کلید های قدرت, مقالات
قوس خلاء و پایداری آن | خاموش سازی | قوس پلاسما
دی
قوس‌خلاء و پایداری آن | خاموش سازی قوس‌خلاء | قوس پلاسما
از آنجا که ماده ای به عنوان خاموش‌کننده قوس ، در کلیدهای خلاء وجودندارد قوس ایجادشده در این نوع کلید با قوس در کلیدهای عمومی متفاوت‌است. در قوس‌خلاء ، الکترون‌ها ، یون‌ها و اتم‌ها از خود الکترودها گرفته‌می‌شوند. عملا خلاء مطلق امکان پذیرنیست بنابراین برخی از گازها در محفظه خلاء وجوددارد اما فشار گاز در اینجا به حدی کم‌است که به عنوان هدایت در زمان قوس نقش مهمی‌ندارد. از این نظر ، قوس‌خلاء ، تخلیه بخار فلزاست. که آن را می‌توان به دو ناحیه اصلی ، منطقه کاتد و منطقه پلاسما تقسیم‌کرد.
منطقه کاتدی قوس پلاسما
بخار لازم برای حفظ قوس‌خلاء به طور عمده از نقاط کاتد حاصل‌می‌شود. هر نقطه دارای یک جریان متوسط ، وابسته به ماده کاتدی‌است که برای مس حدود 100 Aاست. چگالی جریان در نقاط بسته به نوع ماده کاتدی ، 1010 – 1011
A / m2 تخمین زده‌می‌شود. نقطه های کاتدی روی سطح کاتدی حرکت‌می‌کنند. در جریان بالاتر ، تعداد نقطه های کاتد به دلیل دفع حرکت نقطه‌های موازی افزایش یافته و حرکات آنها تصادفی تر می‌شوند. هر زمان که کنتاکت‌ها حامل جریان در یک کلید بازشوند ، بسته به جریان جاری شده در کنتاکت‌ها ، نقاط کاتدی تشکیل‌می‌شوند. در جریان زیاد تعداد زیادی نقطه کاتدی تشکیل شده‌است که منبع اصلی بخار برای قوس در مدار خلاءهستند. سطح کاتد به طور معمول کاملاً صاف‌نیست و ممکن‌است برش های میکروبی زیادی روی سطح داشته‌باشد.
همچنین
هنگامی که کنتاکت‌های حامل جریان در یک کلید خلاء از هم جدامی‌شوند ، جریان آنها در بیرون زدگی‌ها متمرکزمی‌شود زیرا آخرین نقطه تماس را تشکیل‌می‌دهند. به دلیل مساحت کمی که کنتاکت‌ها دارند ، بیرون زدگی‌ها به اندازه کافی گرم می‌شوند و از تبخیر انفجاری رنج می برند و بخارهای تشکیل قوس در مدار خلاء را ایجادمی‌کنند.
بخار که دارای چگالی بالایی در محل کاتد است ، در خلاء و شاید با فاصله 10 میلی متر از کاتد گسترش می‌یابد. الکترون ، با عبور از شکاف بین الکترود ، شرایط فشار بالا در نزدیکی کاتد را تجربه می‌کند که میانگین مسیر آزاد تقریباً کمتر از فشار کم در پلاسمااست که در حدود 10 میلی متر‌است. در جریان‌های کم ، افت ولتاژ در ناحیه پلاسما جریان کم ناچیزاست. شیب ولتاژ کمتر از 0.01 ولت بر میلی متر است. در جریان زیاد ، شیب ممکن‌است تا چند ولت/ میلی متر افزایش‌یابد.
