قوس الکتریکی در مدارشکن چیست؟

یک قوس در یک مدار شکن یک تخلیه الکتریکی درخشان - یک کانال پلاسما که به دمای 20000 درجه سانتیگراد (36000 درجه فارنهایت) می رسد - که بین کنتاکت های جداشونده هنگام قطع جریان توسط قطع کننده زیر بار تشکیل می شود. این قوس یکی از خشن ترین و پرانرژی ترین پدیده ها در مهندسی برق است که در صورت عدم کنترل مناسب از طریق سیستم های تخصصی، می تواند کنتاکت ها را از بین ببرد، آتش سوزی ایجاد کند و باعث خرابی فاجعه بار تجهیزات شود. کنتاکت های قوس گیر و سیستم های اطفاء قوس.

در VIOX Electric، تیم مهندسی ما روزانه قطع کننده های مدار را طراحی و آزمایش می کند و از نزدیک شاهد رفتار قوس در انواع مختلف قطع کننده ها هستیم - از قطع کننده های مدار مینیاتوری (MCB) مسکونی گرفته تا قطع کننده های مدار صنعتی قطع کننده های مدار با قاب قالب (MCCB) و قطع کننده های مدار هوایی با ظرفیت بالا (ACB). درک تشکیل قوس، نقش حیاتی کنتاکت های قوس گیر در محافظت از کنتاکت های اصلی و فیزیک حاکم بر اطفاء قوس برای مهندسان برق، مدیران تاسیسات و هر کسی که مسئول تعیین مشخصات یا نگهداری تجهیزات حفاظت مدار است، ضروری است.

این راهنمای جامع پدیده قوس را از دیدگاه تولید VIOX توضیح می دهد و فیزیک قوس (نقاط کاتدی، پدیده های آندی، دینامیک پلاسما)، نحوه قربانی شدن کنتاکت های قوس گیر برای محافظت از کنتاکت های اصلی، ویژگی های ولتاژ قوس، روش های اطفاء در انواع قطع کننده ها و معیارهای انتخاب عملی برای حفاظت از خطای قوس را پوشش می دهد.

قوس الکتریکی در مدارشکن چیست؟

تعریف فنی قوس الکتریکی

قوس الکتریکی در یک قطع کننده مدار عبارت است از یک تخلیه الکتریکی پایدار از طریق هوای یونیزه شده (پلاسما) که هنگام جدا شدن کنتاکت ها زیر بار رخ می دهد. برخلاف یک جرقه کوتاه، قوس یک کانال پلاسمای پیوسته و خودپایدار است که جریان کامل مدار را از طریق چیزی که باید یک شکاف هوای عایق باشد، حمل می کند.

قوس تشکیل می شود زیرا جریان به دنبال حفظ مسیر خود است حتی زمانی که نیروهای مکانیکی کنتاکت ها را از هم جدا می کنند. هنگامی که جداسازی کنتاکت یک شکاف هوا ایجاد می کند، میدان الکتریکی شدید (اغلب بیش از 3 میلیون ولت در متر در جداسازی اولیه) مولکول های هوا را یونیزه می کند و آنها را به الکترون های آزاد و یون های مثبت تجزیه می کند. این گاز یونیزه شده - پلاسما - از نظر الکتریکی رسانا می شود و به جریان اجازه می دهد تا به عنوان یک قوس آبی-سفید درخشان از طریق شکاف به جریان خود ادامه دهد.

بر اساس داده های آزمایش VIOX، یک قوس معمولی در یک MCCB 600 ولت که 10000 آمپر را قطع می کند، به این مقادیر می رسد:

• دمای هسته: 15000-20000 درجه سانتیگراد (گرمتر از سطح خورشید در 5500 درجه سانتیگراد)
• ولتاژ قوس: 20-60 ولت (با طول قوس و بزرگی جریان متفاوت است)
• چگالی جریان: تا 10^6 A/cm² در نقاط کاتدی
• سرعت پلاسما: 100-1000 متر بر ثانیه هنگام رانده شدن مغناطیسی
• اتلاف انرژی: 200-600 ژول در میلی ثانیه برای خطاهای جریان بالا

این تمرکز انرژی شدید، کنترل قوس را به چالش اصلی در مهندسی قطع کننده مدار تبدیل می کند.

چرا قوس ها تشکیل می شوند: فیزیک پشت جداسازی کنتاکت

قوس ها پیامدهای اجتناب ناپذیر باز کردن یک مدار حامل جریان هستند. فرآیند تشکیل قوس از این اصول اساسی فیزیک پیروی می کند:

1. اصل پیوستگی جریان: جریان الکتریکی که از طریق یک مدار القایی (که تقریباً شامل تمام سیستم های الکتریکی دنیای واقعی می شود) جریان می یابد، نمی تواند به طور لحظه ای به صفر برسد. هنگامی که کنتاکت ها شروع به جدا شدن می کنند، جریان باید مسیری پیدا کند - قوس آن مسیر را فراهم می کند.

2. انقباض کنتاکت و گرمایش موضعی: حتی زمانی که به نظر می رسد کنتاکت ها در سراسر سطح کامل خود لمس می کنند، هدایت جریان واقعی از طریق نقاط تماس میکروسکوپی (ناهمواری ها) رخ می دهد که در آن بی نظمی های سطح تماس ایجاد می کنند. چگالی جریان در این نقاط بسیار زیاد است و باعث گرمایش موضعی و جوشکاری میکرو می شود.

3. انتشار میدان و یونیزاسیون اولیه: با جدا شدن کنتاکت ها (به طور معمول با سرعت 0.5-2 متر بر ثانیه در قطع کننده های مدار)، کاهش سطح تماس باعث افزایش ناگهانی چگالی جریان می شود. این امر نقاط تماس باقیمانده را تا 2000-4000 درجه سانتیگراد گرم می کند و مواد کنتاکت را تبخیر می کند. به طور همزمان، شکاف در حال گسترش میدان های الکتریکی شدیدی ایجاد می کند که بخار فلز و هوای اطراف را یونیزه می کند.

4. تشکیل کانال پلاسما: هنگامی که یک کانال پلاسمای رسانا تشکیل می شود، از طریق یونیزاسیون حرارتی خودپایدار می شود. جریان عبوری از پلاسما آن را بیشتر گرم می کند (گرمایش ژول: I²R)، که یونیزاسیون را افزایش می دهد، که رسانایی را افزایش می دهد، که جریان را حفظ می کند. این حلقه بازخورد مثبت قوس را تا زمانی که خنک کننده و طولانی شدن خارجی آن را خاموش کند، حفظ می کند.

در مطالعات دوربین پرسرعت VIOX از قوس در قطع کننده های مدار با قاب قالب، مشاهده می کنیم که ایجاد قوس در عرض 0.1-0.5 میلی ثانیه پس از جداسازی کنتاکت رخ می دهد و قوس بلافاصله شروع به حرکت تحت نیروهای الکترومغناطیسی به سمت کانال های قوس و محفظه های اطفاء می کند.

