Переключение дуги

Дуга переключения представляет собой последовательный дуги ( в просторечии известен как искры ) , что происходит , когда два электрических контакта , через который протекает ток разделены . При малых токах возникают только так называемые отрывные искры или искры переключения , которые гаснут сами по себе. В случае больших токов образование дуги предотвращается специальными компонентами или достигается быстрый пробой искры (например, с помощью камеры гашения дуги ), чтобы предотвратить повреждение контактов из-за высоких температур. Эти меры известны как гашение искры .

причины

Образование переключающей дуги при разъединении контактов

Переключаемые искры и дуги возникают из-за того, что электрический ток продолжает течь в форме искрового разряда или дугового разряда после размыкания контактов, как показано на рисунке рядом. С замкнутыми контактами, под. На рисунке показано примерно однородное распределение тока, показанное красными нитями тока. Когда контакт разъединен, плотность тока первоначально концентрируется в последней точке контакта под b. показано. При дальнейшем размыкании между контактами в этой точке или точках образуется дуга, как в пункте c. показано.

Причина этого - низкая диэлектрическая прочность изоляционного материала, например, воздух между контактами, которые еще не полностью открыты, в результате чего эти изоляционные материалы ионизируются . Такой разряд дополнительно усиливается, если в момент, когда контакты снимаются друг с другом, ток течет по небольшому поперечному сечению, а высокая плотность тока создает горячие точки в точках разрыва, которые вызывают тлеющее излучение и восполнение ионов металлов. При ударной ионизации, как в газовом разряде, теперь напряжение зажигания уменьшается, и прерывание становится затруднительным.

Особенно проблематично отключение индуктивных нагрузок ( двигателей , катушек контакторов , электромагнитов , трансформаторов ). Здесь энергия, запасенная в магнитном поле индуктивности, заставляет ток продолжать течь - напряжение на контактах сразу же увеличивается до очень высоких значений, когда они размыкаются. Таким образом, переключающая дуга также может возникнуть здесь, если рабочее напряжение намного ниже напряжения горения или зажигания дуги.

При переменном токе и омической нагрузке (напряжение и ток в фазе) ток останавливается при переходе через ноль до тех пор, пока напряжение снова не станет достаточно высоким, чтобы повторно зажечь дугу. В случае индуктивной нагрузки (ток отстает от напряжения) дуга также гаснет, когда ток пересекает ноль. Однако из-за опережающего напряжения напряжение повторного зажигания достигается быстрее, так что прерывание значительно короче, чем описано ранее. Укороченный тайм-аут также упрощает повторную ионизацию маршрута. Поэтому переключающая дуга гаснет сильнее, чем при чисто омической нагрузке.
С емкостной нагрузкой (токоведущими) все как раз наоборот. Когда ток пересекает ноль, напряжение падает еще больше в направлении 0 и, таким образом, требуется значительно больше времени, чтобы снова достичь соответствующего уровня напряжения зажигания. Однако за это время разрядник в основном деионизировался, увеличивая сопротивление, что еще больше затрудняет повторное зажигание.

По этой причине контакты контакторов в высокоиндуктивных нагрузках (как AC-3 называют типом нагрузки) для более низких коммутируемых токов, чем с резистивной нагрузкой ( указан тип нагрузки AC-1 ), эта нагрузка относится к указанной категории Utility . На гораздо более высоких частотах переключающие дуги ведут себя так же проблемно, как и при постоянном напряжении, их еще труднее погасить на высоких частотах , поскольку здесь токи смещения также вносят свой вклад в ионизацию.

В случае постоянного напряжения, то не нет пересечения нуля, так что эта возможность этого (независимо) удаления не применяется. Здесь изолирующее расстояние должно быть достаточно большим, и это расстояние также должно быть достигнуто быстро, чтобы дуга гасла безопасно и быстро.

последствия

Коммутационные искры и коммутационные дуги приводят к помехам и износу контактов. Если дуга не подавляется или не гасится достаточно быстро, это приводит к разрушению переключающих контактов из-за эрозии контактов, особенно при высоких токах и напряжениях. В худшем случае это может привести к свариванию контактов и невозможности их разделения. Из-за чрезвычайно высоких температур в несколько тысяч ° C, в зависимости от ближайшего окружения, существует риск воспламенения других объектов и возникновения пожара.

Самозатухающие искры переключения также в долгосрочной перспективе приводят к износу контактов и преждевременному выходу из строя реле и переключателей . При указании максимального количества циклов переключения реле и контакторов различают механическое количество циклов и количество циклов при номинальной электрической нагрузке. Оба числа циклов переключения часто отличаются друг от друга в 10 раз.

литература

  • Вальтер Кастор: Основы электроснабжения . Ред .: HAAG Elektronische Messgeräte GmbH. 2007, 4: Распределительное устройство ( archive.org [PDF]).

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Обнаружение слаботочных дуговых замыканий в низковольтных распределительных устройствах. (PDF; 4,8 МБ) Потребители в сети и их влияние на электрическую дугу. Петер Мюллер, февраль 2015, стр. 74ff , доступ к 28 января 2019 года .
  2. ↑ Европейский учебный материал по электротехнике. Глава 28.3 Контактные материалы. Выпуск 22, с. 522.