الحواجز المادية والتنسيق العازل داخل المصهر
عند الحد الفاصل بين الأجهزة الكهربائية ذات الجهد المنخفض وأنظمة الحماية ذات الجهد العالي، تُعدّ الخصائص الفيزيائية للقوس الكهربائي دائمًا من الاعتبارات التصميمية الأساسية. يمكن أن يؤدي استخدام مصهر ذي عطل مؤقت إلى استطالة القوس الكهربائي وتبريده، وهي عملية تُعتبر في جوهرها إعادة بناء هندسية وتدخلًا ديناميكيًا حراريًا لقناة البلازما. عندما يتبخر المعدن المنصهر تحت تأثير تيار العطل، يتشكل قوس كهربائي أولي بسرعة، وتزداد موصليته بشكل أُسّي مع ارتفاع درجة الحرارة. عند هذه النقطة، لا تتمثل المهمة الأساسية لنظام إخماد القوس في مكافحة الطاقة، بل في تغيير شكل القوس وبيئته.
إعادة بناء المقياس الفيزيائي: الاستطالة والتجزئة
يُحدد طول القوس الكهربائي مباشرةً الجهد المطلوب لاستمرار احتراقه. في التصاميم التي تحدّ من التيار، يتم تمديد عمود القوس ميكانيكيًا عن طريق زيادة فجوة التلامس بسرعة أو باستخدام قوة كهرومغناطيسية لتحريك القوس.
إعادة بناء المقياس الفيزيائي: الاستطالة والتجزئة
يُحدد طول القوس الكهربائي الجهد المطلوب لاستمرار احتراقه. في التصاميم التي تحدّ من التيار، يتم تمديد عمود القوس ميكانيكيًا عن طريق زيادة فجوة التلامس بسرعة أو باستخدام قوة كهرومغناطيسية لتحريك القوس.
في هياكل التلامس من نوع الجسر، يؤثر المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المار في دائرة التلامس على القوس الكهربائي، وتدفعه القوة الكهرومغناطيسية إلى التحرك بسرعة نحو الخارج.
يطول مسار القوس الكهربائي قسرًا، وبالتالي تنخفض شدة المجال الكهربائي لكل وحدة طول.
تستخدم بعض المصهرات شبكات معدنية لتقسيم القوس الممتد إلى عدة أجزاء قصيرة.
يتطلب كل جزء قصير من القوس انخفاضًا في جهد الكاثود للحفاظ عليه. يؤدي هذا التأثير التراكمي للجهد إلى زيادة كبيرة في إجمالي جهد القوس المطلوب حتى يتجاوز قدرة مصدر الطاقة على تحمله.
تحسين التلامس العازل: التبريد والتحويل
قد يؤدي إطالة القوس الكهربائي دون تبريد مصاحب إلى بقائه متأينًا داخل القناة الطويلة. وهنا يأتي دور رمل الكوارتز أو المادة المولدة للغاز التي تملأ المصهر.
تستفيد الهياكل المملوءة برمل الكوارتز من المساحة السطحية النوعية الكبيرة للجسيمات الدقيقة؛ فعندما يشتعل القوس داخلها، يمتص الحشو الحرارة بسرعة. يتسرب بخار المعدن إلى الفراغات بين جزيئات الرمل، مما يُسبب انخفاضًا حادًا في درجة حرارة بلازما القوس الكهربائي ويُثبط التأين الحراري.
في الصمامات ذات التدفق المتقطع أو المولدة للغاز، تتحلل المادة المولدة للغاز على الجدار الداخلي لأنبوب الصمام عند درجات حرارة عالية، مُطلقةً كميات كبيرة من الهيدروجين وغازات أخرى.
يُضخ تيار غاز عالي الضغط محوريًا على طول الأنبوب، لا ينقل الحرارة فحسب، بل يحل أيضًا محل الوسط المؤين في فجوة القوس الكهربائي.
يُؤدي الاستطالة إلى انخفاض جهد القوس الكهربائي، بينما يُفقد التبريد القوس الطاقة اللازمة للحفاظ على التأين. تتضافر هاتان القوتان داخل الحيز المحدود للصمام، مما يُصعّب إعادة اشتعال القوس عند انقطاع التيار.