قوس در مقابل جرقه: درک تمایز

متخصصان برق گاهی اوقات قوس ها و جرقه ها را اشتباه می گیرند، اما آنها پدیده های اساساً متفاوتی هستند:

مشخصه	جرقه	قوس
مدت زمان	گذرا (میکروثانیه تا میلی ثانیه)	پایدار (میلی ثانیه تا ثانیه یا بیشتر)
انرژی	تخلیه انرژی کم	انرژی مداوم بالا
جریان فعلی	پالس کوتاه، به طور معمول <1 آمپر	پیوسته، جریان کامل مدار را حمل می کند (صدها تا هزاران آمپر)
دما	گرم اما کوتاه	بسیار گرم (15000-20000 درجه سانتیگراد)
خودپایدار	خیر - بلافاصله فرو می ریزد	بله - تا زمان قطع خارجی ادامه می یابد
پتانسیل آسیب	فرسایش سطح حداقل	فرسایش شدید کنتاکت، آسیب به تجهیزات، خطر آتش سوزی
مثال	تخلیه الکتریسیته ساکن، باز کردن سوئیچ بار سبک	قطع کننده مدار قطع جریان خطا

این تمایز مهم است زیرا سرکوب جرقه (مانند اسنابرهای RC در سراسر کنتاکت های رله) و انقراض قوس (مانند قطع کننده های مدار) به رویکردهای مهندسی کاملاً متفاوتی نیاز دارند.

کنتاکت های قوس گیر در مقابل کنتاکت های اصلی: مکانیسم حفاظت

یکی از مهمترین اما کمترین درک شده ترین اجزاء در قطع کننده های مدار مدرن، کنتاکت جرقه‌زن— یک کنتاکت تخصصی که برای محافظت از کنتاکت‌های اصلی (جریان‌گذر اصلی) قطع‌کننده مدار در برابر آسیب ناشی از قوس الکتریکی طراحی شده است.

کنتاکت‌های جرقه‌زن چیستند؟

کنتاکت‌های جرقه‌زن (که در قطع‌کننده‌های بزرگتر به عنوان شاخ‌های قوس یا رانرهای قوس نیز شناخته می‌شوند) کنتاکت‌های الکتریکی ثانویه هستند که به طور خاص برای موارد زیر مهندسی شده‌اند:

1. تحمل اولیه قوس الکتریکی هنگامی که کنتاکت‌ها زیر بار باز می‌شوند
2. دور کردن قوس الکتریکی از کنتاکت‌های اصلی از طریق روش‌های مکانیکی و الکترومغناطیسی
3. مقاومت در برابر فرسایش ناشی از جرقه‌زنی مکرر از طریق مواد نسوز تخصصی
4. هدایت قوس الکتریکی به سمت محفظه‌های خاموش‌کننده و کانال‌های قوس

در یک سیستم کنتاکت قطع‌کننده مدار، شما دو جفت کنتاکت مجزا دارید:

کنتاکت‌های اصلی (کنتاکت‌های اولیه):

• سطح تماس بزرگ بهینه شده برای مقاومت کم در هنگام عبور جریان عادی
• مواد انتخاب شده برای هدایت الکتریکی و دوام مکانیکی (به طور معمول اکسید نقره-کادمیوم، نقره-تنگستن یا آلیاژهای نقره-نیکل)
• طراحی شده برای حمل جریان نامی به طور مداوم بدون گرم شدن بیش از حد
• ابتدا هنگام بسته شدن قطع‌کننده مدار بسته می‌شوند. آخرین بار هنگام باز شدن قطع‌کننده مدار در شرایط بدون بار یا جریان کم باز می‌شوند.
• گران قیمت و در صورت آسیب دیدن، تعویض آنها دشوار است

کنتاکت‌های جرقه‌زن (کنتاکت‌های ثانویه):

• سطح تماس کوچکتر برای وظیفه کوتاه مدت حمل قوس کافی است
• مواد انتخاب شده برای مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر فرسایش قوس (مس-تنگستن، کاربید تنگستن یا آلیاژهای تخصصی مقاوم در برابر قوس)
• طراحی شده برای مقاومت در برابر جرقه‌زنی شدید و کوتاه مدت
• ابتدا هنگام قطع شدن قطع‌کننده مدار زیر بار باز می‌شوند و قوس را از کنتاکت‌های اصلی دور می‌کنند
• اغلب با رانرهای قوس یکپارچه می‌شوند که به طور فیزیکی قوس را به سمت مناطق خاموش‌کننده حرکت می‌دهند
• فداکارانه در نظر گرفته می‌شوند—طراحی شده‌اند تا به تدریج فرسوده شوند و در طول تعمیر و نگهداری اساسی تعویض شوند

چگونه کنتاکت‌های جرقه‌زن از قطع‌کننده مدار محافظت می‌کنند

مکانیزم حفاظتی از طریق عملکرد متوالی با زمان‌بندی دقیق کار می‌کند. در طرح‌های MCCB VIOX، توالی کنتاکت از این الگو پیروی می‌کند:

توالی بسته شدن (انرژی‌دار کردن مدار):

1. کنتاکت‌های اصلی ابتدا بسته می‌شوند و مسیر جریان را برقرار می‌کنند
2. کنتاکت‌های جرقه‌زن بعداً بسته می‌شوند (آنها آخرین بار وصل می‌شوند)
3. در طول عملکرد عادی، هر دو مجموعه کنتاکت جریان را حمل می‌کنند، اما کنتاکت‌های اصلی به دلیل مقاومت کمتر، بیشتر جریان را حمل می‌کنند

توالی باز شدن زیر بار (قطع جریان):

1. مکانیزم قطع فعال می‌شود
2. کنتاکت‌های جرقه‌زن شروع به جدا شدن می‌کنند (آنها ابتدا قطع می‌شوند)، در حالی که کنتاکت‌های اصلی بسته می‌مانند
3. با افزایش شکاف کنتاکت جرقه‌زن، یک قوس بین آنها شکل می‌گیرد—اما کنتاکت‌های اصلی هنوز بسته هستند و جریان را از طریق مسیر فلزی عبور می‌دهند
4. کنتاکت‌های اصلی بلافاصله پس از آن باز می‌شوند، اما در این زمان، قوس از قبل روی کنتاکت‌های جرقه‌زن ایجاد شده است، نه کنتاکت‌های اصلی
5. کنتاکت‌های جرقه‌زن به جدا شدن ادامه می‌دهند و قوس را طولانی‌تر می‌کنند
6. نیروهای الکترومغناطیسی (نیروی لورنتس از میدان مغناطیسی خود قوس) قوس را به سمت رانرهای قوس هل می‌دهند
7. قوس به داخل کانال‌های قوس یا محفظه‌های خاموش‌کننده حرکت می‌کند، جایی که خنک، طولانی و خاموش می‌شود
8. کنتاکت‌های اصلی بدون آسیب باقی می‌مانند زیرا هرگز جرقه‌زنی را تجربه نکرده‌اند

این عملکرد قطع اول/وصل آخر به این معنی است که کنتاکت‌های اصلی فقط جریان بار عادی را تحمل می‌کنند و در شرایط بدون قوس باز می‌شوند, ، در حالی که کنتاکت‌های جرقه‌زن تمام انرژی مخرب تشکیل و قطع قوس را جذب می‌کنند.

