फ्यूजसारख्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये कंस निर्मितीची तत्त्व आणि विझविण्याची पद्धत

इलेक्ट्रिक आर्क म्हणजे काय?

जेव्हा सर्किटमधील फ्यूज उडतो, जेव्हा व्होल्टेज आणि करंट एका विशिष्ट मूल्यापर्यंत पोहोचतात तेव्हा फ्यूज लिंक नुकतीच वितळते आणि डिस्कनेक्ट होते आणि फक्त विभक्त केलेल्या फ्यूज लिंक्समध्ये एक चाप निर्माण होतो, ज्याला आर्क म्हणतात. हे मजबूत विद्युत क्षेत्रामुळे होते, जे वायूचे आयनीकरण करते आणि विद्युत् प्रवाह सामान्यपणे इन्सुलेट केलेल्या माध्यमातून जातो. इलेक्ट्रिक आर्क्सच्या वापरामध्ये अनेक ऍप्लिकेशन्स असू शकतात, जसे की वेल्डिंग, स्टील प्लांटमधील इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस इ. परंतु जर कंस अनियंत्रित अवस्थेत निर्माण झाला, तर त्यामुळे वीज पारेषण, वितरण आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचे नुकसान होते. म्हणून आपण चाप समजून घेणे आणि नियंत्रित करणे आवश्यक आहे.

इलेक्ट्रिक आर्कची रचना

1. आर्क कॉलम झोन

चाप स्तंभ क्षेत्र विद्युतदृष्ट्या तटस्थ आहे आणि रेणू, अणू, उत्तेजित अणू, सकारात्मक आयन, नकारात्मक आयन आणि इलेक्ट्रॉन यांनी बनलेला आहे. त्यापैकी, सकारात्मक चार्ज केलेले आयन जवळजवळ नकारात्मक चार्ज केलेल्या आयनांच्या समान असतात, म्हणून त्याला प्लाझ्मा देखील म्हणतात. चार्ज केलेले कण जास्त ऊर्जा न वापरता प्लाझ्मामध्ये दिशानिर्देशितपणे फिरतात, म्हणूनच ते कमी व्होल्टेज परिस्थितीत उच्च प्रवाह प्रसारित करू शकतात. विद्युत प्रवाह प्रसारित करणारे मुख्य चार्ज केलेले कण इलेक्ट्रॉन आहेत, जे एकूण चार्ज केलेल्या कणांच्या संख्येच्या अंदाजे 99.9% आहेत, बाकीचे सकारात्मक आयन आहेत. कॅथोड आणि एनोड क्षेत्रांच्या अत्यंत लहान लांबीमुळे, कंस स्तंभ क्षेत्राची लांबी कमानीची लांबी मानली जाऊ शकते. चाप स्तंभ प्रदेशातील विद्युत क्षेत्राची ताकद तुलनेने कमी असते, सहसा फक्त 5-10V/सेमी.

2. कॅथोड क्षेत्र

कॅथोड हा इलेक्ट्रॉनचा स्रोत मानला जातो. ते चाप स्तंभाला 99.9% चार्ज केलेले कण (इलेक्ट्रॉन) प्रदान करते. इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करण्याच्या कॅथोडच्या क्षमतेचा चापच्या स्थिरतेवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. कॅथोड प्रदेशाची लांबी 10-5-10-6cm आहे. जर कॅथोड व्होल्टेज ड्रॉप 10V असेल, तर कॅथोड प्रदेशाची विद्युत क्षेत्राची ताकद 106-107V/cm आहे.

3. एनोड क्षेत्र

ॲनोड क्षेत्र प्रामुख्याने इलेक्ट्रॉन स्वीकारण्यासाठी जबाबदार आहे, परंतु त्याने चाप स्तंभाला 0.1% चार्ज केलेले कण (सकारात्मक आयन) देखील प्रदान केले पाहिजेत. एनोड प्रदेशाची लांबी सामान्यतः 10-2-10-3cm असते, त्यामुळे एनोड प्रदेशाची विद्युत क्षेत्राची ताकद 103-104V/cm असते. एनोड क्षेत्रामध्ये व्होल्टेज ड्रॉपवर एनोड सामग्री आणि वेल्डिंग करंटच्या महत्त्वपूर्ण प्रभावामुळे, ते 0 आणि 10V दरम्यान बदलू शकते. उदाहरणार्थ, जेव्हा वर्तमान घनता जास्त असते आणि एनोड तापमान जास्त असते, ज्यामुळे एनोड सामग्रीचे बाष्पीभवन होते, तेव्हा एनोड व्होल्टेज ड्रॉप कमी होईल, अगदी 0V पर्यंत.

