Oplossingsprincipe voor hoogspanningsvacuümonderbreker

Verhoging van de dielektrische sterkte in vacuümgaten voor hoge-spanningsisolatie
Er zijn voornamelijk twee methoden om de dielektrische sterkte van een vacuümgaat te verhogen om aan de isolatie-eisen bij hoge spanning (HV) te voldoen:

Verhoog de contactafstand in een twee-contactconfiguratie: In een vacuüm is de doorbraak voornamelijk een oppervlakte-effect dat sterk beïnvloed wordt door de staat van de contactoppervlakken. Anders dan bij SF6-gas, waar de doorbraak voornamelijk een volume-effect is dat lineair schaalt met de lengte van het gaat, is de doorbraak in een vacuüm meer afhankelijk van de kwaliteit en de staat van de contactoppervlakken. De dielektrische sterkte in een vacuüm vertoont uitstekende prestaties zelfs bij kleine gaten (2-4 mm), maar neigt geleidelijk naar verzadiging naarmate de lengte van het gaat deze bereik te boven gaat. Daarom kan het verhogen van de contactafstand de dielektrische sterkte versterken, maar alleen tot op zekere hoogte, waarna verdere verhogingen van de gaatlengte minder effectief worden.

Plaats twee of meer gaten in serie (multi-break circuit breakers): Multi-break circuit breakers zijn ontworpen om de spanning gelijkmatig over meerdere gaten te verdelen, waardoor constante prestaties worden gegarandeerd tijdens zowel normaal gebruik als schakelgebeurtenissen. Door twee of meer gaten in serie te plaatsen, kan het benodigde uithoudingsniveau van de spanning worden bereikt met een totale contactafstand die kleiner is dan wat nodig zou zijn met één gaat. Deze aanpak maakt gebruik van het principe van ideale spanningverdeling tussen de gaten, waarbij elk gaat een gelijke portie van de totale spanning draagt. Grading condensatoren worden vaak gebruikt om een uniforme spanningverdeling over alle breaks te garanderen, waardoor de betrouwbaarheid en prestaties van het systeem verder worden verbeterd.

Voordelen van multi-break configuratie:
Kortere totale gaatlengte: Bereikt de benodigde dielektrische sterkte met een kortere totale contactafstand in vergelijking met een single-gap configuratie.
Verbeterde spanningverdeling: Zorgt ervoor dat elk gaat een gelijke deel van de spanning draagt, wat de belasting op individuele contacten vermindert en de algemene systeemstabiliteit verbetert.
Verbeterde betrouwbaarheid: Vermindert de kans op doorbraak door de spanning over meerdere punten te verdelen, waardoor het systeem robuuster is tegen tijdelijke overspanningen.

Samenvattend, hoewel het verhogen van de contactafstand in een twee-contactconfiguratie de dielektrische sterkte in een vacuüm kan verbeteren, is dit beperkt door het verzadigingseffect voor langere gaten. Aan de andere kant biedt het plaatsen van meerdere gaten in serie, vooral in combinatie met grading condensatoren, een efficiëntere en betrouwbaardere manier om de benodigde dielektrische sterkte voor hoge-spanningsapplicaties te bereiken. Deze methode stelt een betere spanningverdeling in de hand en kan de totale contactafstand aanzienlijk verminderen, waardoor het een voorkeurskeuze is voor hoge-spanningsisolatie in multi-break circuit breakers.