لماذا تتمتع قواطع الدائرة الكهربائية المصغرة بالحد الأدنى من الجهد المقنن؟

يمكن لمعظم الناس فهم الحد الأقصى لتصنيف الجهد لـ أ قاطع الدائرة, ولكن مفهوم “الجهد الأدنى” مربك. لماذا لا يمكن لقاطع الدائرة أن يعمل بشكل موثوق تحت جهد معين (مثل 24 فولت تيار مستمر)؟ يرتبط السبب في الواقع بالسلوك الجسدي لقوس التيار المستمر وظروف انقراض القوس.

خصائص وظروف انقراض أقواس التيار المستمر

دعونا نتعرف أولاً على مفهوم كهربائي مهم: نقطة العبور الصفرية.

تشير نقطة العبور الصفرية إلى اللحظة التي يمر فيها تيار التيار المتردد أو جهد التيار المتردد عبر 0، حيث يتغير من الموجب إلى السالب (أو من السالب إلى الموجب). بمعنى آخر، عندما يكون التيار أو الجهد صفرًا، نقول إنه “تجاوز الصفر”.”

التيار المتردد يتغير باستمرار، ويقدم شكل موجة جيبية. على سبيل المثال، طاقة التيار المتردد القياسية هي 220 فولت/50 هرتز:

يرتفع التيار أولاً من 0 إلى قمة موجبة، ثم ينخفض ​​إلى 0، ثم يستمر في الانخفاض إلى قمة سلبية، ثم يرتفع مرة أخرى إلى 0. وفي كل مرة ينتقل من الموجب إلى السالب أو من السالب إلى الموجب، يمر التيار عبر 0، وهي “نقطة عبور الصفر”.”

ما أهمية نقطة العبور الصفرية؟ لأنه عندما يقوم قاطع دائرة التيار المتردد بفصل الدائرة، يتم إنشاء قوس. نظرًا لأن التيار المتردد لديه نقاط عبور صفرية في كل دورة، فإن القوس ينطفئ بشكل طبيعي عند نقطة العبور الصفرية، مما يسهل على قواطع دوائر التيار المتردد مقاطعة التيار.

ومع ذلك، فإن التيار المستمر له اتجاه ثابت ولا يصبح صفرًا تلقائيًا. لذلك، عندما يتم فتح قاطع دائرة التيار المستمر، لا ينطفئ القوس بشكل طبيعي، ويتطلب أجهزة إطفاء القوس الخاصة (مثل التفجيرات المغناطيسية أو مزالق القوس) لمقاطعة التيار.

لماذا يعد الحد الأدنى من الجهد المقنن مهمًا؟

دعونا نشرح أولاً بالتفصيل كيفية إطفاء قوس التيار المستمر.

لإطفاء قوس تيار مباشر، يجب أن يرفع قاطع الدائرة جهد القوس فوق المستوى الذي يمكن أن يوفره مصدر الطاقة. بمجرد استيفاء هذا الشرط، لا يمكن الحفاظ على القوس وسوف ينطفئ بشكل طبيعي.

وفي التطبيقات العملية، يتم تحقيق ذلك عادة من خلال طريقتين:

• إطالة القوس: من خلال زيادة فجوة الاتصال أو استخدام مكثف القوس، يصبح القوس أطول، وبالتالي زيادة جهد القوس
• الحد من التيار: عن طريق زيادة مقاومة الدائرة، تقليل قدرة النظام على الحفاظ على القوس

إذا لم تفهم فلنستخدم مثالا بسيطا للتوضيح:

جهد مصدر الطاقة = 100 فولت

بعد إطالة القوس، فإنه يتطلب 120 فولت لكي يستمر

جهد إمداد الطاقة غير كافٍ ← لا يمكن الحفاظ على القوس ← منطفئ

بالنظر إلى الرسم البياني، يتطلب القوس جهدًا مستدامًا معينًا، ويكون جهد مصدر الطاقة ثابتًا (E). عندما يتم إطالة القوس من H1 إلى H2، يزداد الجهد المطلوب ويتجاوز سعة مصدر الطاقة، وينفصل أيضًا عن جهات الاتصال 1 و 2، وينطفئ في النهاية.

وبغض النظر عن أي طريقتين يتم اعتمادهما للإطفاء، فلا بد من توفر شرط أساسي:

يجب أن يتمتع النظام بجهد كافي لتمكين إطالة القوس والتحكم فيه بشكل فعال.

