Venttso roll vakuumkatkisites

Vakuumpõhjustajate ja kärbepliiatside tutvustus

Tehnoloogilise edasiarenemise ja ülemaailmase soojenemise mure tõttu on vakuukatkujad muutunud oluliseks kaalutluseks elektritehnika valdkonnas.
Tulevikus elektrivõrgud nõuavad üha rangeid nõudeid katkujate lülitamisjõudluse suhtes, eriti kiiremate lülitamiskiiruste ja pikema tööaega. Keskmine jõudlusega katkujad kasutavad laialdaselt vakuumpõhjustajaid (VIs). See on sellepärast, et vakuumi kasutamine lõpetamise keskkonna kui lõpetamise keskkonna andmete osas pakub selle kindla rakendusalaga võrreldes eelistusi. Vakuumpõhjustaja on vakuukatkujate põhiline komponent ja kärbepliiatsid mängivad vakuumpõhjustajates olulist ja tõhusat rolli.

Metallikärbepliiatsid on konstrueeritud nii, et need säilitaksid ülitäpse vakuumpinna ja samal ajal lubaksid liikuvat elektrilist kontakti liikuda põhjustaja kammagas. Kuid vakuumpõhjustaja mehaaniline eluiga on peamiselt piiratud nimega vakuukärbepliiatside poolt. Tulevikus katkujate kontekstis viib kiiremate lülitamiskiiruste jälgimine automaatselt suuremate dünaamiliste impulsiivsete koormuste tekkimiseni. Need koormused võivad põhjustada kärbepliiatside võngumisi suuremates amplituudides, mis sebastes kärbepliiatside eluiga. Lisaks, arvestades tulevikus elektrivõrkudes oodatava lülitamiskordade sageduse tõusu, muutub vakuukärbepliiatside simulatsioon vajalikuks nende disaini optimeerimiseks ja seeläbi vakuumpõhjustajate mehaanilise eluiga parandamiseks.

Kärbepliiatside roll vakuumpõhjustajates

Kärbepliiatsid, tavaliselt valmistatud ohutest teraskilehtedest, on disainitud nii, et need aitaksid kontaktide avamisel ja sulgemisel, hoides samal ajal vakuupinna põhjustaja sees.
Kärbepliiatside väsimiskestus on oluline tegur, mis määrab vakuumpõhjustaja mehaanilise eluiga. Iga kontaktide avamise ja sulgemise operatsioon seab kärbepliiatsid pingele, eriti lähedal olevad kärbmed. Lisaks otseste mehaaniliste pingetele, mida operatsioonidel tekib, kärbepliiatsid kogevad ka post-operaatsioonilisi võngumisi, kui kontaktide liikumine lõppeb. Need võngumised lisavad veel rohkem kärbepliiatside sõrmisele, kiirendades nende ajastamist aja jooksul.
Joonis 1 näitab Sigma-Neticsi ettevõtte toodetud konkreetset tüüpi vakuumpõhjustajate kärbepliiatse.

Joonis 1: Sigma-Neticsi ettevõtte vakuumpõhjustajate kärbepliiatsid

Vakuumpõhjustajate mehaaniline eluiga on oluliselt mõjutatud mitmeid kriitilisi kontaktide liikumisparameetreid:

• Püsiv kontaktide liigutus või vahe: See määrab kontaktide lõhekauguse operatsioonide ajal, millel on mõju elektrilisele isoleerimisele ja lõpetamisvõimele.

• Avamise ja sulgemise kiirus: Kiiremad kiirused võivad parandada lülitamisjõudlust, kuid panustavad ka suuremate dünaamiliste koormuste tekkimisele komponentide, sealhulgas kärbepliiatside, osas.

• Liigutuse dempeering avamise ja sulgemise lõpus: Piisav dempeering on oluline, et vähendada võngumisi ja vähendada kärbepliiatside ja teiste osade mehaanilist pinget.

• Ületungine ja taandumine avamisel: Need fenomenid võivad põhjustada lisarõõmusid kontaktide ja kärbepliiatside osas, võimaldades lühendada nende üldist eluiga.