پایداری قوس‌خلاء
جریان فرکانس توان از طریق کنتاکت‌ها در کلید عبورمی‌کند ، و از صفر 100 بار در ثانیه عبورمی‌کند(در فرکانس 50 هرتز). همیشه مطلوب است که جریان را در لحظه عبور جریان از صفر قطع کرد ، در غیر اینصورت یک اثر برش جریان(di/dt بالا باعث ایجاد اضافه ولتاژ های خطرناک می‌شود) وجود خواهد داشت که ممکن‌است باعث تغییر ولتاژ در سیستم شود. بنابراین ، لازم است که قوس را تا حداکثر زمانی تا نیم سیکل که به مقدار صفر برسد ادامه پیداکند ،
پایداری قوس در کلیدهای خلاء به مواد کنتاکت ، فشار بخار فلزی و پارامترهای مدار مانند ولتاژ ، جریان ، سلف و خازن بستگی دارد. مشاهده‌می‌شود که فشار بخار بالاتر در دمای پایین ، پایداری بهتر قوس است. برخی از فلزات مانند Zn ، Bi همچنین ثبات بهتری از قوس خلا را نشان‌می‌دهند. مانند فشار بخار ، هدایت حرارتی مواد کنتاکت نیز مهمترین عامل پایداری قوس‌خلاء در قطع‌کننده مداراست.
در ادامه
اگر فلز کنتاکت رسانای خوبی برای گرماباشد ، دمای سطح کنتاکت با سرعت بیشتری کاهش می‌یابد. بدین ترتیب بخار فلزی سریع متراکم می‌شود و به دلیل عدم بخار ، قوس‌خلاء قطع‌می‌شود. اما اگر فلزی که برای کنتاکت کلید استفاده می‌شود رسانای خوبی برای گرما نباشد (هدایت گرمایی کم داشته‌باشد) بخار فلز به سرعت متراکم نمی‌شود و قوس ادامه می‌یابد بنابراین قوس در کلید خلاء پایدار می‌شود. برای قطع موفقیت آمیز و ایمن جریان در کلید خلاء ، هم از بین بردن قوس در زمان مناسب و هم قوس پایدار مورد نیازاست.
فلز دارای نقطه جوش و ذوب بالا بخار کمتری را در دمای بالا ایجادمی‌کند ، اما در عین حال به یک رسانای ضعیف تبدیل‌می‌شود. مجدداً فلز دارای نقاط ذوب و جوش کم ، بخار بیشتری را در دمای بالا ایجاد می‌کند و در عین حال به عنوان یک رسانای خوب عمل‌می‌کند. بنابراین ، برای ترکیب این خصوصیات متناقض در یک ماده واحد ، باید از آلیاژهای دو یا چند فلز یا یک فلز و غیر فلز ساخته شود. برخی از نمونه های آلیاژهای مورد استفاده در ساختن اتصالات قطع‌کننده خلاء عبارتند از: مس ، بیسموت ، سرب نقره ، مس و غیره.
خاموش کرد قوس‌خلاء
قطع موفقیت آمیز جریان توسط یک قوس‌خلاء بستگی به این‌دارد که چقدر سریع بخار فلز به آند و شیلد در صفر جریان متراکم‌شود. در عبور از صفر جریان ، تعداد نقطه‌های کاتد با کاهش جریان به تعداد بسیار کمی کاهش‌می‌یابد و در نهایت با صفر دقیقا صفر می‌شودچگالی بخار فلز نیز بسیار کمترمی‌شود زیرا در طی این صفر جریان حداکثر بخار فلز در آند و شیلد متراکم می‌شود. چگالی بخار فلزی در طول فاصله صفر به حدی کم‌می‌شود که فاصله قابل ملاحظه ای به عایق تبدیل‌می‌شود که از یونیزاسیون مجدد قوس‌خلاء در کلید بعد از صفر جریان جلوگیری می‌کند.
مقالات مرتبط :
کلیدهای روغنی ( از نوع توده ای و حداقل روغن)
کلید خلاء یا VCB و خاموش کننده قوس با خلاء
اصول کار کلید نشتی زمین (محافظ جان )
کلید قدرت چیست ؟عملکرد و انواع آن