Přerušování obvodu

Definice spínače

Spínač se definuje jako zařízení, které otevírá a zavírá elektrické kontakty k ochraně obvodů před poruchami.

Proto musí spínače fungovat spolehlivě bez jakéhokoli zpoždění. Pro zajištění této spolehlivosti je provozní mechanismus složitější, než by se na první pohled zdálo. Vzdálenost a rychlost pohyblivých kontaktů během otevírání a zavírání jsou klíčovými návrhovými parametry spínačů.

Kontaktní mezera, cesta pohyblivých kontaktů a jejich rychlost jsou určeny typem stlačujícího média, proudovým a napěťovým rozsahem spínače. Typický provoz spínače je znázorněn v charakteristickém grafu.

V grafu osa X reprezentuje čas v milisekundách a osa y reprezentuje vzdálenost v milimetrech.

Nechť v čase T0 proud začne protékat uzavíracím cívkem. Po čase T1 pohyblivý kontakt začne cestovat směrem k pevnému kontaktu. V čase T2 pohyblivý kontakt dotkne pevného kontaktu. V čase T3 pohyblivý kontakt dosáhne své uzavřené pozice. T3 – T2 je přetížení těchto dvou kontaktů (pohyblivého a pevného). Po čase T3 pohyblivý kontakt trochu odražen a pak znovu dosáhne své pevné uzavřené pozice po čase T4.

Nyní přejdeme k provozu vyhazovacího mechanismu. Nechť v čase T5 proud začne protékat vyhazovacím cívkem spínače. V čase T6 pohyblivý kontakt začne cestovat zpět pro otevření kontaktů. Po čase T7 pohyblivý kontakt konečně oddělí pevný kontakt. Čas (T7 – T6) je překryvový čas.

Nyní v čase T8 pohyblivý kontakt se vrátí do své konečné otevřené pozice, ale zde nebude v klidové poloze, protože bude nějaká mechanická oscilace pohyblivého kontaktu před dosažením jeho konečné klidové pozice. V čase T9 pohyblivý kontakt konečně dosáhne své klidové pozice. To platí pro oba standardní i dálkově ovládané spínače.

Požadavky na otevírání spínače

Spínač by měl rychle otevřít, aby omezil erozi kontaktů a okamžitě přerušil vadný proud. Nicméně, cesta pohyblivého kontaktu je také určena potřebou udržovat dostatečnou kontaktní mezeru, která odolá normálním dielektrickým stresům a bleskovému impulsu napětí, když je spínač otevřen.

Potřeba přenášení kontinuálního proudu a odolávání období oblouku ve spínači, vyžaduje použití dvou sad kontaktů paralelně: primární kontakt, který je vždy vyroben z materiálů s vysokou vodivostí, jako je měď, a obloukový kontakt, vyroben z materiálů odolných vůči oblouku, jako je wolfram nebo molibden, který má mnohem nižší vodivost než primární kontakty.

Během operace otevírání spínače, primární kontakty otevírají před obloukovými kontakty. Avšak kvůli rozdílu v elektrickém odporu a induktanci elektrických cest primárních a obloukových kontaktů, je potřeba určité času k dosažení celkové komutace proudu, tj. z primárních nebo hlavních kontaktů do větve obloukových kontaktů.

Když pohyblivý kontakt začne cestovat z uzavřené pozice do otevřené pozice, kontaktní mezera postupně roste a po určitém čase dosáhne kritické kontaktní pozice, která naznačuje minimální vodivou mezeru potřebnou k prevenci opětovného oblouku po následujícím nulovém proudu.

Zbývající část cesty je potřebná pouze k udržení dostatečné dielektrické síly mezi kontaktní mezerou a pro účely dekelerace.

Požadavky na zavírání spínače

Během operace zavírání spínače jsou požadovány následující:

Pohyblivý kontakt musí cestovat k pevnému kontaktu dostatečnou rychlostí, aby se zabránilo předobloukovému jevu. Jak se kontaktní mezera zmenšuje, může oblouk začít před tím, než jsou kontakty konečně zavřeny.

Během zavírání kontaktů je prostředí mezi kontakty nahrazeno, proto je třeba poskytnout dostatečnou mechanickou sílu během této operace spínače, aby se stlačilo dielektrické médium v obloukové komoře.

Po zásahu pevného kontaktu se pohyblivý kontakt může odrazit zpět kvůli odpuzující síle, což není žádoucí. Proto je třeba poskytnout dostatečnou mechanickou energii, aby se překonala odpuzující síla způsobená zavíráním při poruše.

V mechanismu pružina-pružina je obvykle pružina pro vyhazování nebo otevírání nabíjená během operace zavírání. Proto je třeba poskytnout dostatečnou mechanickou energii k nabíjení pružiny pro otevírání.