تأثیر دنیای واقعی: تجربه میدانی VIOX

در تجزیه و تحلیل VIOX از قطع‌کننده‌های برگشتی که نتوانستند خطاها را به درستی قطع کنند، متوجه شدیم که تقریباً 60-70٪ از خرابی‌های فاجعه‌بار شامل موارد زیر است:

1. کنتاکت‌های جرقه‌زن گم شده یا به شدت فرسوده شده اجازه دادن به قوس‌ها برای برخورد مستقیم به کنتاکت‌های اصلی
2. مکانیزم‌های کنتاکت جرقه‌زن ناهمتراز باعث جدا شدن کنتاکت‌های اصلی قبل از کنتاکت‌های جرقه‌زن می‌شود
3. مشخصات مواد اشتباه جایی که کنتاکت‌های جرقه‌زن از آلیاژهای نقره استاندارد به جای ترکیبات تنگستن مقاوم در برابر قوس استفاده می‌کنند

طراحی و نگهداری مناسب کنتاکت جرقه‌زن، عمر عملیاتی قطع‌کننده مدار را در کاربردهای سنگین 3-5 برابر افزایش می‌دهد. در تأسیسات حیاتی مانند مراکز داده و بیمارستان‌ها که قطع‌کننده‌های ما از مدارهای ایمنی جانی محافظت می‌کنند، ما سیستم‌های کنتاکت جرقه‌زن پیشرفته با لایه‌های تنگستن ضخیم‌تر و چرخه‌های بازرسی مکررتر (سالانه به جای هر 3-5 سال) را مشخص می‌کنیم.

فیزیک تشکیل قوس: نقاط کاتدی، پدیده‌های آندی و دینامیک پلاسما

برای درک واقعی نحوه کنترل قوس‌ها توسط قطع‌کننده‌های مدار، باید فیزیک اساسی حاکم بر رفتار قوس را بررسی کنیم. این بخش فیزیک قوس را در سطحی فراتر از آنچه که معمولاً رقبا پوشش می‌دهند، بررسی می‌کند—دانش فنی عمیقی را در اختیار مهندسان برق قرار می‌دهد تا مسائل مربوط به قوس را مشخص و عیب‌یابی کنند.

پدیده‌های کاتدی: منبع تغذیه قوس

The کاتد (الکترود منفی) جایی است که الکترون‌ها در یک قوس الکتریکی منشأ می‌گیرند. برخلاف هدایت حالت پایدار که در آن جریان به طور یکنواخت جریان می‌یابد، کاتدهای قوس چگالی جریان عظیمی را در مناطق فعال کوچکی به نام نقاط کاتدی.

متمرکز می‌کنند. (از اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی VIOX):

• اندازه: قطر 10-100 میکرومتر
• چگالی جریان: 10^6 تا 10^9 آمپر بر سانتی‌متر مربع (میلیون تا میلیارد آمپر بر سانتی‌متر مربع)
• دما: 3,000-4,000 درجه سانتیگراد در سطح کاتد
• طول عمر: میکروثانیه - نقاط خاموش و به سرعت دوباره تشکیل می‌شوند، که به قوس‌ها ظاهر سوسوزن مشخصه‌شان را می‌دهد.
• انتشار مواد: نقاط کاتدی مواد الکترود را تبخیر می‌کنند، بخار فلز، یون‌ها و ریزقطره‌ها را به ستون قوس پرتاب می‌کنند.

نقطه کاتدی از طریق عمل می‌کند انتشار ترمویونی و انتشار میدانی:

1. انتشار ترمویونی: گرمایش شدید در نقاط تماس میکروسکوپی، انرژی حرارتی را برای آزاد کردن الکترون‌ها از سطح فلز فراهم می‌کند و بر تابع کار (انرژی پیوندی) غلبه می‌کند. برای کنتاکت‌های مسی، تابع کار ≈ 4.5 eV است که به دمای >2,000 K برای انتشار قابل توجه نیاز دارد.
2. انتشار میدانی: میدان الکتریکی شدید در سطح کاتد (10^8 تا 10^9 ولت بر متر) به معنای واقعی کلمه الکترون‌ها را از طریق تونل‌زنی کوانتومی از فلز بیرون می‌کشد، حتی در دماهای پایین‌تر. انتشار میدانی در خلاء و قطع‌کننده‌های SF6 غالب است، جایی که می‌توان قدرت میدان بالایی را حفظ کرد.

تأثیر انتخاب مواد: فرسایش کاتد مکانیسم اصلی سایش برای کنتاکت‌های قوس‌دار است. VIOX مشخص می‌کند کامپوزیت‌های تنگستن-مس (به طور معمول 75% تنگستن، 25% مس) برای کنتاکت‌های قوس‌دار به این دلیل:

• نقطه ذوب بالای تنگستن (3,422 درجه سانتیگراد) میزان تبخیر را کاهش می‌دهد
• تابع کار بالای تنگستن (4.5 eV) انتشار ترمویونی را کاهش می‌دهد و نقطه کاتدی را تثبیت می‌کند
• مس رسانایی الکتریکی و رسانایی حرارتی را برای دفع گرما فراهم می‌کند
• این کامپوزیت 3-5 برابر بهتر از کنتاکت‌های مسی یا نقره‌ای خالص در برابر فرسایش مقاومت می‌کند

پدیده‌های آندی: اتلاف گرما و انتقال مواد

The آند (الکترود مثبت) جریان الکترون را از کاتد دریافت می‌کند. رفتار آند اساساً با رفتار کاتد متفاوت است:

ویژگی‌های آند:

• مکانیسم گرمایش: بمباران توسط الکترون‌های پرسرعت از کاتد، که انرژی جنبشی را پس از برخورد به گرما تبدیل می‌کنند
• دما: نقاط آندی معمولاً 500-1,000 درجه سانتیگراد خنک‌تر از نقاط کاتدی هستند
• چگالی جریان: پراکنده‌تر از کاتد - در سطح وسیع‌تری پخش می‌شود
• انتقال مواد: در قوس‌های DC، مواد از کاتد فرسایش می‌یابند و روی آند رسوب می‌کنند و “فلز منتقل شده” مشخصه را ایجاد می‌کنند که در کنتاکت‌های آسیب‌دیده قوس مشاهده می‌شود.

در مدارهای AC (اکثریت قریب به اتفاق کاربردهای قطع‌کننده مدار)، قطبیت 50-60 بار در ثانیه معکوس می‌شود، بنابراین هر کنتاکت بین کاتد و آند متناوب می‌شود. این قطبیت متناوب توضیح می‌دهد که چرا کنتاکت‌های قطع‌کننده مدار AC در مقایسه با قطع‌کننده‌های DC که در آن فرسایش کاتد غالب است، الگوهای فرسایش یکنواخت‌تری را نشان می‌دهند.

ستون قوس: فیزیک پلاسما در عمل

The ستون قوس کانال پلاسمای درخشان است که کاتد و آند را به هم متصل می‌کند. اینجاست که عمده انرژی قوس از بین می‌رود.

