ولتاژ بالا و تولید آن

ولتاژ بالا یک پتانسیل الکتریکی به اندازه کافی بزرگ است که باعث آسیب یا آسیب می شود. در برخی از صنایع ولتاژ بالا به ولتاژ بالاتر از آستانه خاص اشاره دارد. تجهیزات و هادی های حامل ولتاژهای بالا به الزامات ایمنی خاص و رویه ها نیاز دارند.ولتاژ بالا برای توزیع انرژی ، لوله های اشعه کاتدی ، تولید اشعه ایکس و پرتوهای ذرات ، تولید قوس های برقی ، برای احتراق ، لوله های فوتومپیپیر ، لوله های خلاء تقویت کننده قدرت بالا و سایر کاربردهای صنعتی ، نظامی و علمی.

تعریف

تعریف عددی ولتاژ بالا به متن بستگی دارد. دو فاکتورهای در نظر گرفته شده هنگام طبقه بندی ولتاژ به عنوان ولتاژ بالا پتانسیل ایجاد جرقه در هوا هستند و در صورت لمس یا نزدیک شدن خطر شوک.کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک و همتایان ملی آن (IET ، IEEE ، VDE و غیره) ولتاژ بالا را به عنوان AC بالاتر از 1000 ولت و DC حداقل 1500 ولت تعریف می کنند.در ایالات متحده ، موسسه استاندارد ملی آمریکا (ANSI) رتبه بندی ولتاژ اسمی را برای 60 هرتز سیستم الکتریکی بالاتر از 100 ولت تعیین می کند. به طور خاص ، ANSI C84.1-2020 ولتاژ بالا را به عنوان 115 کیلو ولت به 230 کیلو ولت ، ولتاژ فوق العاده 345kV تعریف می کند. به 765 کیلو ولت ، و ولتاژ فوق العاده بلند به عنوان استاندارد 1100kV British BS 7671: 2008 ولتاژ بالایی را بین هادی های بالاتر از 1000 VAC یا 1500 ولت جریان مستقیم غیر ریپل یا هرگونه اختلاف ولتاژ بین یک هادی و زمین بیشتر از 600 VAC یا 900 تعریف می کند. v جریان مستقیم غیر موج دار.در برخی از حوزه های قضایی ، برق فقط برای کلاس های ولتاژ خاص مجوز داده می شود. به عنوان مثال ، یک مجوز الکتریکی در یک زیرزمین تخصصی که سیستم های HVAC ، سیستم های هشدار آتش نشانی ، سیستم های CCTV و غیره را نصب می کند. از 30 ولت و ممکن است مجاز به کار بر روی مدارهای ولتاژ اصلی نباشد. عموم مردم ممکن است به مدارهای اصلی خانگی (100 تا 250 VAC) به عنوان بالاترین ولتاژ آنها به طور معمول با ولتاژ بالایی فکر کنند.ولتاژ بیش از حدود 50 ولت اغلب باعث می شود مقدار خطرناک جریان از طریق شخصی که دو نقطه روی مدار را لمس می کند ، جریان یابد ، بنابراین استانداردهای ایمنی برای چنین مدارها محدودتر هستند.در مهندسی خودرو ، ولتاژ بالا به عنوان ولتاژ در محدوده 30 تا 1000 VAC یا 60 تا 1500 VDC تعریف شده است.تعریف ولتاژ فوق العاده بالا (EHV) همچنین به زمینه بستگی دارد. در مهندسی انتقال برق ، EHV به عنوان ولتاژ در محدوده 345،000-765،000 V.in سیستم های الکترونیکی طبقه بندی می شود ، منبع تغذیه ای که بیش از 275،000 ولت را تأمین می کند منبع تغذیه ولتاژ فوق العاده بالا ، و اغلب در آزمایش های فیزیک مورد استفاده قرار می گیرد. ولتاژ شتاب دهنده یک لوله اشعه کاتد تلویزیون را می توان به عنوان ولتاژ فوق العاده بالا یا ولتاژ بالا یا فوق العاده بالا (EHT) در مقایسه با سایر منابع ولتاژ موجود در دستگاه توصیف کرد. منبع تغذیه از 5 کیلو ولت تا حدود 30 کیلو ولت است.

تولید

ولتاژهای درگیر در جرقه استاتیک ، که در شرایط رطوبت کم رایج است ، همیشه بالاتر از 700 ولت است. به عنوان مثال ، جرقه ای از درب خودرو در زمستان می تواند ولتاژ به اندازه 20،000 V باشد.ژنراتورهای الکترواستاتیک مانند ژنراتورهای Van de Graaff و ماشین های Wimshurst می توانند ولتاژهایی را که به یک میلیون ولت نزدیک می شوند تولید کنند ، اما به طور معمول جریانهای کم تولید می کنند. سیم پیچ القایی در اثر بازگرداندن عمل می کند ، و در نتیجه یک ولتاژ بیشتر از نسبت چرخش ولتاژ ورودی است. جریانهای بالاتری نسبت به موتورهای الکترواستاتیک تولید کنید ، اما به دلیل میزان سیم مورد نیاز برای سیم پیچ ثانویه ، هر دو برابر شدن ولتاژ خروجی مورد نیاز وزن را دو برابر می کند. بنابراین ممکن است با اضافه کردن چرخش بیشتر سیم ، آنها را به ولتاژهای بالاتر تبدیل کند. Cockcroft-Walton Multiplier را می توان برای ضرب ولتاژ تولید شده توسط یک سیم پیچ القایی استفاده کرد. از سوئیچ های دیود برای تولید انرژی DC برای شارژ نردبان خازن استفاده می کند. کویل های Tesla از رزونانس استفاده می کنند ، سبک وزن هستند و به نیمه هادی احتیاج ندارند.بزرگترین جرقه ها آنهایی هستند که به طور طبیعی توسط رعد و برق تولید می شوند. یک پیچ رعد و برق منفی به طور متوسط ​​30 تا 50 کیلوپرس حمل می کند ، 5 کولومب بار را حمل می کند و 500 مگالژول انرژی را از بین می برد (معادل 120 کیلوگرم TNT ، یا به اندازه کافی برای روشن کردن 100- لامپ وات لامپ به مدت حدود 2 ماه). هرچند ، یک پیچ رعد و برق مثبت متوسط ​​(از بالای رعد و برق) ممکن است 300 تا 500 کیلو آمپر حمل کند ، تا 300 کولومب شارژ حمل شود ، اختلاف بالقوه حداکثر 1 گیگاوولت (میلیارد میلیارد دلار باشد. ولت) ، و ممکن است 300 GJ انرژی (72 تن TNT یا انرژی کافی برای روشن کردن یک لامپ 100 واتی به مدت 95 سال) از بین برود. حملات رعد و برق منفی معمولاً فقط ده ها میکرو ثانیه است ، اما چندین اعتصاب رعد و برق متداول است. اعتصاب رعد و برق مثبت معمولاً یک رویداد واحد است. به هر حال ، جریانهای اوج بزرگتر ممکن است برای صدها میلی ثانیه جریان داشته باشند و آنها را نسبت به رعد و برق منفی پر انرژی تر می کند.