Egy ív a megszakítóban egy fényjelenséggel járó elektromos kisülés, amely a szétnyíló érintkezők között keletkezik, amikor a megszakító megszakítja az áram alatt lévő áramkört. Az ív lehetővé teszi, hogy az áram rövid ideig tovább folyjon az ionizált levegőn vagy gázon keresztül, amíg a megszakító kényszeríti az ívet a lehűlésre, megnyúlásra, megosztásra és kialvásra.
A megszakító nem állítja le az áramot abban a pillanatban, amikor az érintkezői szétválnak. Először az megszakítás során keletkező ívet kell kontrollálnia, majd kioltania azt, hogy az áramkör biztonságosan nyithasson.
Ezért az ívvezérlés a megszakító tervezésének egyik legfontosabb része. A rossz ívoltási képességgel rendelkező megszakító érintkezői erodálódhatnak, túlmelegedhetnek, a szigetelés károsodhat, vagy a hiba biztonságos megszakítása meghiúsulhat.
Az ívvel kapcsolatos legfontosabb fogalmak áttekintése
| Fogalom | Jelentése | Szerep a megszakítóban |
|---|---|---|
| Ív | Vezetőképes, fényjelenséggel járó kisülés a nyíló érintkezők közötti résben | Lehetővé teszi az áram rövid idejű továbbfolyását az érintkezők szétválása után |
| Ívképződés | Folyamat, amely során ionizált gáz keletkezik az érintkezők között | Kapcsolás vagy hibaáram-megszakítás során következik be |
| Ívfeszültség | Az íven eső feszültség a megszakítás alatt | Segít ellensúlyozni az áramköri áramot és támogatja az ívoltást |
| Ívvezető | Vezetőképes útvonal, amely elvezeti az ívet az érintkezőktől | Az ívet az ívoltó kamrába tereli |
| Ívcsúszda | Az ívet megosztó és hűtő szerelvény | Segíti az ív biztonságos oltását |
| Ívosztó lemez | Fémlemez az ívoltó kamrán belül | Kisebb ívszakaszokra osztja az ívet |
| Ívoltó kamra | Tér vagy szerkezet, ahol az ívoltás végbemegy | Tartalmazza és szabályozza az ívenergiát |
| Ívoltás | Az ív megszüntetésének folyamata | A biztonságos megszakításhoz szükséges |
Hogyan keletkezik az ív a megszakítóban
Az ívképződés akkor kezdődik, amikor a megszakító érintkezői nyitnak, miközben az áram még folyik.
A megszakítási folyamat általában így működik:
- A megszakító túlterhelést, rövidzárlatot vagy kézi kapcsolási műveletet érzékel.
- A működtető mechanizmus szétválasztja az érintkezőket.
- Az áram megpróbál tovább folyni a kis érintkezőhézagon keresztül.
- Az érintkezők közötti levegő vagy gáz ionizálódik.
- Vezetőképes ív keletkezik.
- A megszakító az ívet az ívoltó rendszerbe tereli.
- Az ív megnyúlik, megosztódik, lehűl és kialszik.
Az ív önmagában nem hiba. Ez egy normális fizikai jelenség az áram megszakítása során. A mérnöki kihívást az jelenti, hogy ezt gyorsan és biztonságosan kontrolláljuk.
Miért keletkezik ív az érintkezők nyitásakor
Amikor az érintkezők zárt állapotban vannak, az áram egy fém útvonalon folyik keresztül. Amikor elkezdenek szétválni, az érintkezési felület csökken, az ellenállás nő, és a hőmérséklet emelkedik. Ezzel egyidejűleg a nyíló résen kialakuló elektromos tér ionizálhatja a környező közeget.
Amint a közeg vezetővé válik, az áram az ívplazmán keresztül tovább folyhat, még akkor is, ha a fém érintkezők már nem érintkeznek egymással.
Ezért van szükség a megszakítókban az egyszerű mechanikus kapcsolónál többre. Olyan ívoltó szerkezetekre van szükségük, amelyek képesek kezelni a megszakítás során felszabaduló energiát.
