Tắt hồ quang trong máy cắt là một quá trình quan trọng nhằm đảm bảo an toàn điện và độ tin cậy của hệ thống , đặc biệt là trong các máy cắt loại nhỏ (MCB ) được sử dụng trong các ứng dụng điện áp thấp.
Trong thời gian gián đoạn ngắn mạch , việc tách các tiếp điểm sẽ tạo ra hồ quang điện. Hồ quang này rất năng động và bị ảnh hưởng bởi lực điện từ, hình dạng máng hồ quang và thiết kế vật liệu..
Hiểu cách máng hồ quang dập tắt hồ quang là điều cần thiết để cải thiện hiệu suất, độ bền và khả năng bảo vệ của bộ ngắt mạch.
Khi một vòng cung được hình thành, dòng điện chạy qua nó sẽ tạo ra một từ trường. Hồ quang hoạt động giống như một dây dẫn mang dòng điện và được điều khiển bởi lực Lorentz :
F = Tôi × B
Lực này làm cho hồ quang chuyển động, điển hình là về phía máng hồ quang , nơi hồ quang có thể bị kéo dài ra, làm nguội và tắt đi.
Do sự phân bố từ trường không đồng đều , hồ quang chịu một lực định hướng dẫn nó vào cấu trúc máng hồ quang.
Thiết kế máng hồ quang là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong việc dập tắt hồ quang. Nó xác định cách vòng cung được nắm bắt, dẫn hướng, kéo dài và phân đoạn.
Trong máy cắt điện xoay chiều, các rãnh hình chữ U hoặc hình chữ V thường được sử dụng ở lối vào máng hồ quang.
Cải thiện khả năng chụp vòng cung ở lối vào
Thúc đẩy kéo dài hồ quang
Cho phép tách hồ quang giữa các tấm chia
Thêm một khe trung tâm giúp tăng cường kiểm soát hồ quang:
Cải thiện độ ổn định của hướng dẫn hồ quang
Đảm bảo độ giãn dài hồ quang được kiểm soát trước khi tách
Cung cấp hiệu suất ổn định trong các điều kiện hiện tại khác nhau
Việc dập tắt hồ quang DC khó khăn hơn do không có dòng điện cắt ngang điểm 0.
Buộc một đường vòng cung zig-zag
Tăng chiều dài hồ quang và điện áp hồ quang
Thúc đẩy phân đoạn hồ quang sớm
Giảm độ ổn định của hồ quang để dập tắt nhanh hơn
Các công cụ mô phỏng như ANSYS cho thấy lực điện từ ảnh hưởng như thế nào đến hoạt động của hồ quang trong quá trình gián đoạn.
Tại thời điểm các điểm tiếp xúc tách ra, hồ quang chịu một lực hướng lên về phía lối vào máng hồ quang.
Từ trường không đồng đều do hình dạng dây dẫn và vật liệu sắt từ
Mật độ từ thông cao hơn xuất hiện gần các khúc cua và lối vào máng hồ quang
Lực Lorentz sinh ra đẩy hồ quang vào máng hồ quang
Khi vị trí cung thay đổi:
Phân bố từ thông thay đổi
Vectơ lực tác dụng lên hồ quang thay đổi
Tuy nhiên, hiệu quả tổng thể vẫn nhất quán:
Hồ quang liên tục được dẫn vào máng hồ quang, nơi nó được kéo dài và phân đoạn cho đến khi tắt hẳn.
Thử nghiệm ngắn mạch giúp xác nhận hiệu suất dập tắt hồ quang trong máy cắt.
Các phép đo điển hình bao gồm:
Dòng điện ngắn mạch
Điện áp phục hồi thoáng qua (TRV)
Các mô hình xói mòn máng hồ quang
Thời gian cắt: 3.0 ms, dòng điện: 3670 A
→ Năng lượng hồ quang cao, dao động mạnh, xói mòn nghiêm trọng
Thời gian cắt: 3,0 ms, dòng điện: 2790 A
→ Chuyển và phân đoạn hồ quang thường xuyên, xói mòn cục bộ
Thời gian cắt: 2,8 ms, dòng điện: ~2790 A
→ Hành vi hồ quang mượt mà hơn, xói mòn đồng đều hơn
Thời gian cắt: 3,0 ms, dòng điện: 2810 A
→ Gắn hồ quang ổn định, TRV tối thiểu, xói mòn được kiểm soát
Thiết kế máng hồ quang tác động trực tiếp đến hiệu suất dập hồ quang
Hành vi của hồ quang được điều khiển bởi cả lực hình học và lực điện từ
Các rãnh U/V, các khe trung tâm và các khe so le phục vụ các vai trò khác nhau
Mô phỏng và thử nghiệm cùng nhau cải thiện hiệu quả và độ tin cậy của thiết kế bộ ngắt mạch