عودة إلى الموضوع الرئيسي، ما أهمية الحد الأدنى من الجهد المقنن؟ لأنه إذا كان جهد النظام منخفضًا جدًا:

• قد لا تكون الأقواس قادرة على التشكيل بثبات
• لا يمكن توجيه الأقواس إلى هيكل إطفاء القوس
• فرق الجهد لا يكفي لتعطيل الحالة المستقرة للقوس

والنتيجة النهائية هي أن هناك حالات انقراض القوس غير مستقرة أو متكررة أو غير موثوقة.

ولذلك، يقوم DC MCB بتعيين “الحد الأدنى من الجهد المقنن”، بشكل أساسي لضمان أن آلية إطفاء القوس يمكن أن تعمل بشكل طبيعي في ظل ظروف العمل الفعلية.

دعونا نتحدث عن معايير الصناعة والشهادات بعد ذلك.

تشير قواطع الدائرة المصغرة DC بشكل أساسي إلى هذين المعيارين:

1. إيك 60947-2: نقاط الاتصال الرئيسية للتوصيل بالدوائر ذات الجهد المقنن الذي لا يتجاوز 1000 فولت تيار متردد أو 1500 فولت تيار مستمر.
2. إيك 60898-2: جهد التيار المستمر المقدر لا يتجاوز 220 فولت أحادي القطب و440 فولت ثنائي القطب على التوالي، والتيار المقدر لا يتجاوز 125 أمبير، وقدرة كسر الدائرة القصيرة المقدرة للتيار المستمر لا تتجاوز 10000 أمبير.

يمكننا أن نرى أن معايير الصناعة لا تحدد بشكل مباشر “ما هو الحد الأدنى من الجهد الكهربائي”. وذلك لأن الحد الأدنى من الجهد ليس قيمة ثابتة، بل هو “معلمة نتيجة” يتم تحديدها بواسطة التصميم الخاص بقاطع الدائرة.

يعتمد ذلك على عوامل مختلفة، مثل هيكل إطفاء القوس، وفجوة الاتصال، وكثافة الانفجار المغناطيسي، وخصائص المواد. تؤدي أساليب التصميم المختلفة إلى قدرات مختلفة للتحكم في القوس، وبالتالي سيختلف أيضًا الحد الأدنى لجهد التشغيل المقابل.

لا يزال بإمكان بعض قواطع الدائرة أن تعمل بفعالية عند 12 فولت، بينما تتطلب قواطع أخرى 48 فولت أو أعلى لضمان انقطاع مستقر. ولهذا السبب، لا يمكن لمعايير الصناعة وضع لائحة موحدة بشأن “الجهد الأدنى”.”

على الرغم من أن المعيار لا يحدد بشكل مباشر الحد الأدنى من الجهد، إلا أن شرط “إطفاء القوس الموثوق به يجب أن يتحقق عند جهد معين”, يفرض بشكل فعال وجود الحد الأدنى من الجهد.

خاتمة

في الختام، “الحد الأدنى من الجهد المقنن” من أ قاطع الدائرة الكهربائية المصغر DC ليست معلمة غير ضرورية؛ بل هي حالة حاسمة يتم تحديدها بشكل مشترك من خلال مبدأ التحكم في القوس والتصميم الهيكلي. في نظام التيار المستمر، نظرًا لعدم وجود نقطة عبور صفرية طبيعية، بمجرد أن يتشكل القوس، يجب إطفاؤه بواسطة هيكل إطفاء القوس لقاطع الدائرة نفسه.

جوهر هذه العملية هو إطالة القوس وزيادة جهده، مما يجعله يتجاوز الجهد الذي يمكن أن يوفره مصدر الطاقة، وبالتالي منع القوس من الاستمرار. لا يمكن تحقيق هذه الآلية بشكل فعال إلا في ظل ظروف جهد معينة، وهو السبب الأساسي لوجود “الجهد الأدنى”.

علاوة على ذلك، لا تنص معايير الصناعة بشكل مباشر على حد أدنى موحد لقيمة الجهد لأن هذه المعلمة تعتمد على التصميم المحدد للمنتج، مثل تباعد التلامس، وهيكل إطفاء القوس، وإمكانية النفخ المغناطيسي، وخصائص المواد. ولذلك، فإن الحد الأدنى من الجهد المطبق لقواطع الدائرة المختلفة سوف يختلف أيضًا.

لا ينبغي فقط أخذ التيار المقنن والجهد الأقصى في الاعتبار، ولكن يجب أيضًا ضمان نطاق جهد العمل ليتوافق مع سيناريوهات التطبيق الفعلية. فقط في ظل ظروف الجهد المناسبة يمكن القيام بوظيفة الحماية لقاطع الدائرة بشكل حقيقي وموثوق.