• Paigalduse paindlikkus: Vakuumpõhjustaja paigaldamise viis võib mõjutada jõudude levikut operatsioonide ajal, mõjutades kärbepliiatside mehaanilist eluiga.

• Ülemäärase kontaktide hüppamine sulgemisel: Liiga palju kontaktide hüppamist võib põhjustada lõpetamise ja kärbepliiatside suurema pingete tekkimise, halvendades nende jõudlust aja jooksul.

Kärbepliiatsid mängivad vakuumpõhjustajates kahte rolli. Nad võimaldavad liikuvat kontakti liikuda, hoides samal ajal vakuupinna. Konstrueeritud terast, tavaliselt umbes 150 µm paksusega, on neid loodud, et taluda raskeid töötingimusi põhjustaja sees. Kolm tüüpi kärbepliiatse on edukalt integreeritud vakuumpõhjustajate disaini:

• Seamless hydroformed kärbepliiatsid: Need on moodustatud ilma nähtavate nahtideta, võimaldades potentsiaalselt paremat täielikkust ja jõudlust.

• Naht-seam welded hydroformed kärbepliiatsid: Valmistatakse nahtide sidumisel pärast hydroformingi, leidvad tasakaalu hinnakriteeriumide ja jõudluse vahel.

• Kärbepliiatsid, mis on valmistatud ohutest teraskilehtedest: Neid valmistatakse ohutest teraskilehtedest sidumisel, pakkudes kuluefektiivset lahendust mõnedele rakendustele.

Kärbepliiatside disaini ja jõudluse üksikasjalikud andmed on saadaval EJMA standardites.

Kärbepliiatsi üks lõpp on vakuumpõhjustaja lõppplatina külge sidetud, teine lõpp on sidetud liikuvale terminaalile ja liigub sellest sammuga, kui kontaktid avanevad ja sulgevad. Vakuumpõhjustajas on kärbepliiatsid alati impulsivses liikumises kontaktide operatsioonide ajal. Liikuv kontakti avamiskiirus võib noorelt 0 m/s kuni kuni 2 m/s vähem kui 100 µs. Kontaktide liigutuse lõpus, kas avamisel või sulgemisel, kärbepliiatside liikuv lõpp jõuab otsesele peatumisele.

Nende avamise-sulgemise operatsioonide sagedus varieerub töötsüklide sõltuvalt. Mõnel juhul võivad need esineda mitmel korral, mõnel teisel on nad haruldased. Kärbepliiatsidele antud liikumine on kaugel ühtsusest, ja on tavaline, et kärbepliiatsid võivad võnguda mitmel korral ühe avamise või sulgemise operatsiooni ajal. Nendele, kes soovivad analüüsida kärbepliiatside liikumist, on arendatud üldine analüütiline lähenemine, et määrata kärbepliiatside dünaamilised pinged impulsivsel liikumisel.

Enamus vakuumpõhjustaja tootjad ostavad oma kärbepliiatseid hea mainega kärbepliiatsitootjatelt ja koostööd tehes saavutavad soovitud kärbepliiatside eluiga. Seda tavaliselt saavutatakse kärbepliiatside integreerimise kaudu praktilisse vakuumpõhjustaja ja mehaaniliste eluiga testide läbiviimise statistiliselt olulise arvu vakuumpõhjustaja näidistega. Weibulli analüüsi abil saab siis määrata vakuumpõhjustajale spetsifilise mehaanilise eluiga. Tavaliselt määrab vakuumpõhjustaja mehaanilise eluiga piir, mitmeid operatsioone kärbepliiatsid suudavad kannatada enne väsimislanguse tekkimist.

Vakuumpõhjustaja mehaanilise testimise ajal on oluline, et kärbepliiatsid oleksid samade töötamisparameetrite all, mida nad kogevad lülitusseadmes. Need parameetrid hõlmavad kogu liigutust (operatsioonilise vahe ja ületung), maksimaalset avamiskiirust, maksimaalset sulgemiskiirust ja kiirenduse ning dekeleratsiooni mõju. Kärbepliiatside testimine vakuumpõhjustaja sees tagab, et see läbib kõiki valmistusprotsesse, mida lõpptoodet kogeb. Näiteks peaks see olema kõikide soojendamise ja jahutamise tsüklite all, mis on vajalikud vakuumpõhjustaja valmistamiseks. Need protsessid anneleerivad kärbepliiatside metalli, muutes selle mikrostruktuuri ja seeläbi muutes selle jõudluse omadusi.

