Przerzutnik

Definicja wyłącznika

Wyłącznik definiuje się jako urządzenie, które otwiera i zamyka kontakty elektryczne, aby chronić obwody przed uszkodzeniami.

Dlatego wyłączniki muszą działać niezawodnie bez żadnych opóźnień. Aby zapewnić tę niezawodność, mechanizm działania jest bardziej skomplikowany, niż mogłoby na pierwszy rzut oka wyglądać. Odległość i prędkość ruchu kontaktów podczas otwierania i zamykania są kluczowymi parametrami projektowymi dla wyłączników.

Przerwa kontaktowa, droga pokonywana przez poruszające się kontakty oraz ich prędkość są określone przez rodzaj środka gaszącego łuk, nominalną wartość prądu i napięcia wyłącznika. Typowe działanie wyłącznika jest przedstawione na charakterystycznej krzywej.

Na wykresie oś X reprezentuje czas w milisekundach, a oś Y odległość w milimetrach.

Przyjmijmy, że w chwili T0 prąd zaczyna płynąć przez cewkę zamykającą. Po czasie T1 poruszający się kontakt zaczyna się przemieszczać w kierunku stałego kontaktu. W chwili T2 poruszający się kontakt dotyka stałego kontaktu. W chwili T3 poruszający się kontakt osiąga swoje zamknięte położenie. Okres między T3 a T2 to okres przeciążenia tych dwóch kontaktów (poruszającego się i stałego). Po czasie T3 poruszający się kontakt odbija się nieco, a następnie ponownie wraca do swojego ustalonego zamkniętego położenia, po czasie T4.

Teraz przejdźmy do operacji wyłączania. Przyjmijmy, że w chwili T5 prąd zaczyna płynąć przez cewkę wyłączającą wyłącznika. W chwili T6 poruszający się kontakt zaczyna się przemieszczać wstecz, aby otworzyć kontakty. Po czasie T7, poruszający się kontakt ostatecznie odłącza stały kontakt. Czas (T7 – T6) to okres nakładania się.

W chwili T8 poruszający się kontakt wraca do swojego ostatecznego otwartego położenia, ale tutaj nie będzie on w pozycji spoczynkowej, ponieważ wystąpi pewna oscylacja mechaniczna poruszającego się kontaktu przed osiągnięciem ostatecznej pozycji spoczynkowej. W chwili T9 poruszający się kontakt ostatecznie dochodzi do swojej pozycji spoczynkowej. To dotyczy zarówno standardowych, jak i zdalnie sterowanych wyłączników.

Wymagania dotyczące operacji otwierania wyłącznika

Wyłącznik powinien szybko otwierać się, aby ograniczyć erozję kontaktów i natychmiastowo przerwać bieżący prąd awaryjny. Jednak droga pokonywana przez poruszający się kontakt jest również określona przez potrzebę utrzymania wystarczającej przerwy kontaktowej, aby sprostać normalnym naprężeniom dielektrycznym i napięciom impulsowym błyskawicznym, gdy wyłącznik jest otwarty.

Konieczność przeprowadzania ciągłego prądu i stawiania czoła okresowi łuku w wyłączniku sprawia, że niezbędne jest użycie dwóch zestawów kontaktów równolegle: pierwotnego kontaktu, który zawsze wykonany jest z materiałów o wysokiej przewodności, takich jak miedź, oraz kontaktu łukowego, wykonanego z odpornych na łuk materiałów, takich jak wolfram lub molibden, które mają znacznie niższą przewodność niż pierwotne kontakty.

Podczas operacji otwierania wyłącznika, pierwotne kontakty otwierają się przed kontaktami łukowymi. Jednak ze względu na różnicę w oporze elektrycznym i indukcyjności dróg elektrycznych pierwotnych i kontaktów łukowych, wymagany jest skończony czas, aby osiągnąć całkowitą komutację prądu, tj. z kontaktów głównych do gałęzi kontaktów łukowych.

Więc kiedy poruszający się kontakt zaczyna się przemieszczać z zamkniętego położenia do otwartego, przerwa kontaktowa stopniowo zwiększa się, a po pewnym czasie osiągane jest krytyczne położenie kontaktu, które wskazuje minimalną przestrzeń izolacyjną niezbędną do zapobieżenia ponownemu łukowi po kolejnym zerowaniu prądu.

Pozostała część drogi jest wymagana tylko do utrzymania wystarczającej siły dielektrycznej między przerwą kontaktową i do celów hamowania.

Wymagania dotyczące operacji zamykania wyłącznika

Podczas operacji zamykania wyłącznika wymagane są następujące czynności:

Poruszający się kontakt musi przemieszczać się w kierunku stałego kontaktu z wystarczającą prędkością, aby zapobiec zjawisku przedwczesnego łuku. Gdy przerwa kontaktowa zmniejsza się, łuk może zacząć się przed ostatecznym zamknięciem kontaktów.

Podczas zamykania kontaktów, środek między kontaktami jest zastępowany, więc należy dostarczyć wystarczającą moc mechaniczną podczas tej operacji wyłącznika, aby skompresować środek dielektryczny w komorze łukowej.

Po uderzeniu w stały kontakt, poruszający się kontakt może odbić się w wyniku siły odpychającej, co jest wcale niepożądane. Dlatego należy dostarczyć wystarczającą energię mechaniczną, aby przezwyciężyć siłę odpychającą podczas operacji zamykania na uszkodzeniu.

W mechanizmie sprężyna-sprężyna, zazwyczaj sprężyna wyłączająca jest ładowana podczas operacji zamykania. Dlatego należy dostarczyć wystarczającą energię mechaniczną, aby naładować sprężynę wyłączającą.