इलेक्ट्रिक आर्क्सची वैशिष्ट्ये

1. कंसाचे स्थिर ज्वलन राखण्यासाठी आवश्यक चाप व्होल्टेज खूप कमी आहे आणि वातावरणातील 1cm DC चाप स्तंभाचा व्होल्टेज फक्त 10-50V आहे.

2. एक मोठा प्रवाह कंसमधून जाऊ शकतो, काही अँपिअरपासून ते हजारो अँपिअरपर्यंत.

3. कंसमध्ये उच्च तापमान असते, आणि चाप स्तंभाचे तापमान असमान असते. केंद्राचे तापमान सर्वोच्च आहे, 6000-10000 अंशांपर्यंत पोहोचते, तर केंद्रापासून दूर तापमान कमी होते.

4. इलेक्ट्रिक आर्क्स मजबूत प्रकाश उत्सर्जित करू शकतात. चाप पासून प्रकाश किरणोत्सर्गाची तरंगलांबी (1.7-50) × 10-7m आहे. यात तीन भाग आहेत: इन्फ्रारेड, दृश्यमान प्रकाश आणि अतिनील प्रकाश

इलेक्ट्रिक आर्क्सचे वर्गीकरण

1. विद्युत् प्रवाहाच्या प्रकारानुसार, ते AC चाप, DC चाप आणि पल्स आर्क मध्ये विभागले जाऊ शकते.

2. कमानीच्या स्थितीनुसार, ते फ्री आर्क आणि कॉम्प्रेस्ड आर्क (जसे की प्लाझ्मा आर्क) मध्ये विभागले जाऊ शकते.

3. इलेक्ट्रोड सामग्रीनुसार, ते विभागले जाऊ शकते: वितळणारे इलेक्ट्रोड आर्क आणि नॉन मेल्टिंग इलेक्ट्रोड आर्क.

इलेक्ट्रिक आर्क्सचे धोके

1. आर्क्सची उपस्थिती सदोष सर्किट्स डिस्कनेक्ट करण्यासाठी स्विचगियरसाठी वेळ वाढवते आणि पॉवर सिस्टममध्ये शॉर्ट सर्किटची संभाव्यता वाढवते.

2. चाप द्वारे निर्माण होणारे उच्च तापमान संपर्क पृष्ठभाग वितळते आणि बाष्पीभवन करते, ज्यामुळे इन्सुलेशन सामग्री जळून जाते. तेलाने भरलेल्या विद्युत उपकरणांमुळे आग आणि स्फोट यासारखे धोके देखील असू शकतात.

3. इलेक्ट्रिक आर्क्स इलेक्ट्रिक आणि थर्मल फोर्सच्या कृती अंतर्गत हलवू शकतात या वस्तुस्थितीमुळे. शॉर्ट सर्किट आणि दुखापतींना कारणीभूत ठरणे सोपे आहे, ज्यामुळे अपघात वाढतात.

सहा extinguishing चाप तत्त्व

1. चाप तापमान

कंस थर्मल आयनीकरणाद्वारे राखला जातो आणि कमानीचे तापमान कमी केल्याने थर्मल आयनीकरण कमकुवत होऊ शकते आणि नवीन चार्ज केलेल्या आयनांची निर्मिती कमी होऊ शकते. त्याच वेळी, ते चार्ज केलेल्या कणांचा वेग देखील कमी करते आणि संमिश्र प्रभाव वाढवते. कंस वेगाने लांब करून, वायू किंवा तेलाने कंस फुंकून किंवा घन माध्यमाच्या पृष्ठभागाच्या संपर्कात कंस आणून, कमानीचे तापमान कमी करता येते.