خواص پلاسما:

• ترکیب: بخار فلز یونیزه شده از فرسایش الکترود + هوای یونیزه شده (نیتروژن، اکسیژن به یون‌های N+، O+ به همراه الکترون‌های آزاد تبدیل می‌شوند)
• پروفایل دما: 15,000-20,000 درجه سانتیگراد در هسته، به صورت شعاعی به سمت لبه‌ها کاهش می‌یابد
• رسانایی الکتریکی: 10^3 تا 10^4 زیمنس بر متر - بسیار رسانا، قابل مقایسه با فلزات ضعیف
• رسانایی حرارتی: بالا - پلاسما به طور موثر گرما را به هوای اطراف منتقل می‌کند
• انتشار نوری: نور سفید-آبی شدید ناشی از تحریک و نوترکیبی الکترونیکی (الکترون‌هایی که به حالت پایه باز می‌گردند فوتون ساطع می‌کنند)

تعادل انرژی در ستون قوس:

ستون قوس باید تعادل حرارتی بین ورودی انرژی (گرمایش ژول: V_arc × I) و اتلاف انرژی (تابش، همرفت، هدایت) را حفظ کند:

• ورودی انرژی: P_in = V_arc × I (به طور معمول 20-60V × 1,000-50,000A = 20 کیلووات تا 3 مگاوات)
• تلفات تابشی: پلاسمای با دمای بالا نور UV و مرئی را ساطع می‌کند (استفان-بولتزمن: P ∝ T^4)
• تلفات همرفتی: پلاسما به دلیل شناوری (گاز داغ) بالا می‌رود و توسط نیروهای مغناطیسی دمیده می‌شود
• تلفات هدایتی: گرما به الکترودها، دیواره‌های محفظه قوس و گاز اطراف هدایت می‌شود

هنگامی که اتلاف انرژی از ورودی انرژی بیشتر شود (مانند زمانی که قوس به سرعت طولانی یا خنک شود)، دمای پلاسما کاهش می‌یابد، یونیزاسیون کاهش می‌یابد، مقاومت افزایش می‌یابد و قوس خاموش می‌شود.

ویژگی‌های ولتاژ قوس: کلید محدود کردن جریان

یکی از مهم‌ترین پارامترهای قوس برای عملکرد قطع‌کننده مدار است ولتاژ قوس- افت ولتاژ در سراسر قوس از کاتد به آند.

اجزای ولتاژ قوس:

V_arc = V_cathode + V_column + V_anode

کجا:

• V_cathode: افت ولتاژ کاتدی (به طور معمول 10-20 ولت) - انرژی مورد نیاز برای استخراج الکترون ها از کاتد
• V_column: افت ولتاژ ستونی (با طول قوس متغیر است: ~10-50 ولت در هر سانتی متر طول قوس)
• V_anode: افت ولتاژ آندی (به طور معمول 5-10 ولت) - انرژی تلف شده هنگام برخورد الکترون ها به آند

总电弧电压 در کلیدهای مدار VIOX در هنگام قطع خطا:

نوع کلید	فاصله اولیه قوس	طول قوس پس از خاموش شدن	ولتاژ قوس معمولی
MCB (مینیاتوری)	2-4 میلی متر	20-40 میلی متر (در کانال های قوس)	30-80 ولت
MCCB (قالب دار)	5-10 میلی متر	50-120 میلی متر (در کانال های قوس)	60-150 ولت
ACB (کلید مدار هوایی)	10-20 میلی متر	150-300 میلی متر (شاخک های قوس گسترده)	100-200 ولت
VCB (خلاء)	5-15 میلی متر	بدون افزایش طول (خلاء)	20-50 ولت (به دلیل مدت زمان کوتاه کم است)

ولتاژ قوس و محدودیت جریان:

ولتاژ قوس مکانیزمی است که توسط آن کلیدهای مدار محدود کننده جریان جریان خطا را به زیر سطوح احتمالی کاهش می دهند. سیستم را می توان به صورت زیر مدل کرد:

V_system = I × Z_system + V_arc

تنظیم مجدد:

I = (V_system – V_arc) / Z_system

با ایجاد سریع ولتاژ قوس بالا (از طریق افزایش طول قوس، خنک کردن و تعامل صفحه تقسیم کننده)، کلید، ولتاژ محرک خالص را کاهش می دهد و در نتیجه جریان را محدود می کند. MCCB های محدود کننده جریان VIOX ولتاژهای قوس 120-180 ولت را در عرض 2-3 میلی ثانیه ایجاد می کنند و جریان خطای پیک را به 30-40 درصد مقادیر احتمالی کاهش می دهند.

اندازه گیری ولتاژ قوس: در طول آزمایش اتصال کوتاه در آزمایشگاه 65 کیلو آمپر VIOX، ما ولتاژ قوس را با استفاده از پروب های دیفرانسیل ولتاژ بالا و جمع آوری داده با سرعت بالا (نرخ نمونه برداری 1 مگاهرتز) اندازه گیری می کنیم. شکل موج های ولتاژ قوس، افزایش سریع را با جدا شدن کنتاکت ها، سپس نوسانات مشخصه را با حرکت قوس از طریق کانال های قوس و سپس فروپاشی ناگهانی به صفر در صفر جریان هنگام خاموش شدن قوس نشان می دهند.

روش های خاموش کردن قوس در انواع کلیدهای مدار

فناوری های مختلف کلید مدار از استراتژی های متمایز خاموش کردن قوس استفاده می کنند که هر کدام برای کلاس های ولتاژ خاص، جریان نامی و الزامات کاربردی بهینه شده اند.

کلیدهای مدار هوایی (ACB): خاموش کننده مغناطیسی و کانال های قوس

قطع کننده‌های مدار هوایی اسب بارکش سنتی برای کاربردهای صنعتی بزرگ (اندازه فریم 800-6300 آمپر، ظرفیت قطع تا 100 کیلو آمپر) هستند. آنها قوس ها را در هوای آزاد با استفاده از نیروی مکانیکی و الکترومغناطیسی خاموش می کنند.

مکانیزم خاموش کردن قوس:

1. انفجار مغناطیسی: آهنرباهای دائمی یا سیم پیچ های الکترومغناطیسی یک میدان مغناطیسی عمود بر مسیر قوس ایجاد می کنند. جریان قوس با این میدان برهم کنش می کند و نیروی لورنتس تولید می کند: F = I × L × B
   • جهت نیرو: عمود بر جریان و میدان مغناطیسی (قانون دست راست)
   • مقدار: متناسب با جریان قوس - جریان های خطای بالاتر سریعتر دمیده می شوند
   • اثر: قوس را به سمت بالا و دور از کنتاکت ها با سرعت 50-200 متر بر ثانیه می راند
2. رانرهای قوس: قوس به سمت رانرهای مسی یا فولادی امتداد یافته رانده می شود که مسیر قوس را طولانی می کند و ولتاژ و مقاومت قوس را افزایش می دهد.
3. کانال های قوس (تقسیم کننده های قوس): قوس وارد محفظه ای می شود که حاوی چندین صفحه فلزی موازی است (به طور معمول 10-30 صفحه با فاصله 2-8 میلی متر). قوس:
   • تقسیم می شود به چندین قوس سری (یکی بین هر جفت صفحه)
   • خنک می شود از طریق تماس حرارتی با صفحات فلزی
   • طولانی می شود همانطور که در سطح صفحات پخش می شود
   • هر شکاف ~20-40 ولت به ولتاژ قوس اضافه می کند، بنابراین 20 صفحه = 400-800 ولت ولتاژ قوس کل
4. دیونیزاسیون: ترکیب خنک کردن و عبور از صفر جریان (در سیستم های AC) به هوا اجازه می دهد تا دیونیزه شود و از ایجاد مجدد قوس جلوگیری می کند.