Főérintkezők kontra ívoltó érintkezők
Nagyobb kisfeszültségű megszakítókban, különösen sok MCCB és ACB esetében, az áramút tartalmazhat fő kontaktusok és ívkontaktusok.
| Érintkező típusa | Fő Szerep | Miért fontos? |
|---|---|---|
| Fő kontaktusok | Normál üzem közben kis ellenállással vezetik az áramot | Vezetőképességre és alacsony melegedésre tervezve |
| Ívkontaktusok | Ív átvétele nyitás és zárás közben | A főérintkezők védelme a súlyos íveróziótól |
A tipikus sorrend előbb nyit / utóbb zár az ívoltó érintkezők esetében a főérintkező-rendszerhez képest, a megszakító kialakításától függően. Nyitáskor a főérintkezők válnak el először, így az ív átterjed az ívoltó érintkezőkre. Záráskor az ívoltó érintkezők zárnak először, így a főérintkezőket nem károsítja a kezdeti elektromos igénybevétel.
Ez az érintkező-időzítés az egyik oka annak, hogy egy megszakító összetettebb, mint egy egyszerű kapcsoló. Normál üzemben hatékonyan kell vezetnie az áramot, hiba esetén pedig túl kell élnie az ismételt megszakítási eseményeket.
Ívvezető sín a megszakítóban
Egy ívvezető sín egy vezetőképes alkatrész, amely elősegíti az ív elvezetését a fő érintkezőktől az ívoltó kamra felé.
Funkciója gyakorlati jellegű:
- csökkenti az érintkezők károsodását;
- a megfelelő útvonalra tereli az ívet;
- segíti az ív átvitelét az érintkezési területről az ívoltó kamrába;
- támogatja az ív gyorsabb és kontrolláltabb megszakítását.
Számos megszakító kialakításánál az ívvezető a hibaáram által keltett mágneses erőkkel együttműködve működik. A hajtóerő kifejezésének egyszerűsített módja: F = I × L × B, ahol F az ívre ható erő, I az íváram, L az effektív ívhossz a mágneses térben, és B a mágneses indukció. A gyakorlati megszakítótervezésben a nagyobb zárlati áram erősebb mágneses hajtóerőt hoz létre, ami segíti az ív ívvezető mentén az ívkioltó kamrába történő terelését, ahol az ív megosztható és hűthető.
F = I × L × BHogyan mozgatja a mágneses erő az ívet az ívkioltó kamrába
Amikor nagy áram folyik át egy megszakítón, az áramút mágneses teret hoz létre. Maga az ív is áramot vezet. Az áramjárta ív és a mágneses tér kölcsönhatása olyan erőt hoz létre, amely képes eltolni az ívet az érintkezőktől.
Ez a mágneses mozgás azért hasznos, mert:
- elhúzza az ívet az érintkezőfelülettől;
- az ívet az ívvezető felé tereli;
- az ívet az ívoltó lemezek közé hajtja;
- csökkenti az ív fő érintkezési területen töltött idejét.
Egyenáramú (DC) megszakítóknál a mágneses ívvezérlés még fontosabbá válik, mivel nincs természetes áramnullátmenet. Ez az oka annak is, hogy bizonyos DC megszakító kialakításoknál a polaritás számíthat.
Terméktervezési szempontból önmagában az ívoltó kamra megléte nem elegendő. Az ívvezető alakja, az érintkező nyitási sebessége, az ívoltó lemezek illesztése, a szellőzőút és a kamra körüli szigetelőanyag mind befolyásolják, hogy az ív tisztán az oltási zónába kerül-e, ahelyett, hogy az érintkezők közelében maradna.
Ívoltó és ívoltó kamra
Egy Az ívterelő az a szerkezet, amely segíti az ív oltását, miután az elhagyta az érintkezési területet. Gyakran több, szigetelő kamrában elrendezett ívoltó lemezből vagy ívlemezből áll.
Az ívoltó kamra működési elve:
- az ív útjának meghosszabbítása;
- egy nagy ív több kisebb ívszegmensre bontása;
- a forró ionizált gáz hűtése;
- az ívfeszültség növelése;
- az ív útjának ionmentesítésének elősegítése;
- a forró gázok és részecskék kordában tartása a megszakító kialakításán belül.
