مقالة واحدة لفهم مراحل فصل الأتصال في قاطع الدائرة الفراغي
مراحل فصل أطراف قاطع الدائرة الفراغي: بدء القوس الكهربائي، إخماد القوس، والاهتزاز
المرحلة الأولى: الفتح الأولي (مرحلة بدء القوس الكهربائي، 0-3 مم)
تؤكد النظرية الحديثة أن مرحلة الفصل الأولي للأطراف (0-3 مم) هي حاسمة لأداء قاطع الدائرة الفراغي في القطع. في بداية فصل الأطراف، ينتقل تيار القوس الكهربائي دائمًا من وضع محدود إلى وضع منتشر - وكلما كان هذا الانتقال أسرع، كان أداء القطع أفضل.
يمكن لثلاثة تدابير تسريع الانتقال من القوس المحدود إلى القوس المنتشر:
تقليل كتلة المكونات المتحركة: أثناء تطوير قواطع الدائرة الفراغية، يساعد تقليل كتلة المشبك الموصل على تقليل القصور الذاتي للمكونات المتحركة. تظهر الاختبارات المقارنة أن هذا النهج يحسن سرعة الفتح الأولي بمختلف الدرجات.
زيادة قوة ربيع الفتح، مع التأكد من أن تكون فعالة خلال المرحلة الأولى من الفتح (0-3 مم).
تقليل المسافة المضغوطة للأطراف (يفضل 2-3 مم)، مما يسمح بربيع الفتح بالبدء في عملية الفصل بأقرب وقت ممكن.
تستخدم قواطع الدائرة التقليدية عادة تصميماً للاتصال بالغرس. تحت تأثير التيار القصير، تسبب القوى الكهرومغناطيسية احتكاك الأطراف بقضيب الموصل بإحكام، مما يؤدي إلى عدم وجود مكون للقوة في اتجاه الحركة. من ناحية أخرى، تستخدم قواطع الدائرة الفراغية واجهة اتصال مستوية. عند حدوث تيار قصير، تعمل القوة الكهرومغناطيسية القوية كقوة دافعة على الأطراف.
وهذا يعني أن فصل الأطراف لا يحتاج إلى الانتظار حتى يتم إطلاق ربيع الضغط بشكل كامل - يحدث الفصل تقريبًا في الوقت نفسه مع حركة العمود الرئيسي (مع تأخير ضئيل أو معدوم). لذلك، مع تقليل المسافة المضغوطة، يمكن أن يعمل ربيع الفتح مبكرًا، مما يعزز سرعة الفتح الأولي. بما أن القوة الدافعة الأولية في هذه المرحلة هي القوة الكهرومغناطيسية الدافعة، فإن الكتلة التي يجب تقليلها تشمل جميع المكونات المتحركة. وبالتالي، فإن التصاميم الهيكلية مثل الآليات المنقسمة أو المجمعة - والتي غالباً ما تتضمن روابط طويلة وكثيرة - غير مناسبة لقواطع الدائرة الفراغية، حيث تعيق تحقيق سرعات فتح أولية عالية.
المرحلة الثانية: إخماد القوس الكهربائي (3-8 مم)
عندما يفصل الأطراف بمقدار 3-4 مم، يكون الانتقال من القوس المحدود إلى القوس المنتشر عادةً قد اكتمل - وهذا هو الوقت الأمثل لإخماد القوس. أكدت الاختبارات الواسعة أن الفجوة المثلى لقطع التيار هي 3-4 مم. إذا حدث الصفر الحالي في هذه النقطة، فإن كثافة بخار المعادن تنخفض بسرعة، وتستعيد قوة العزل عبر الفجوة بسرعة، مما يؤدي إلى قطع ناجح. القوة الدافعة في هذه المرحلة الثانية هي ربيع الفتح.