2. माध्यमाची वैशिष्ट्ये

ज्या माध्यमात चाप जळतो त्या माध्यमाची वैशिष्ट्ये चापमधील पृथक्करणाची ताकद निश्चित करतात. थर्मल चालकता, उष्णता क्षमता, थर्मल फ्री तापमान, डायलेक्ट्रिक सामर्थ्य इत्यादींचा समावेश आहे.

3. गॅस माध्यमाचा दाब

वायू माध्यमाचा दाब चापच्या पृथक्करणावर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पाडतो. कारण वायूचा दाब जितका जास्त तितका कंसातील कणांची एकाग्रता जास्त, कणांमधील अंतर जितके कमी तितके संमिश्र परिणाम अधिक मजबूत आणि कंस विझवणे सोपे होईल. उच्च व्हॅक्यूम वातावरणात, टक्कर होण्याची शक्यता कमी होते, ज्यामुळे टक्कर पृथक्करण दाबले जाते, तर प्रसार प्रभाव मजबूत असतो.

4. संपर्क साहित्य

संपर्क सामग्री देखील अलिप्तपणाच्या प्रक्रियेवर परिणाम करते. उच्च-तापमान प्रतिरोधक धातू उच्च वितळण्याचे बिंदू, चांगली औष्णिक चालकता आणि संपर्क म्हणून मोठी उष्णता क्षमता वापरताना, ते कंसमधील गरम इलेक्ट्रॉन आणि धातूच्या बाष्पांचे उत्सर्जन कमी करते, जे चाप विझवण्यासाठी फायदेशीर आहे.

चाप विझवण्याची पद्धत

1. चाप विझवण्यासाठी माध्यम वापरा

आर्क गॅपची अलिप्तता मुख्यत्वे चापभोवती विझवणाऱ्या माध्यमाच्या वैशिष्ट्यांवर अवलंबून असते. सल्फर हेक्साफ्लोराइड वायू हे मजबूत विद्युत ऋणात्मकता असलेले उत्कृष्ट चाप विझवणारे माध्यम आहे. हे त्वरीत इलेक्ट्रॉन शोषून घेते आणि स्थिर ऋण आयन तयार करू शकते, जे पुनर्संयोजन आणि आयनीकरणासाठी अनुकूल आहे. त्याची चाप विझविण्याची क्षमता हवेपेक्षा 100 पट अधिक मजबूत आहे; व्हॅक्यूम (0.013Pa पेक्षा कमी दाब) देखील चाप विझवण्याचे एक चांगले माध्यम आहे. व्हॅक्यूममध्ये तटस्थ कणांच्या कमी संख्येमुळे, ते आदळणे आणि वेगळे करणे सोपे नाही आणि व्हॅक्यूम प्रसार आणि पृथक्करणासाठी अनुकूल आहे. त्याची चाप विझविण्याची क्षमता हवेपेक्षा सुमारे 15 पट अधिक आहे.

2. चाप फुंकण्यासाठी गॅस किंवा तेल वापरा

चाप फुंकल्याने चाप अंतरामध्ये चार्ज केलेल्या कणांचे प्रसरण आणि थंड पुनर्संयोजन होते. हाय-व्होल्टेज सर्किट ब्रेकर्समध्ये, वायू किंवा तेलाचा प्रचंड दाब निर्माण करण्यासाठी आणि आर्क गॅपच्या दिशेने जबरदस्तीने फुंकण्यासाठी आर्क एक्सटिंग्युशिंग चेंबर स्ट्रक्चर्सचे विविध प्रकार वापरले जातात. चाप उडवण्याचे दोन मुख्य मार्ग आहेत: उभ्या फुंकणे आणि क्षैतिज फुंकणे. उभ्या फुंकणे म्हणजे कमानीच्या समांतर वाहणारी दिशा, ज्यामुळे चाप पातळ होतो; क्षैतिज फुंकणे म्हणजे वाहणारी दिशा कंसला लंब असते, जी कंस लांब करते आणि कापते.