A kifejezés ívoltó kamra általában arra a térre vagy szerelvényre utal, ahol az ívoltás történik.
Érintkezőanyagok: Miért használnak volfrám-réz és ezüstötvözeteket?
A megszakító érintkezőinek normál üzemben vezetniük kell az áramot, megszakításkor pedig el kell viselniük az ív hőhatását. Ez anyagtechnológiai kompromisszumot igényel.
A gyakori érintkezőanyag-stratégiák közé tartoznak az ezüst alapú ötvözetek a vezetőképesség és az ívállóság érdekében, valamint a volfrám-réz típusú anyagok, ahol nagyobb íverózió-állóságra van szükség. A pontos anyagválasztás a megszakító típusától, a névleges áramerősségtől, az alkalmazástól és a gyártói konstrukciótól függ.
A legfontosabb mérnöki elv a következő: a volfrám magas olvadáspontú íverózió-állóságot biztosít, míg a réz javítja a vezetőképességet és a hőátadást. A cél az érintkezőszerkezet stabilitásának megőrzése az ismételt ívmelegítés mellett, az elfogadható átmeneti ellenállás fenntartása mellett.
Ez pontosabb megfogalmazás annál, mintha azt mondanánk, hogy a volfrám-rézet csak az elektronemisszió csökkentésére használják. A megszakító érintkezőinél az olvadáspont, az erózióállóság, a termikus viselkedés, a vezetőképesség és a mechanikai integritás mind meghatározó tényezők.
Mi az ívoltás?
Ívoltás az az eljárás, amely során az ív kialszik, így az áram folyása megszűnik.
A megszakítók típusuktól és feszültségosztályuktól függően különböző ívoltási módszereket alkalmazhatnak:
| Megszakító típusa | Gyakori ívoltási módszer |
|---|---|
| MCB | Ívoltó kamra osztólemez-köteggel |
| MCCB | Ívoltó kamra, ívvezetők, osztólemezek, öntött szigetelés |
| ACB | Levegős ívmegszakítás nagyobb ívoltó kamrákkal |
| DC megszakító | Ívoltó kamra mágneses fúvatással vagy többpólusú soros kialakítással |
| Nagyfeszültségű megszakító | Vákuum, SF6, légfúvásos vagy egyéb speciális megszakítási módszerek |
Az alacsonyfeszültségű kismegszakítók (MCB) és kompakt megszakítók (MCCB) esetében az ívoltó kamrák és az ívoltó lemezek a legismertebb alkatrészek.
Mi az az ívfeszültség?
Ívfeszültség az az ív két vége között mérhető feszültség a megszakítás során. Ahogy a megszakító nyújtja, osztja és hűti az ívet, az ívfeszültség növekszik. Amikor az ívfeszültség a hálózati körülményekhez képest elég magasra emelkedik, az áramerősség kényszerűen csökken, és az ív kialszik.
Gyakorlati szempontból egy jó ívoltó rendszer növeli az ív ellenállását és hűtését, így az áram nem tud tovább folyni az ionizált útvonalon.
Az ívfeszültség nem egy rögzített katalógusérték. Magában foglalja a katód és anód környéki feszültségesést, valamint az ívoszlop menti feszültségesést. Az alacsonyfeszültségű megszakítók tervezésénél a legfontosabb kérdés az, hogy az érintkezőgeometria, az ívvezető, az ívoltó lemezköteg, a gázáramlás és a kamraszigetelés képes-e elég gyorsan növelni az ívfeszültséget a vizsgált zárlati körülmények között.
Ez az egyik oka annak, hogy az érintkezők, az ívvezetők, a lemezek, a kamra alakja és a gázáramlás geometriája kritikus jelentőségű a megszakítók tervezésében.
