが伸びると電気エネルギー源がアーク柱内の電圧降下をカバーできなくなり、その結果不安定な状態が発生し、アークが消滅することが主な原因です。アークが消えます。

AC 回路でアークが発生するとき、アーク柱が積極的に脱イオンされるか、一連の短いアークに突入すると、電源にアーク燃焼を維持するための高い供給電圧がまだ残っているときでも、アークは消えることがありますが、実際には電流ゼロクロスで確実に点火するには不十分です。

電流ゼロクロス中の積極的な脱イオン条件下では、アーク柱の導電率が大幅に低下するため、少なくとも短時間は、次の半サイクルでアークを開始するためにかなりの電圧をアーク柱に印加する必要があります。

回路が十分な電圧とギャップの増加率を提供できない場合、電流がゼロを通過した後、電流は遮断されます。つまり、次の半サイクルでアークが発生せず、回路は最終的にオフになりました。

次に、最も一般的なものを考えてみましょう 単純にアーク回路を開く.

回路の電源電圧と電流が特定の臨界値を超えると、電気切断装置の接点で 開くと安定したアーク放電が発生します… 接点がさらに発散したり、断路器のアーク消弧室にアークが吹き込んだ場合、不安定なアーク燃焼状態が生じ、アークが消える可能性があります。

回路の電圧と電流が増加するにつれて、不安定なアーク放電状態を作り出すことの難しさは急速に増加します。数千、数万ボルトに達する電圧と比較的高い電流（数千アンペア）では、非常に強力なアークが断路装置の接点で発生します。アークを消して回路を遮断するには、次のような対策を講じる必要があります。多かれ少なかれ洗練された消弧装置 ... 特に重大な問題は、DC 回路をオフにするときに発生します。

岩場ではかなりの困難も乗り越えなければなりません。 短絡電流 AC 回路で短時間 (100 分の 1 秒と 1000 分の 1 秒)

電気設備における回路の迅速な遮断と、その結果生じる短絡の除去は、さまざまな状況によって決まりますが、まず第一に、動作の安定性を維持する必要性によって決まります。 電気システム、短絡電流の熱影響からのワイヤおよび機器の保護、強力なアークの破壊的な作用からの断路装置の接点およびアークチャンバーの保護。

開回路アークを迅速に除去することも非常に重要であり、 低電圧制御回路用デバイス内、通常、非常に多くのスイッチング プロセス向けに設計されています。アーク燃焼の継続時間を短縮すると、接点や装置の他の要素の燃焼が減少し、したがって耐用年数が長くなります。

ただし、アークが非常に急速に消失すると、回路内に非常に大きなサージが発生する可能性があります。これは、回路が開いているときにアークが回路に蓄積された電磁エネルギーを吸収し、静電サージ エネルギーに変換される可能性があるためです。したがって、アーク放電は場合によってはプラスの役割を果たすことができます。これを考慮する必要があります。

信頼性の高い高速、高電圧および低電圧の切断装置を作成するという問題は、まず第一に、その装置におけるアーク消弧の問題の正しい解決策に基づいています。

電気機器の接点における強力なアークの形成を伴う低電圧および高電圧の電気回路の遮断は複雑なプロセスであり、その研究には膨大な数の理論的および実験的研究および設計開発が費やされています。

AC および DC アークを消弧する方法は多数あり、動作電圧レベル、電流の大きさ、切断装置の必要な動作時間、安全条件などに応じて実際に使用されます。

現時点では、単純なアーク放電が依然として高電圧および低電圧の AC および DC スイッチング デバイス技術の主要な経路となっています。

以下も参照してください。高電圧真空遮断器 — 設計と動作原理