Prinsip dan metode pemadaman timbulnya busur listrik pada perangkat elektronik seperti sekring

Apa itu busur listrik?

Apabila sekring pada rangkaian putus, pada saat tegangan dan arus mencapai nilai tertentu, maka sekring tersebut baru saja meleleh dan terputus, dan akan terjadi busur api di antara sekring yang baru saja dipisahkan tersebut, yang disebut busur. Hal ini disebabkan oleh medan listrik yang kuat, yang mengionisasi gas dan menyebabkan arus melewati media isolasi normal. Penggunaan busur listrik dapat memiliki banyak kegunaan, seperti pengelasan, tungku busur listrik di pabrik baja, dll. Namun jika busur listrik dihasilkan dalam keadaan yang tidak terkendali maka akan menimbulkan kerusakan pada transmisi tenaga, distribusi, dan peralatan elektronik. Jadi kita harus memahami dan mengendalikan arc tersebut.

Komposisi busur listrik

1. Zona Kolom Busur

Daerah kolom busur netral secara listrik dan terdiri dari molekul, atom, atom tereksitasi, ion positif, ion negatif, dan elektron. Diantaranya, ion bermuatan positif hampir sama dengan ion bermuatan negatif, sehingga disebut juga plasma. Partikel bermuatan bergerak terarah dalam plasma tanpa menghabiskan banyak energi, itulah sebabnya mereka dapat mengirimkan arus tinggi dalam kondisi tegangan rendah. Partikel bermuatan utama yang meneruskan arus adalah elektron, terhitung sekitar 99,9% dari jumlah total partikel bermuatan, dan sisanya adalah ion positif. Karena panjang daerah katoda dan anoda sangat pendek, panjang daerah kolom busur dapat dianggap sebagai panjang busur. Kuat medan listrik pada daerah kolom busur relatif rendah, biasanya hanya 5-10V/cm.

2. Daerah katoda

Katoda dianggap sebagai sumber elektron. Ini menyediakan 99,9% partikel bermuatan (elektron) ke kolom busur. Kemampuan katoda untuk memancarkan elektron mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap kestabilan busur. Panjang daerah katoda adalah 10-5-10-6cm. Jika jatuh tegangan katoda 10V, maka kuat medan listrik daerah katoda adalah 106-107V/cm.

3. Daerah anoda

Daerah anoda terutama bertanggung jawab untuk menerima elektron, tetapi juga harus menyediakan 0,1% partikel bermuatan (ion positif) ke kolom busur. Panjang daerah anoda biasanya 10-2-10-3cm, sehingga kuat medan listrik daerah anoda adalah 103-104V/cm. Karena pengaruh signifikan bahan anoda dan arus pengelasan pada penurunan tegangan di wilayah anoda, maka dapat bervariasi antara 0 dan 10V. Misalnya, ketika rapat arus tinggi dan suhu anoda tinggi sehingga menyebabkan bahan anoda menguap, maka penurunan tegangan anoda akan berkurang, bahkan hingga 0V.

Karakteristik Busur Listrik

1. Tegangan busur yang diperlukan untuk menjaga kestabilan pembakaran busur sangat rendah, dan tegangan kolom busur DC 1cm di atmosfer hanya 10-50V.

2. Arus yang besar dapat melewati busur, mulai dari beberapa ampere hingga beberapa ribu ampere.

3. Busur memiliki suhu tinggi, dan suhu kolom busur tidak merata. Suhu pusat paling tinggi mencapai 6000-10000 derajat, sedangkan suhu menurun jauh dari pusat.

4. Busur listrik dapat memancarkan cahaya yang kuat. Panjang gelombang radiasi cahaya dari busur adalah (1,7-50) × 10-7m. Ini mencakup tiga bagian: inframerah, cahaya tampak, dan sinar ultraviolet

Klasifikasi busur listrik

1. Menurut jenis arusnya, dapat dibagi menjadi busur AC, busur DC, dan busur pulsa.

2. Menurut keadaan busurnya, dapat dibagi menjadi busur bebas dan busur terkompresi (seperti busur plasma).

3. Menurut bahan elektroda, dapat dibagi menjadi: busur elektroda leleh dan busur elektroda tidak meleleh.

Bahaya busur listrik

1. Adanya busur listrik memperpanjang waktu switchgear untuk memutus rangkaian yang rusak dan meningkatkan kemungkinan terjadinya korsleting pada sistem tenaga.

2. Suhu tinggi yang dihasilkan oleh busur melelehkan dan menguapkan permukaan kontak, membakar bahan insulasi. Peralatan listrik yang diisi oli juga dapat menimbulkan risiko seperti kebakaran dan ledakan.

3. Karena busur listrik dapat bergerak di bawah pengaruh gaya listrik dan panas. Sangat mudah menyebabkan korsleting dan cedera, sehingga menyebabkan peningkatan kecelakaan.

Prinsip enam busur pemadaman

1. Suhu busur

Busur dipertahankan oleh ionisasi termal, dan menurunkan suhu busur dapat melemahkan ionisasi termal dan mengurangi pembentukan ion bermuatan baru. Pada saat yang sama, ini juga mengurangi kecepatan partikel bermuatan dan meningkatkan efek komposit. Dengan memanjangkan busur secara cepat, meniupkan busur dengan gas atau minyak, atau membuat busur bersentuhan dengan permukaan media padat, suhu busur dapat diturunkan.