AC ív vs. DC ív a megszakítókban
Az AC és DC ívek viselkedése eltérő.
| Jellemző | AC ív | DC Ívet |
|---|---|---|
| Áramnullátmenet | Természetes nulla átmenet minden félperiódusban | Nincs természetes nullátmenet |
| Ív kioltása | Az áramnullátmenet segíti | A megszakító kialakításával kell kényszeríteni |
| Megszakító kialakítása | Az AC-besorolású ívoltókamra elegendő lehet a névleges értékéhez | DC-névleges ívoltó kialakítást igényel |
| Polaritásbeli szempontok | Kisfeszültségű AC megszakítóknál általában kevésbé kritikus | Számos polarizált DC megszakítónál fontos |
Ez az oka annak, hogy egy AC megszakító nem használható automatikusan DC áramkörben. A DC ív fennmaradhat, hacsak a megszakítót kifejezetten DC megszakításra tervezték és minősítették.
A DC megszakító részleteiért lásd: Mi az az egyenáramú megszakító?.
Ív az MCB, MCCB és ACB esetében
| Megszakító típusa | Hol történik az ívvezérlés | Gyakorlati különbség |
|---|---|---|
| MCB | Kompakt ívoltó kamra az érintkezőrendszer közelében | Kis helyigény, gyors ívosztás, korlátozott keretméret |
| MCCB | Nagyobb öntött ívoltó kamra és ívvezetők | Nagyobb keretméretek és erősebb megszakító szerkezetek |
| ACB | Nagyobb levegős ívoltó kamra | Nagyobb áramerősségű kisfeszültségű kapcsolóberendezésekben használatos |
Az alapelv hasonló: a megszakító nyitja az érintkezőket, ívet hoz létre, az ívet egy kamrába tereli, ahol megosztja és hűti, majd megszakítja az áramot. A fizikai méret és a megszakítóképesség a megszakító típusától függően változik.
Az MCCB belső alkatrészeit lásd: MCCB belső felépítése és alkatrészei.
IEC 60947-2, UL 489 és ívoltási teljesítményértékek
Az ívoltást nem csupán vizuális kialakítás alapján értékelik. A megszakítókat olyan szabványos keretrendszerek szerint tesztelik, amelyek meghatározzák az ívoltási teljesítmény ellenőrzésének módját.
Kisfeszültségű ipari megszakítók esetében, IEC 60947-2 kulcsfontosságú szabványos környezet. Az észak-amerikai elágazó és tokozott megszakítók piacán, UL 489 kulcsfontosságú hivatkozás. Az alkalmazandó szabvány a terméktípustól, a piactól és a telepítéstől függ.
Az ívoltással kapcsolatos fontos névleges értékek a következők:
| Értékelés | Jelentése | Miért kapcsolódik az ívoltáshoz |
|---|---|---|
| Icu | Végső zárlati megszakítóképesség | Ellenőrzi, hogy a megszakító képes-e megszakítani egy súlyos zárlatot meghatározott vizsgálati körülmények között |
| Ics | Üzemi zárlati megszakítóképesség | Jelzi a teljesítményt a megszakítást követően, üzemi jellegű vizsgálati körülmények között |
| Icw | Rövid idejű határáram | Fontos a szelektivitás és az ellenállóképesség szempontjából bizonyos megszakítótípusoknál |
| Névleges feszültség | Az a feszültség, amelyen a megszakítást vizsgálják | A magasabb feszültség általában megnehezíti az ívoltást |
Ezeket a névleges értékeket az adatlapból és a szabványos környezetből kell kiolvasni. Egy robusztusnak tűnő ívoltókamrával rendelkező megszakítónak is rendelkeznie kell az adott áramkörhöz megfelelő, bevizsgált megszakítóképességgel.
A VIOX termékkiválasztási útmutatója szempontjából a gyakorlati kérdés nem az, hogy a megszakító rendelkezik-e látható ívoltókamrával. Szinte minden kisfeszültségű megszakító tartalmaz valamilyen ívoltó szerkezetet. Hasznosabb kérdés az, hogy az érintkezőrendszer, az ívvezető, az ívoltólemezek, az öntött szigetelés, a szellőzőút és a csatlakozószerkezet együttesen hitelesítve vannak-e az előírt megszakítóképességi vizsgálati körülmények között. Itt az Icu, az Ics, a névleges feszültség és az alkalmazandó szabvány többet számít, mint a vizuális megjelenés.