طراحی ACB VIOX: ACB های سری VAB ما از هندسه کانال قوس بهینه شده با صفحات تقسیم کننده با فاصله نزدیک (3-5 میلی متر) و آهنرباهای دائمی با استحکام بالا که میدان 0.3-0.8 تسلا تولید می کنند، استفاده می کنند. این طراحی به طور قابل اعتماد قوس ها را تا 100 کیلو آمپر در عرض 12-18 میلی ثانیه خاموش می کند.

کلیدهای مدار قالب دار (MCCB): کانال های قوس فشرده

کلیدهای مینیاتوری (MCCB) رایج‌ترین قطع کننده‌های مدار صنعتی (16-1600 آمپر) هستند که به سیستم‌های خاموش کردن قوس فشرده و مناسب برای محفظه‌های قالب‌گیری شده بسته نیاز دارند.

استراتژی خاموش کردن قوس:

MCCBها از اصول مشابه ACBها استفاده می‌کنند اما در محفظه‌های قوس بهینه‌سازی شده و کوچک‌تر:

1. طراحی محفظه قوس: محفظه یکپارچه قالب‌گیری شده مقاوم در برابر قوس (اغلب کامپوزیت شیشه-پلی‌استر) که قوس را در بر می‌گیرد و گازها را هدایت می‌کند.
2. انفجار مغناطیسی: آهنرباهای دائمی کوچک یا سیم‌پیچ‌های دمنده حامل جریان
3. مسیرهای قوس فشرده: 8-20 صفحه تقسیم کننده در یک حجم محدود
4. تخلیه فشار گاز: تخلیه کنترل شده اجازه می‌دهد تا فشار کاهش یابد در حالی که از شعله‌ور شدن خارجی جلوگیری می‌کند.

MCCB محدود کننده جریان: سری CLM VIOX از یک طراحی محفظه قوس پیشرفته استفاده می‌کند:

• فاصله کم: صفحات تقسیم کننده با فاصله 2-3 میلی‌متر (در مقابل 4-6 میلی‌متر در MCCBهای استاندارد)
• مسیر طولانی شده: قوس مجبور به طی کردن 80-120 میلی‌متر از طریق مسیر قوس مارپیچ می‌شود.
• توسعه سریع ولتاژ: ولتاژ قوس در عرض 2 میلی‌ثانیه به 120-180 ولت می‌رسد.
• انرژی عبوری: به 20-30% از I²t احتمالی کاهش می‌یابد.

این طرح‌های محدود کننده جریان از تجهیزات الکترونیکی حساس محافظت می‌کنند، خطر فلاش قوس را کاهش می‌دهند و تنش مکانیکی روی شینه‌ها و تابلوسوییچ‌ها را به حداقل می‌رسانند.

قطع کننده‌های مدار مینیاتوری (MCB): کنترل حرارتی و مغناطیسی قوس

MCB ها (قطع کننده‌های مسکونی/تجاری 6-125 آمپر) از خاموش کردن قوس ساده شده مناسب برای جریان‌های خطای پایین‌تر و ساختار تک قطبی فشرده استفاده می‌کنند.

ویژگی‌های خاموش کردن قوس:

1. مسیر قوس: 6-12 صفحه تقسیم کننده در یک محفظه قالب‌گیری شده فشرده
2. انفجار مغناطیسی: آهنربای دائمی کوچک یا دونده قوس فرومغناطیسی
3. تکامل گاز: گرمای قوس اجزای مسیر قوس فیبر یا پلیمری را تبخیر می‌کند و گازهای دیونیزه کننده (هیدروژن ناشی از تجزیه پلیمر) تولید می‌کند که به خنک کردن و خاموش کردن قوس کمک می‌کنند.

طراحی MCB VIOX (سری VOB4/VOB5):

• مسیرهای قوس آزمایش شده تا 10000 عملیات قطع طبق IEC 60898-1
• قوس در عرض 8-15 میلی‌ثانیه برای جریان‌های خطای نامی (6 کیلو آمپر یا 10 کیلو آمپر) خاموش می‌شود.
• مهار قوس داخلی برای جلوگیری از شعله‌ور شدن خارجی تأیید شده است.

قطع کننده‌های مدار خلاء (VCB): خاموش کردن سریع قوس در خلاء

قطع کننده‌های مدار خلاء از یک رویکرد کاملاً متفاوت استفاده می‌کنند: حذف کامل محیط. کنتاکت‌ها در یک بطری خلاء مهر و موم شده (فشار 10^-6 تا 10^-7 Torr) کار می‌کنند.

مکانیزم خاموش کردن قوس:

در خلاء، هیچ گازی برای یونیزه شدن وجود ندارد. وقتی کنتاکت‌ها جدا می‌شوند:

1. قوس بخار فلزی: قوس اولیه صرفاً از بخار فلزی یونیزه شده از سطوح کنتاکت تشکیل شده است.
2. گسترش سریع: بخار فلزی به خلاء گسترش می‌یابد و روی سطوح سرد (سپرها و کنتاکت‌ها) متراکم می‌شود.
3. دیونیزاسیون سریع: در صفر جریان، یون‌ها و الکترون‌های باقی مانده در عرض میکروثانیه دوباره ترکیب می‌شوند یا رسوب می‌کنند.
4. بازیابی دی الکتریک بالا: شکاف خلاء تقریباً بلافاصله قدرت دی الکتریک کامل خود را به دست می‌آورد.
5. خاموش کردن قوس: معمولاً در عرض 3-8 میلی‌ثانیه (1/2 تا 1 سیکل در 50/60 هرتز)

مزایای VCB:

• فرسایش حداقل کنتاکت (فقط بخار فلزی، بدون واکنش‌های گازی)
• قطع بسیار سریع (3-8 میلی‌ثانیه)
• عمر طولانی کنتاکت (100000+ عملیات)
• بدون نیاز به تعمیر و نگهداری (مهر و موم شده برای طول عمر)
• اندازه جمع و جور

محدودیت‌ها:

• گران‌تر از قطع کننده‌های هوا
• ولتاژ محدود (معمولاً 1-38 کیلو ولت؛ برای کاربردهای ولتاژ پایین مناسب نیست)
• پتانسیل اضافه ولتاژ (جریان‌های قطع کننده) در برخی از کاربردها

VIOX VCBها (کنتاکتورهای خلاء سری VVB) را برای کنترل موتور ولتاژ متوسط و کاربردهای سوئیچینگ خازن تولید می‌کند، جایی که عمر طولانی و حداقل تعمیر و نگهداری آنها هزینه اضافی را توجیه می‌کند.

قطع کننده‌های مدار SF6: خاموش کردن قوس با فشار بالا

قطع کننده‌های SF6 از گاز هگزا فلوراید گوگرد استفاده می‌کنند که خواص خاموش کنندگی قوس استثنایی دارد:

• قدرت دی الکتریک: 2-3 برابر هوا در همان فشار
• الکترونگاتیویته: SF6 الکترون‌های آزاد را جذب می‌کند و به سرعت قوس را دیونیزه می‌کند.
• رسانایی حرارتی: به طور موثر پلاسمای قوس را خنک می‌کند.