2. Ciri-ciri lingkungan

Karakteristik media di mana busur terbakar sangat menentukan kekuatan disosiasi dalam busur. Termasuk konduktivitas termal, kapasitas panas, suhu bebas termal, kekuatan dielektrik, dll.

3. Tekanan medium gas

Tekanan media gas mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap disosiasi busur. Karena semakin tinggi tekanan gas, semakin tinggi konsentrasi partikel dalam busur, semakin kecil jarak antar partikel, semakin kuat efek kompositnya, dan semakin mudah busur tersebut padam. Dalam lingkungan vakum tinggi, kemungkinan tumbukan berkurang, yang menekan disosiasi tumbukan, sementara efek difusinya kuat.

4. Bahan Kontak

Bahan kontak juga mempengaruhi proses pelepasan. Saat menggunakan logam tahan suhu tinggi dengan titik leleh tinggi, konduktivitas termal yang baik, dan kapasitas panas yang besar sebagai kontak, hal ini mengurangi emisi elektron panas dan uap logam pada busur, yang bermanfaat untuk pemadaman busur.

Metode pemadaman busur

1. Gunakan media untuk memadamkan busur

Pelepasan celah busur sangat bergantung pada karakteristik media pemadam di sekitar busur. Gas belerang heksafluorida adalah media pemadam busur api yang sangat baik dengan elektronegativitas yang kuat. Ia dapat dengan cepat menyerap elektron dan membentuk ion negatif yang stabil, yang kondusif untuk rekombinasi dan ionisasi. Kemampuan memadamkan busurnya sekitar 100 kali lebih kuat dari udara; Vakum (tekanan di bawah 0,013Pa) juga merupakan media yang baik untuk pemadaman busur api. Karena sejumlah kecil partikel netral dalam ruang hampa, tidak mudah bertabrakan dan terdisosiasi, dan ruang hampa kondusif untuk difusi dan disosiasi. Kemampuan memadamkan busurnya sekitar 15 kali lebih kuat dari udara.

2. Gunakan gas atau minyak untuk meniup busur

Hembusan busur menyebabkan difusi dan pendinginan rekombinasi partikel bermuatan di celah busur. Pada pemutus sirkuit tegangan tinggi, berbagai bentuk struktur ruang pemadam busur api digunakan untuk menghasilkan tekanan yang sangat besar dari gas atau minyak dan dengan paksa meniupkannya ke celah busur. Ada dua cara utama untuk meniup busur: peniupan vertikal dan peniupan horizontal. Hembusan vertikal adalah arah hembusan yang sejajar dengan busur, yang menyebabkan busur menjadi lebih tipis; Hembusan horizontal adalah arah hembusan tegak lurus busur, yang memanjang dan memotong busur.

3. Gunakan bahan logam khusus sebagai kontak pemadam busur api

Penggunaan logam tahan suhu tinggi dengan titik leleh tinggi, konduktivitas termal, dan kapasitas panas besar sebagai bahan kontak dapat mengurangi emisi elektron panas dan uap logam pada busur listrik, sehingga mencapai efek menekan ionisasi; Bahan kontak yang digunakan secara bersamaan juga membutuhkan ketahanan yang tinggi terhadap busur dan pengelasan. Bahan kontak yang umum termasuk paduan tungsten tembaga, paduan tungsten perak, dll.

4. Hembusan busur elektromagnetik

Fenomena busur listrik yang bergerak di bawah pengaruh gaya elektromagnetik disebut busur hembusan elektromagnetik. Karena pergerakan busur pada medium sekitarnya, mempunyai efek yang sama dengan hembusan udara, sehingga mencapai tujuan untuk memadamkan busur. Metode pemadaman busur ini lebih banyak digunakan pada switchgear tegangan rendah.

5. Buatlah gerak busur pada celah sempit medium padat

Metode pemadaman busur jenis ini juga dikenal sebagai pemadaman busur celah. Karena pergerakan busur di celah sempit medium, di satu sisi, ia mendingin, yang meningkatkan efek ionisasi; Sebaliknya busur memanjang, diameter busur mengecil, hambatan busur bertambah, dan busur padam.

6. Pisahkan busur panjang menjadi busur pendek

Ketika busur melewati deretan kisi-kisi logam yang tegak lurus dengannya, busur panjang dibagi menjadi beberapa busur pendek; Penurunan tegangan busur pendek terutama terjadi di daerah anoda dan katoda. Jika jumlah jaringan cukup untuk memastikan bahwa jumlah penurunan tegangan minimum yang diperlukan untuk mempertahankan pembakaran busur di setiap segmen lebih besar dari tegangan yang diberikan, busur akan padam dengan sendirinya. Selain itu, setelah arus AC melewati nol, akibat efek katoda dekat, kekuatan dielektrik setiap celah busur tiba-tiba meningkat menjadi 150-250V. Dengan menggunakan beberapa celah busur secara seri, kekuatan dielektrik yang lebih tinggi dapat diperoleh, sehingga busur tidak akan menyala kembali setelah padam pada titik persilangan nol.

7. Mengadopsi pemadaman busur multi-fraktur

Setiap fase pemutus sirkuit tegangan tinggi dihubungkan secara seri dengan dua atau lebih pemutusan, yang mengurangi tegangan yang ditanggung oleh setiap pemutusan dan menggandakan kecepatan pemutusan kontak, menyebabkan busur memanjang dengan cepat dan menguntungkan pemadaman busur.

8. Meningkatkan kecepatan pemisahan kontak pemutus arus

Meningkatkan kecepatan pemanjangan busur, yang bermanfaat untuk pendinginan busur, rekombinasi, dan difusi.