Ív a megszakítóban kontra ívhiba-megszakító
Az “ív” szó két különböző megszakítókkal kapcsolatos témában is megjelenik, de a jelentésük eltérő.
| Fogalom | Jelentése |
|---|---|
| Ív a megszakítóban | A megszakító érintkezőinek nyitásakor, a megszakítás során keletkező belső ív |
| Ívhiba | Nem kívánt ívképződés a vezetékekben, kábelekben, csatlakozókban vagy berendezésekben |
| Ívhiba-megszakító / AFCI | Olyan megszakító, amelyet az áramkörben fellépő veszélyes ívhiba-jelenségek észlelésére terveztek |
A normál megszakítóív a megszakítón belül keletkezik kapcsolás vagy hiba megszakítása során. Az ívhiba a tervezett érintkezőrendszeren kívül lép fel, és sérült vezetékezésre, laza csatlakozásokra vagy szigetelési hibára utalhat.
A megszakító ívhúzási problémáinak lehetséges jelei
A megszakítón belüli ívhúzás megszakítás közben normális jelenség, de a rendellenes külső tüneteket nem szabad figyelmen kívül hagyni.
Hívjon szakképzett villanyszerelőt vagy technikust, ha az alábbiakat tapasztalja:
- égett szag az elosztószekrény közelében;
- zümmögő, sistergő vagy pattogó hang a megszakítóból;
- hő okozta károsodás vagy elszíneződés;
- megolvadt szigetelés a csatlakozók közelében;
- ismétlődő megszakító-leoldás;
- látható villanás a megszakítón kívül;
- laza vagy sérült csatlakozók.
Ne nyissa fel és ne vizsgálja a feszültség alatt álló megszakító belsejét. A kismegszakítók lezárt vagy összeszerelt biztonsági eszközök, nem pedig a helyszínen javítható ívoltó kamrák.
Íverózió, érintkező-pitting (kráteresedés), és mikor válik problémássá a megszakító ívképződése
Minden megszakítási esemény igénybe veszi a megszakító érintkezőit. Normál üzemben ez elvárható, de az ismételt súlyos zárlatok vagy a rossz csatlakozási körülmények felgyorsíthatják a kopást.
Az ívképződéssel kapcsolatos túlzott igénybevétel lehetséges jelei a következők:
- kráterezett vagy erodált érintkezők a szervizelhető ipari berendezésekben;
- elszíneződés a csatlakozók vagy a szellőzőnyílások körül;
- szokatlan szag működés után;
- a megszakító házának sérülése;
- ismételt kioldások hasonló terhelési körülmények között;
- növekvő érintkezési ellenállás olyan berendezéseknél, ahol a mérés a karbantartási gyakorlat része.
Zárt kismegszakítók esetében a belső érintkezők vizsgálata általában nem kivitelezhető. Nagyobb, javítható kapcsolóberendezéseknél az ellenőrzést és a karbantartást a gyártó utasításai és a helyszíni biztonsági eljárások szerint kell végezni.
Gyakori félreértések a megszakítók ívképződésével kapcsolatban
1. tévhit: Azt hinni, hogy minden ív a megszakító meghibásodását jelenti
A megszakítás közbeni belső ív normális jelenség. A megszakítót úgy tervezték, hogy kezelje ezt.
2. hiba: Annak feltételezése, hogy az ívoltó kamra minden megszakító-károsodást megakadályoz
Az ívoltó kamra csökkenti és szabályozza az ívenergiát, de az ismételt, nagy zárlati áramú megszakítások továbbra is igénybe vehetik az érintkezőket és a belső alkatrészeket.
3. hiba: A megszakító ívképződésének összekeverése az ívhiba-védelemmel
A megszakító belső ívszabályozása és az AFCI ívhiba-érzékelés két különböző téma.
4. hiba: AC ívekre vonatkozó feltételezések alkalmazása DC megszakítóknál
A DC íveket nehezebb eloltani, mivel nincs természetes nullátmenet. DC áramkörökhöz használjon DC-re méretezett megszakítókat.