انقراض قوس:

قوس در SF6 تحت فشار (2-6 بار) تشکیل می‌شود. در صفر جریان، SF6 به سرعت گرما را حذف می‌کند و الکترون‌ها را جذب می‌کند و امکان بازیابی دی الکتریک را در عرض میکروثانیه فراهم می‌کند. عمدتاً در کاربردهای ولتاژ بالا (>72 کیلو ولت) و برخی از قطع کننده‌های ولتاژ متوسط استفاده می‌شود.

ملاحظات زیست‌محیطی: SF6 یک گاز گلخانه‌ای قوی است (23500 برابر CO2 در طول 100 سال)، که منجر به انتقال صنعت به سمت جایگزین‌های خلاء و عایق هوا می‌شود. VIOX قطع کننده‌های SF6 را تولید نمی‌کند و در عوض بر روی فناوری‌های هوا و خلاء سازگار با محیط زیست تمرکز دارد.

رتبه بندی و استانداردهای قوس الکتریکی کلیدهای مدارشکن

انتخاب کلیدهای مدارشکن نیازمند درک رتبه‌بندی‌های استاندارد مرتبط با قوس الکتریکی است که توانایی کلید در قطع ایمن جریان‌های خطا را تعریف می‌کند. این رتبه‌بندی‌ها بین مناطق و سازمان‌های استاندارد متفاوت است، اما همه به یک سوال اساسی می‌پردازند: آیا این کلید می‌تواند قوس الکتریکی را هنگام قطع حداکثر جریان خطای موجود به طور ایمن خاموش کند؟

ظرفیت قطع (Breaking Capacity)

ظرفیت قطع حداکثر جریان خطایی است که یک کلید مدارشکن می‌تواند بدون آسیب یا خرابی به طور ایمن قطع کند. این رتبه بندی نشان دهنده بدترین سناریو است: یک اتصال کوتاه کامل (خطای امپدانس صفر) که در ترمینال های کلید رخ می دهد.

استانداردهای IEC (IEC 60947-2 برای MCCBها):

• Icu (ظرفیت قطع اتصال کوتاه نهایی): حداکثر جریان خطایی که کلید می تواند یک بار قطع کند. پس از قطع Icu، ممکن است کلید نیاز به بازرسی یا تعویض داشته باشد. بر حسب kA (کیلوآمپر) بیان می شود.
• Ics (ظرفیت قطع اتصال کوتاه سرویس): جریان خطایی که کلید می تواند چندین بار (به طور معمول 3 عملیات) قطع کند و به طور معمول به کار خود ادامه دهد. معمولاً 25٪، 50٪، 75٪ یا 100٪ Icu است.

استانداردهای UL/ANSI (UL 489 برای MCCBها):

• رتبه بندی قطع (IR یا AIC): رتبه بندی واحد که بر حسب آمپر بیان می شود (به عنوان مثال، 65000 A یا “65kA”). کلید باید این سطح جریان را قطع کند و تست های بعدی را بدون خرابی پشت سر بگذارد. به طور کلی قابل مقایسه با IEC Icu است.

محدوده محصولات VIOX:

نوع کلید	اندازه قاب های معمولی	محدوده ظرفیت قطع VIOX	انطباق با استاندارد
MCB	6-63A	6 kA، 10 kA	IEC 60898-1، EN 60898-1
MCCB	16-1600A	35 kA، 50 kA، 65 kA، 85 kA	IEC 60947-2، UL 489
ای سی بی	800-6300A	50 kA، 65 kA، 80 kA، 100 kA	IEC 60947-2، UL 857

راهنمای انتخاب: ظرفیت قطع کلید باید بیشتر از جریان خطای موجود (همچنین جریان اتصال کوتاه احتمالی نامیده می شود) در نقطه نصب باشد. این جریان خطا بر اساس ظرفیت ترانسفورماتور برق، امپدانس کابل ها و امپدانس منبع محاسبه می شود. نصب یک کلید با ظرفیت قطع ناکافی منجر به خرابی فاجعه بار در هنگام خطا می شود - قوس الکتریکی نمی تواند خاموش شود، کلید منفجر می شود و آتش سوزی/آسیب به دنبال دارد.

VIOX حاشیه ایمنی را توصیه می کند: کلیدهایی را مشخص کنید که حداقل 125٪ جریان خطای موجود محاسبه شده را داشته باشند تا تغییرات سیستم برق و عدم قطعیت های محاسباتی را در نظر بگیرند.

رتبه بندی جریان قابل تحمل اتصال کوتاه

برای هماهنگی انتخابی در سیستم های حفاظتی آبشاری، برخی از کلیدها (به ویژه ACB ها و MCCB های دارای تریپ الکترونیکی) شامل تنظیمات تاخیر کوتاه مدت هستند که به طور عمدی جریان های خطا را برای دوره های کوتاه (0.1-1.0 ثانیه) تحمل می کنند تا به کلیدهای پایین دستی اجازه دهند ابتدا تریپ کنند.

Icw (IEC 60947-2): رتبه بندی جریان قابل تحمل اتصال کوتاه. کلید می تواند این جریان خطا را برای مدت زمان مشخصی (به عنوان مثال، 1 ثانیه) بدون تریپ یا آسیب تحمل کند و امکان هماهنگی با دستگاه های پایین دستی را فراهم می کند.

مدل های ACB VIOX با واحدهای تریپ LSI (Long-time, Short-time, Instantaneous) تنظیمات کوتاه مدت قابل تنظیم (0.1-0.4 ثانیه) و رتبه بندی Icw 30-85 kA را ارائه می دهند که امکان هماهنگی انتخابی در سیستم های توزیع صنعتی را فراهم می کند.

انرژی حادثه ای قوس الکتریکی و برچسب ها

فراتر از رتبه بندی های خود کلید،, خطر قوس الکتریکی الزامات برچسب گذاری (مطابق NEC 110.16، NFPA 70E و IEEE 1584) ایجاب می کند که تجهیزات الکتریکی جریان خطای موجود و زمان پاکسازی را نمایش دهند تا امکان محاسبه مرز قوس الکتریکی و انرژی حادثه ای فراهم شود.

VIOX تمام کلیدها را با مستنداتی برای پشتیبانی از برچسب گذاری قوس الکتریکی ارسال می کند:

• حداکثر رتبه بندی جریان خطای موجود
• زمان های پاکسازی معمولی در سطوح مختلف جریان خطا (از منحنی های زمان-جریان)
• مقادیر I²t عبوری برای کلیدهای محدود کننده جریان

پیمانکاران و مهندسان برق از این داده ها با نرم افزار محاسبه قوس الکتریکی برای تعیین انرژی حادثه ای (cal/cm²) و تعیین فواصل کاری ایمن و الزامات PPE استفاده می کنند.

آزمایش و صدور گواهینامه

تمام کلیدهای مدارشکن VIOX تحت آزمایش و گواهینامه شخص ثالث قرار می گیرند تا عملکرد قطع قوس الکتریکی را تأیید کنند:

تست نوع (مطابق IEC 60947-2 و UL 489):

1. توالی تست اتصال کوتاه: کلیدها جریان خطای نامی را چندین بار قطع می کنند (“توالی O-t-CO”: باز، تاخیر زمانی، بسته-باز) تا دوام کنتاکت های قوس و محفظه قوس را تأیید کنند.
2. تست افزایش دما: تأیید می کند که کنتاکت های قوس و محفظه های قوس در طول عملکرد عادی بیش از حد گرم نمی شوند.
3. تست استقامت: 4000-10000 عملیات مکانیکی به اضافه عملیات الکتریکی نامی، عمر کنتاکت را تأیید می کند.
4. تست دی الکتریک: تست ولتاژ بالا تأیید می کند که عایق آسیب دیده از قوس، فاصله را حفظ می کند.