Spetsiifilise kärbepliiatsi mehaaniline eluiga sõltub mitte ainult eelnimetatud töötamisparameetritest, vaid ka selle füüsilistest atribuutidest. Need hõlmavad kasutatud terase tüüpi, selle pikkust, diameetrit, paksust, kärbmade arvu ja selle võimet liigutuse dempeerida, kui kontakt lõpetab liikumise. On võimalik disaineerida kärbepliiatsid, mis suudavad usaldusväärsesti täita enamiku vakuukatkujate ja vakuupanekute vajalikke 30 000 operatsiooni ja isegi ületada 10^6 operatsiooni vakuukontaktorite jaoks. Siiski, kuigi vakuumpõhjustaja tootjad püüavad disaineerida oma tooteid, et vastata erinevate lülitusseadmete määratud mehaanilise eluiga, ei jõua enamik vakuumpõhjustajad väljakutseks määratud mehaanilise eluiga.Vakuumpõhjustajate (VIs) vigade põhjuste kohta rohkem infot leiate vastavast artiklist.

Vakuumpõhjustaja disainer peab võtma ettevaatusabinõusid, et kasutaja ei pöörataks kärbepliiatseid, kui ta paigaldab vakuumpõhjustaja mehhanismi. Pööratud kärbepliiatsi mehaaniline eluiga võib oluliselt langeda, võimalikult alla 1% selle disainitud eluiga. Vakuumpõhjustaja kärbepliiatsidele võimalikult kõrge torke, mille neile enne jäädavat pööret võib anda, on suhteliselt madal, umbes 8.5–11.5 Nm. Kärbepliiatside pööramise vältimiseks peaks disainer sellele lisama pöörete vastase kooru. See kooru võib olla kinnitatud lõppplatina külge. Kooru sisemine pind on kujundatud või sisaldab võtit, et takistada liikuvat kupru terminaali, mis on kärbepliiatsi külge sidetud (nagu näidatud Joonis 2). Kooru materjal võib olla metall või plast nagu Nylatron. Kasutades Nylatroni ja Valoxi kalduvat materjali, tuleb olla ettevaatlik. Need materjalid saavad kasutada ainult rakendustes, kus nende maksimaalne lubatud temperatuur on piiratud. Näiteks Nylatroni puhul on temperatuur, kus selle jõudlus langab 50% 100 000 tunni jooksul umbes 125°C (see võib kandma kõrgemat temperatuuri lühikeseks aja jooksul, kuna see sisaldab klaasvilju), ja Valox DR48 puhul on see umbes 140°C. On ka kallimaid, kõrgema temperatuuriga plastide, nagu “Ultem 2310 R.”

Joonis 2: Pöörete vastaste koorude näited kärbepliiatside kaitseks

Nendele pöörete vastaste koorudele kasutatav materjal on maksimaalne lubatud temperatuur umbes 180°C. See võib kandma lühikeseks aja jooksul (umbes 1 tund) kõrgemat temperatuuri selle limiidi ületamisel ilma oluliste muutusteta.

Kõrgema jõudlusega katkujate puhul, vajalik on pikem kontaktide liigutus. Näiteks 72.5 kV puhul on vaja umbes 40 mm liigutust. Selle pikema liigutuse akomodeerimiseks tuleb kärbepliiatsid proportsionaalselt pikendada. Kuid väga pikad kärbepliiatsid ei avane ja ei sulgenu ühtlaselt. Selle asemel tendeerivad need liikuma ajal kummarduma. Seetõttu võivad kärbepliiatside sisemed kärbmed süüa kupru (Cu) terminaali. See rütm võib oluliselt vähendada kärbepliiatside eluiga.

Selle probleemi lahendamiseks on arendatud spetsialiseeritud kärbepliiatseid, milles on sisemised plaadid. Need plaadid liiguvad Cu terminaalide küljes, vähendades nende sõrmist. Sellise kärbepliiatsi disaini näide on näidatud Joonisel 3.