5. hiba: A csatlakozók állapotának figyelmen kívül hagyása
A laza csatlakozások külső melegedést és ívképződést okozhatnak. Ez különbözik a megszakító kioldása során keletkező normál belső ívtől.
GYIK
Képes egy váltakozó áramú (AC) ívoltó kamra az egyenáramú (DC) ív oltására?
Nem automatikusan. Az AC megszakítás a természetes áramnullátmeneteket használja ki, míg a DC megszakításnál az ívet kényszerűen meg kell nyújtani, hűteni és eloltani ezen segítség nélkül. A DC áramkörökben használt megszakítót kifejezetten a DC feszültségre, áramerősségre, polaritási feltételekre és alkalmazásra kell méretezni.
Mi a különbség az ívoltó érintkezők és a főérintkezők között?
A főérintkezők a normál üzem közbeni kis ellenállású áramvezetésre vannak optimalizálva. Az ívoltó érintkezőket úgy tervezték, hogy elviseljék a nyitás és zárás közbeni elektromos igénybevételt, így a főérintkezők nincsenek kitéve a legsúlyosabb íveróziónak.
Milyen gyakran kell ellenőrizni az ívoltó érintkezőket ipari megszakítókban?
Kövesse a megszakító gyártójának karbantartási utasításait és a helyszíni villamos biztonsági eljárásokat. Az ellenőrzés gyakorisága függ a megszakító típusától, a hibaelőzményektől, a kapcsolási igénybevételtől, a környezettől és attól, hogy az eszköz javítható-e. A zárt kismegszakítókat (MCB) és sok kompakt megszakítót (MCCB) általában cserélni szokták, ahelyett, hogy az érintkezők ellenőrzése céljából megbontanák őket.
Miért érezhető égett szag a megszakítón a kioldást követően?
Egy súlyos megszakítást követő enyhe szag a megszakítón belüli forró gázokból és az ív melléktermékeiből származhat. A tartós égett szag, elszíneződés, megolvadt szigetelés, a csatlakozók melegedése vagy az ismételt kioldás nem normális jelenség, és az áramkör visszakapcsolása előtt ellenőrizni kell.
A magasabb Icu-besorolás jobb ívoltó kamrát jelent?
Önmagában nem. Az Icu egy meghatározott körülmények között tesztelt végső zárlati megszakítóképesség. Az ívoltó kamra kialakítása fontos, de ugyanilyen lényeges az érintkezők sebessége, a vezetősínek geometriája, az öntött szigetelés, a csatlakozók kialakítása, a névleges feszültség és a teljes vizsgálati sorozat is. Az Ics szintén fontos, mivel az alkalmazandó szabvány szerinti üzemi zárlati teljesítményt jelzi.
Javítható a megszakítóban keletkező ív okozta sérülés?
A zárt kismegszakítók (MCB) és számos kompakt megszakító (MCCB) esetében a belső ív okozta károsodás a helyszínen nem javítható. Cserélje ki az eszközt, ha az ellenőrzés vagy a gyártói útmutató sérülést jelez. A nagyobb, szervizelhető megszakítóknál létezhetnek gyártó által jóváhagyott karbantartási eljárások, de a javítást csak szakképzett személyzet végezheti, jóváhagyott alkatrészek és vizsgálati módszerek alkalmazásával.
Kapcsolódó VIOX források
Következtetés
A megszakítóban keletkező ív egy normális, de intenzív elektromos jelenség, amely akkor jön létre, amikor az érintkezők áram alatt nyílnak. A megszakítónak ezt az ívet egy ívoltó rendszerbe kell terelnie, megosztania, hűtenie, az ívfeszültséget növelnie, majd kioltania.
A legfontosabb megértendő részek a következők: ívvezető sín, Az ívterelő, ívoltó lemezek, és ívoltó kamra. Ezek az alkatrészek teszik lehetővé, hogy a megszakító biztonságosan szakítsa meg az áramot, ahelyett, hogy egyszerű kapcsolóként viselkedne.