تست روتین (هر واحد تولیدی):

• تأیید جریان تریپ
• اندازه‌گیری مقاومت تماسی
• بازرسی بصری کنتاکت های قوس و کانال های قوس
• تست دی الکتریک Hi-pot

سیستم مدیریت کیفیت VIOX (دارای گواهینامه ISO 9001:2015) نیاز به نمونه برداری و آزمایش دسته ای مطابق با IEC 60947-2 Annex B دارد، با قابلیت ردیابی کامل از اجزای محفظه قوس تا مونتاژ نهایی.

انتخاب کلیدهای مدارشکن برای عملکرد قوس و کاربرد

انتخاب صحیح کلید مدارشکن با در نظر گرفتن رفتار قوس، قطع ایمن و قابل اعتماد را در طول عمر نصب تضمین می کند. این رویکرد سیستماتیک را دنبال کنید:

مرحله 1: تعیین جریان خطای موجود

جریان اتصال کوتاه احتمالی را در نقطه نصب کلید محاسبه یا اندازه گیری کنید. روش ها:

روش محاسبه:

1. به دست آوردن توان نامی ترانسفورماتور و امپدانس آن (معمولاً 4-8٪)
2. محاسبه جریان اتصال کوتاه ثانویه ترانسفورماتور: I_fault = kVA / (√3 × V × Z٪)
3. اضافه کردن امپدانس کابل از ترانسفورماتور تا محل نصب بریکر
4. در نظر گرفتن منابع موازی (ژنراتورها، فیدرهای دیگر)

روش اندازه گیری:

استفاده از آنالایزر جریان خطا یا تستر جریان اتصال کوتاه احتمالی در نقطه نصب (نیاز به تست بدون برق یا تجهیزات تخصصی برق دار).

روش داده های شرکت برق:

درخواست داده های جریان اتصال کوتاه موجود از شرکت برق برای ورودی سرویس.

برای کاربردهای معمول مشتریان VIOX:

• مسکونی: 10-22 کیلو آمپر معمول
• ساختمان‌های تجاری: 25-42 کیلو آمپر معمول
• تأسیسات صنعتی: 35-100 کیلو آمپر (تا 200 کیلو آمپر در نزدیکی ترانسفورماتورهای بزرگ)

مرحله 2: انتخاب ظرفیت قطع با حاشیه ایمنی

انتخاب بریکر با Icu/AIC ≥ 1.25 × جریان اتصال کوتاه موجود.

مثال: جریان اتصال کوتاه موجود = 38 کیلو آمپر → تعیین بریکر با رتبه ≥ 48 کیلو آمپر → MCCB سری VIOX VPM1 با رتبه 50 کیلو آمپر مناسب است.

مرحله 3: ارزیابی انرژی قوس و محدودیت جریان

برای حفاظت از تجهیزات حساس (الکترونیک، درایوهای فرکانس متغیر، سیستم های کنترل)، در نظر بگیرید بریکرهای محدود کننده جریان که انرژی عبوری را کاهش می دهند:

عملکرد محدود کننده جریان: MCCB های سری VIOX CLM با محفظه های قوس محدود کننده جریان به موارد زیر دست می یابند:

• جریان عبوری پیک: 30-45٪ جریان اتصال کوتاه احتمالی
• I²t عبوری: 15-25٪ انرژی I²t احتمالی
• محدودیت در 2-5 میلی ثانیه اول رخ می دهد (کمتر از 1/4 سیکل در 60 هرتز)

این کاهش چشمگیر انرژی از کابل ها، شینه ها و تجهیزات پایین دستی در برابر تنش حرارتی و مکانیکی محافظت می کند.

مرحله 4: در نظر گرفتن ایمنی قوس الکتریکی و دسترسی

در مکان هایی که کارگران باید به تجهیزات برق دار دسترسی داشته باشند:

• بریکرهایی با محفظه های مقاوم در برابر قوس الکتریکی یا مکانیزم های قفسه بندی از راه دور را مشخص کنید.
• از واحدهای تریپ الکترونیکی با قفل انتخابی منطقه ای (ZSI) برای پاکسازی سریعتر خطا استفاده کنید.
• رله های قوس الکتریکی با تشخیص نوری را برای تریپ فوق العاده سریع (2-5 میلی ثانیه) در نظر بگیرید.
• برچسب های هشدار دهنده قوس الکتریکی را نصب کنید و رویه های ایمنی را مطابق با NFPA 70E ایجاد کنید.

مدل های VIOX ACB با مکانیزم های کشویی امکان برداشتن بریکر را در حین حفظ تراز محفظه قوس و ایمنی فراهم می کنند - که برای تعمیر و نگهداری در سیستم های پر انرژی بسیار مهم است.

مرحله 5: تعیین جنس کنتاکت قوس و فواصل نگهداری

برای کاربردهای سنگین (سوئیچینگ مکرر، محیط های با جریان اتصال کوتاه بالا):

کنتاکت های قوس پیشرفته: ترکیب تنگستن-مس با جرم افزایش یافته را مشخص کنید.

فواصل بازرسی: توصیه های VIOX بر اساس کاربرد:

چرخه کاری	بازرسی در سال	عمر مورد انتظار کنتاکت قوس
سبک (مسکونی، دفاتر تجاری)	0 (فقط بصری)	20-30 سال
متوسط (خرده فروشی، صنایع سبک)	هر ۳-۵ سال	1
10-20 سال	سالانه	۵-۱۰ سال
سنگین (تولید، راه اندازی مکرر)	Every 6 months	شدید (تابلو برق اصلی، قرار گرفتن در معرض اتصال کوتاه بالا)

2-5 سال یا بعد از یک خطای بزرگ

مرحله 6: تأیید هماهنگی و گزینش پذیری

• منحنی های زمان-جریان را برای اطمینان از هماهنگی مناسب قوس الکتریکی ترسیم کنید:
• بریکر بالادست نباید قبل از بریکر پایین دست در هنگام خطا تریپ کند.
• حاشیه زمانی کافی (معمولاً 0.2-0.4 ثانیه) بین منحنی ها

اثرات زمان قوس بریکر و محدود کننده جریان را در نظر بگیرید.

VIOX داده های TCC (منحنی زمان-جریان) و نرم افزار هماهنگی را برای تسهیل تجزیه و تحلیل گزینش پذیری ارائه می دهد.

تعمیر و نگهداری، بازرسی و عیب یابی مربوط به قوس الکتریکی.

شکل 6: راهنمای نگهداری کنتاکت های قوس. بازرسی بصری منظم برای خوردگی، حفره و ردیابی کربن ضروری است. اندازه گیری مقاومت تماس، یکپارچگی الکتریکی را تأیید می کند. برنامه بر اساس چرخه کاری بریکر متفاوت است.

