(a) (b) (c)
Typische openingsvormen bij de inlaat van deïonisatieroosters in booggoten met laagspanningsstroomonderbrekers bepalen het pad van booginvoer, verlenging en splitsing door middel van een geometrisch ontwerp. De drie diagrammen komen respectievelijk overeen met algemene AC- en DC-configuraties:
(a) Standaard U-vormige of V-vormige inkeping (vaak gebruikt voor AC)
De roosterinlaat is ontworpen met een U-vormige of V-vormige inkeping en dient de volgende doeleinden:
● Arc Capture: Vergemakkelijkt boogbevestiging aan de rand van de roosterinlaat, waardoor stabiele bevestigingspunten worden gevormd.
● Initiële boogverlenging: Wanneer de boog door magnetisch of pneumatisch blazen uit het contactgebied wordt geduwd, strekt deze zich uit langs de rand van de inkeping, waardoor de lengte toeneemt.
● Splitsen tussen rasters: Naarmate de boog dieper gaat, splitst deze zich in meerdere segmenten tussen aangrenzende rasters.
(b) Centrale groef
Op basis van (a) wordt een centrale longitudinale groef toegevoegd bij het midden van de inlaat. De belangrijkste effecten zijn onder meer:
● Booggeleiding: De boog heeft de neiging kathode- en anodevlekken te vormen langs de groefranden.
● Rek vóór splijten: De boog wordt gedwongen zich eerst langs de centrale groef naar boven uit te strekken voordat hij zich tussen de roosters splitst.
● Verbeterde ingangsconsistentie: Verbetert de "vastlegrobuustheid" voor bogen met verschillende stroomamplitudes en -posities.
(c) Verspringende groeven (vaak gebruikt voor DC)
De inlaat is voorzien van twee verspringende (offset) diagonale of gevorkte groeven. Dit is een typisch DC-boogdoofontwerp: aangezien gelijkstroom geen nuldoorgangspunt heeft, moet de boog snel worden verlengd, gesegmenteerd en moet de spanning worden verhoogd om de systeemspanning voor doven te overschrijden. Belangrijkste effecten:
● Geforceerd Z-vormig pad: De boog wordt gedwongen om de bevestigingspunten en richting bij de inlaat te veranderen, wat overeenkomt met het meerdere keren vouwen vóór de ingang, waardoor de lengte aanzienlijk toeneemt.
● Bevorderde vroege splitsing: door gespreide groeven kan de boog gemakkelijker tussen aangrenzende rasters springen, waardoor eerder meerdere reeksbogen worden gevormd.
● Onderdrukte boogterugstroom: DC-bogen hebben een hoge stabiliteit; de verspringende structuur vergroot de complexiteit van het pad, waardoor de kans op aanhoudende boogvorming langs een recht pad wordt verkleind.
Wanneer de contacten zich net scheiden en de boogwortel zich vormt, wordt de boog onderworpen aan een duidelijke resulterende kracht F die naar boven gericht is naar de roosterinlaat.
● Blauwe spoelachtige rondingen: Magnetische veldlijnen rond de boogstroom, wat aangeeft dat het magnetische veld rond de boog ongelijk verdeeld is, maar beïnvloed wordt door de geometrie van de geleider en ferromagnetische componenten.
● Kleurgradatie: Vertegenwoordigt de magnetische fluxdichtheid: hoger bij geleiderbochten, nabij spoelen en roosterinlaten.
● Rode Pijlen: Richting van de resulterende kracht op de boog, berekend door ANSYS.
De krachtrichting wordt afgeleid uit F = I × B (Lorentz-krachtwet). De boogstroomrichting volgt het boogkanaal en magnetische veldlijnen vormen asymmetrische gesloten lussen in het booggebied met een duidelijke lokale B-richting en gradiënt. Het I×B-effect duwt de boog dus naar de roosterinlaat, aangegeven door de rode F in het diagram.
Variaties op verschillende posities
Wanneer het equivalente boogstroomkanaal zich op verschillende posities bij de roosterinlaat bevindt, verandert de verdeling van de magnetische fluxdichtheid bij de ferromagnetische roosters en de V-vormige opening, waardoor de boogaandrijvende krachtvector verandert. De algemene trend is echter dat de boog dieper in de V-vormige inkeping wordt geduwd en zich verder splitst tussen de rasters.
● Boog buiten de inlaat
Er zijn kortsluittests uitgevoerd op prototypen van miniatuurstroomonderbrekers om de golfvormen van kortsluitstroom en herstelspanning vast te leggen, die na demontage gecorreleerd waren met ablatiemarkeringen van de booggoot.
● Blauw (CH2): Kortsluitstroomgolfvorm
● Oranje (CH1): Herstelspanning/TRV-golfvorm
(a) Uitschakeltijd: 3,0 ms, uitschakelstroom: 3670 A (maximaal)
De golfvorm is intenser met duidelijke belsignalen na afknotting. De booggoot vertoont ernstige zwarting en ophoping van gesmolten materiaal.
(b) Uitschakeltijd: 3,0 ms, uitschakelstroom: 2790 A
Scherpe pieken en duidelijke beltonen nabij het afknottingspunt weerspiegelen frequente splitsingen en wisselingen. Foto's tonen geconcentreerde ablatie in het bovenste gedeelte.
(c) Uitschakeltijd: 2,8 ms, uitschakelstroom: 2820 A
Stroomonderdrukking en afkapping zijn vloeiender bij continue splitsing. De ablatie is uniform en overmatige nodulatie op één punt wordt vermeden.
(d) Uitschakeltijd: 3,0 ms, uitschakelstroom: 2810 A
Typisch proces van het betreden van de splitsingszone en het voltooien van de afknotting met vrijwel geen TRV. De boog hecht zich stabiel in het bovenste gedeelte, wat resulteert in duidelijke nodulatie in het bovenste gedeelte, maar geen overmatige algehele ablatie.
De geometrische vorm van de booginlaat bepaalt het initiële pad van de boog na het binnenkomen in de boogkamer:
● U-vormige/V-vormige inkepingen: voor boogvangst en -geleiding.
● Centrale groef: verbetert de consistentie van de begeleiding.
● Verspringende groeven: voor vroege rek en splitsing van meerdere segmenten onder gelijkstroomomstandigheden.
ANSYS-simulatieresultaten worden wederzijds geverifieerd met daadwerkelijke testgegevens, waardoor de moeilijkheidsgraad en de tijd die nodig is voor de ontwikkeling tot op zekere hoogte worden verminderd.
Bij XUCKY vertrouwen onze MCCB's/MCB's/ACB's op een geoptimaliseerd booggootontwerp om toonaangevende veiligheid te leveren.
Bezoek onze website voor een gedetailleerde technische gids –www.xucky.comen volg ons voor meer elektrotechnische inzichten.