3. चाप विझवणारे संपर्क म्हणून विशेष धातूची सामग्री वापरा

उच्च-तापमान प्रतिरोधक धातूंचा उच्च वितळण्याचे बिंदू, थर्मल चालकता आणि संपर्क सामग्री म्हणून मोठ्या उष्णता क्षमतेचा वापर केल्याने विद्युत आर्क्समध्ये गरम इलेक्ट्रॉन आणि धातूच्या वाफांचे उत्सर्जन कमी होऊ शकते, त्यामुळे आयनीकरण दाबण्याचा प्रभाव साध्य होतो; एकाच वेळी वापरल्या जाणाऱ्या संपर्क सामग्रीला चाप आणि वेल्डिंगसाठी उच्च प्रतिकार देखील आवश्यक आहे. सामान्य संपर्क सामग्रीमध्ये तांबे टंगस्टन मिश्र धातु, चांदीचे टंगस्टन मिश्र धातु इ.

4. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक आर्क फुंकणे

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फोर्सच्या क्रियेखाली इलेक्ट्रिक चाप फिरण्याच्या घटनेला इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक ब्लोइंग आर्क म्हणतात. सभोवतालच्या माध्यमात कमानीच्या हालचालीमुळे, त्याचा हवा वाहण्यासारखाच प्रभाव पडतो, त्यामुळे चाप विझवण्याचा उद्देश साध्य होतो. ही चाप विझवण्याची पद्धत कमी-व्होल्टेज स्विचगियरमध्ये अधिक प्रमाणात वापरली जाते.

5. घन माध्यमाच्या अरुंद स्लिटमध्ये कंस हलवा

या प्रकारच्या चाप विझविण्याच्या पद्धतीला स्लिट आर्क एक्टिंग्युशिंग असेही म्हणतात. माध्यमाच्या अरुंद स्लिटमध्ये कमानाच्या हालचालीमुळे, एकीकडे, ते थंड होते, जे आयनीकरण प्रभाव वाढवते; दुसरीकडे, चाप वाढवला जातो, चाप व्यास कमी होतो, कमानीचा प्रतिकार वाढतो आणि चाप विझतो.

6. लांब चाप लहान आर्क्समध्ये विभक्त करा

जेव्हा कंस धातूच्या ग्रिडच्या एका ओळीतून लंबवत जातो तेव्हा लांब कंस अनेक लहान कमानींमध्ये विभागला जातो; शॉर्ट आर्क्सचा व्होल्टेज ड्रॉप मुख्यतः एनोड आणि कॅथोड प्रदेशात येतो. प्रत्येक सेगमेंटमध्ये कंस ज्वलन राखण्यासाठी आवश्यक असलेल्या किमान व्होल्टेज थेंबांची बेरीज लागू केलेल्या व्होल्टेजपेक्षा जास्त आहे याची खात्री करण्यासाठी ग्रिडची संख्या पुरेशी असल्यास, चाप स्वतःच विझून जाईल. याव्यतिरिक्त, AC प्रवाह शून्य ओलांडल्यानंतर, जवळच्या कॅथोड प्रभावामुळे, प्रत्येक चाप अंतराची डायलेक्ट्रिक ताकद अचानक 150-250V पर्यंत वाढते. शृंखलामध्ये अनेक कंस अंतरांचा वापर करून, उच्च डायलेक्ट्रिक ताकद मिळवता येते, ज्यामुळे चाप शून्य क्रॉसिंगवर विझल्यानंतर पुन्हा प्रज्वलित होणार नाही.

7. मल्टी फ्रॅक्चर आर्क एक्सटिंग्युशिंगचा अवलंब करा

हाय-व्होल्टेज सर्किट ब्रेकरचा प्रत्येक टप्पा दोन किंवा अधिक ब्रेकसह मालिकेत जोडलेला असतो, ज्यामुळे प्रत्येक ब्रेकमुळे होणारा व्होल्टेज कमी होतो आणि कॉन्टॅक्ट ब्रेकिंगचा वेग दुप्पट होतो, ज्यामुळे कंस लवकर लांब होतो आणि चाप विझवण्यास फायदा होतो.

8. सर्किट ब्रेकर संपर्कांच्या पृथक्करण गतीमध्ये सुधारणा करा

चाप लांबवण्याचा वेग सुधारला, जो चाप थंड करणे, पुनर्संयोजन आणि प्रसारासाठी फायदेशीर आहे.