بازرسی بصری کنتاکت های قوس

بازرسی بصری را در طول تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده انجام دهید (بریکر بدون برق و خارج شده)::

1. به دنبال چه چیزی باشیدخوردگی تماس
2. حفره‌دار شدن و گود افتادگی: گودال‌های عمیق نشان‌دهنده قوس الکتریکی شدید هستند؛ اگر عمق گودال >2 میلی‌متر است، تعویض شود.
3. تغییر رنگ: اکسیداسیون آبی/سیاه طبیعی است؛ رسوبات سفید/خاکستری نشان‌دهنده گرمای بیش از حد است.
4. ردیابی کربن: مسیرهای کربنی رسانا روی عایق‌ها ناشی از پلاسمای قوس الکتریکی—قطعات آسیب‌دیده را تمیز یا تعویض کنید.
5. تاب برداشتن یا ذوب شدن: نشان‌دهنده انرژی قوس الکتریکی بیش از حد یا عدم موفقیت در خاموش کردن قوس الکتریکی—کلید را تعویض کنید.
6. آسیب به محفظه اطفاء جرقه: صفحات تقسیم‌کننده شکسته، موانع ذوب‌شده یا تجمع دوده—محفظه قوس را تمیز یا تعویض کنید.

ابزارهای بازرسی VIOX: گیج‌های ضخامت کنتاکت و الگوهای محدودیت سایش برای تمام مدل‌های MCCB/ACB برای تعیین کمیت فرسایش موجود است.

اندازه‌گیری مقاومت کنتاکت

مقاومت را در سراسر هر پل با استفاده از میکرو اهم‌متر (اهم‌متر دیجیتال با مقاومت پایین) اندازه‌گیری کنید:

مقادیر قابل قبول (کلیدهای VIOX، مطابق با IEC 60947-2):

اندازه فریم کلید	مقاومت کنتاکت جدید	حداکثر مجاز
MCB (6-63A)	0.5-2 mΩ	4 mΩ
MCCB (100-250A)	0.1-0.5 mΩ	1.5 mΩ
MCCB (400-800A)	0.05-0.2 mΩ	0.8 mΩ
MCCB (1000-1600A)	0.02-0.1 mΩ	0.4 mΩ
ACB (1600-3200A)	0.01-0.05 mΩ	0.2 mΩ

افزایش مقاومت کنتاکت نشان می‌دهد:

• فرسایش کنتاکت قوس الکتریکی
• آلودگی یا اکسیداسیون کنتاکت اصلی
• کاهش فشار کنتاکت (فنر‌های فرسوده)
• عدم هم‌ترازی

اگر مقاومت از حداکثر مجاز فراتر رود، بسته به مدل و قابلیت تعمیر، کنتاکت‌های قوس الکتریکی یا کل کلید را تعویض کنید.

عیب‌یابی مشکلات مربوط به قوس الکتریکی

مشکل: کلید بلافاصله هنگام بستن روی بار قطع می‌شود

• علل احتمالی: اتصال کوتاه در پایین‌دست (با آزمایش مگااهم‌متر تأیید شود)، تنظیم قطع آنی خیلی پایین است، کنتاکت‌های قوس الکتریکی فرسوده باعث مقاومت اولیه بالا و جریان هجومی می‌شود.
• راه حل: بار پایین‌دست را جدا کنید، پیوستگی مدار را آزمایش کنید، کنتاکت‌های قوس الکتریکی را بررسی کنید.

مشکل: قوس الکتریکی قابل مشاهده در طول عملکرد عادی

• علل احتمالی: کنتاکت‌های اصلی به درستی بسته نمی‌شوند (کنتاکت‌های قوس الکتریکی جریان مداوم را حمل می‌کنند)، اتصالات شل در پایانه‌های کلید، آلودگی کنتاکت باعث کاهش رسانایی می‌شود، عدم هم‌ترازی مکانیکی
• راه حل: بلافاصله برق را قطع کرده و بازرسی کنید. قوس الکتریکی در طول عملکرد عادی نشان‌دهنده خرابی قریب الوقوع است—کلید را تعویض کنید.

مشکل: کلید در قطع خطا ناموفق است

• علل احتمالی: جریان خطا از درجه قطع فراتر می‌رود (قوس الکتریکی نمی‌تواند خاموش شود)، فرسایش شدید کنتاکت قوس الکتریکی، آسیب یا انسداد محفظه قوس الکتریکی، آلودگی در محفظه اطفاء جرقه (ذرات فلزی که صفحات تقسیم‌کننده را اتصال کوتاه می‌کنند)
• راه حل: بلافاصله کلید را تعویض کنید. عدم قطع نشان‌دهنده خطر ایمنی بحرانی است.

مشکل: بوی سوختگی یا دود از کلید در طول قطع خطا

• علل احتمالی: محصولات جانبی قوس الکتریکی طبیعی (ازن، NOx) اگر یک بار در طول رفع خطا رخ دهد، پیرولیز عایق آلی اگر انرژی قوس الکتریکی بیش از حد باشد، گرم شدن بیش از حد اجزای داخلی
• راه حل: اگر یک رویداد در طول رفع خطا رخ داد، بازرسی پس از قطع را مطابق با IEC 60947-2 انجام دهید (بصری، مقاومت، دی‌الکتریک). اگر تکرار شد یا در طول عملکرد عادی، کلید را تعویض کنید.

چه زمانی کلیدها را پس از قرار گرفتن در معرض قوس الکتریکی تعویض کنیم

VIOX تعویض کلید را تحت این شرایط توصیه می‌کند:

1. قطع ≥80% Icu نامی: یک بار قطع نزدیک به ظرفیت باعث فرسایش شدید کنتاکت قوس الکتریکی می‌شود.
2. چندین بار قطع ≥50% Icu: آسیب تجمعی از عمر طراحی فراتر می‌رود.
3. فرسایش قابل مشاهده کنتاکت >30%: مواد کافی برای قطع مطمئن در آینده باقی نمانده است.
4. مقاومت کنتاکت از حداکثر فراتر می‌رود: نشان‌دهنده مسیر جریان تخریب‌شده است.
5. آسیب به محفظه قوس الکتریکی: صفحات تقسیم‌کننده شکسته، اجزای ذوب‌شده
6. سن بهره برداری >20 سال: حتی بدون خطا، فرسودگی مواد بر خاموش شدن قوس الکتریکی تاثیر می گذارد.

اکثر مشتریان تجاری/صنعتی VIOX پیاده سازی می کنند دوره های جایگزینی 25 ساله برای MCCB های حیاتی بدون در نظر گرفتن وضعیت ظاهری، اطمینان از قطع قوس الکتریکی قابل اعتماد در صورت نیاز.

نتيجه گيری

قوس ها یک نیروی مخرب هستند، اما با کنتاکت های قوس الکتریکی با مهندسی دقیق و سیستم های خاموش کننده قوس، می توان آنها را کنترل کرد. درک فیزیک قوس الکتریکی - از نقاط کاتدی تا دینامیک پلاسما - به مهندسان اجازه می دهد تا تجهیزات حفاظتی مناسب را انتخاب کرده و برای ایمنی و قابلیت اطمینان از آن نگهداری کنند. VIOX Electric به پیشرفت فناوری کنترل قوس ادامه می دهد و اطمینان می دهد که قطع کننده های مدار ما حفاظت برتری را برای زیرساخت های الکتریکی حیاتی شما ارائه می دهند.