في النظام الثلاثي الأطوار، إذا حدث إخماد القوس عند الصفر الحالي الأول، فإن زمن القوس يبلغ حوالي 3 مللي ثانية (بالافتراض أن الأطراف تفصل بين صفرين متتاليين للتيار، حيث تكون الفجوة كبيرة بما فيه الكفاية). لتحقيق الإخماد عند فجوة 3-4 مم، يجب أن تكون السرعة المتوسطة للفتح خلال هذه المرحلة 0.8-1.1 م/ث. عند تحويل ذلك إلى القياس الشائع البالغ 6 مم، تكون السرعة المتوسطة المكافئة حوالي 1.1-1.3 م/ث - وهو نطاق مُعتمد على نطاق واسع في قواطع الدائرة الفراغية حول العالم. ومع ذلك، تم الحصول على هذه البيانات من اختبارات التشغيل الميكانيكي تحت ظروف خالية من الحمل. أثناء قطع التيار العالي، تكون السرعة الفعلية للفتح أعلى بكثير بسبب القوة الكهرومغناطيسية الدافعة الإضافية التي تساهم في حركة الأطراف. نتيجة لذلك، في نفس الفترة الزمنية، قد يسافر الطرف المتحرك 6-8 مم.
لتقليل زمن القوس الكهربائي، يجب تطبيق تدابير تخفيف خاصة في المرحلة الثانية لتقليل سرعة قضيب الموصل بسرعة. يجب التحكم بدقة في توقيت تفعيل المخمد الزيتي. تتطلب المرحلة الأولى فصلًا سريعًا، ولكن ربيع الفتح لم يبدأ بعد العمل بالكامل. في المرحلة الثانية، يجب تقليل السرعة - يجب ألا يكون ربيع الفتح قويًا جدًا، وإلا سيمنع تقليل السرعة ويؤدي إلى زيادة زمن القوس الكهربائي ويعقد المرحلة الثالثة.
المرحلة الثالثة: الاهتزاز (8-11 مم)
بسبب الفجوة الصغيرة للأطراف وزمن الفتح القصير في قواطع الدائرة الفراغية، يجب إيقاف الأطراف المتحركة في فترة زمنية قصيرة للغاية. بغض النظر عن طريقة التخفيف المستخدمة، تظل معدلات تغير السرعة عالية، مما يجعل الصدمة الميكانيكية القوية أمرًا لا مفر منه. عادةً ما يستمر الاهتزاز المتبقي لمدة حوالي 30 مللي ثانية. حالياً، تستغرق قواطع الدائرة الفراغية المحلية والدولية حوالي 10-12 مللي ثانية لفصل الطرف المتحرك ودخول منطقة الاهتزاز، بينما يتراوح زمن القوس الكهربائي عادةً بين 12-15 مللي ثانية. بوضوح، تبدأ سطح الاتصال المحترق في التبريد والتصلب فقط بعد دخول منطقة الاهتزاز. هذا الاهتزاز الشديد ينتج بالضرورة عن رش المعادن المصهورة، مما يشكل بروزات حادة على سطح الاتصال ويترك جزيئات معدنية معلقة بين الأطراف - وهي عوامل خارجية رئيسية تساهم في إعادة الإشعال. غالبًا ما لا يتم الكشف بشكل كامل عن هذه العيوب في الاختبارات النوعية المحدودة، مما يؤدي إلى عدم الوعي الكافي بهذه المشكلة لفترة طويلة.
الخاتمة
يجب على مصممي قواطع الدائرة الفراغية الاهتمام الشديد بعملية فصل الأطراف بأكملها. تتضمن الاستراتيجيات الرئيسية: تقليل الكتلة المتحركة، وزيادة سرعة الفتح الأولي، وتقليل السرعة في المرحلة الثانية بسرعة، وتقليل زمن القوس الكهربائي بحيث ينطفئ القوس قبل دخول الأطراف منطقة الاهتزاز. هذا يوفر وقت تبريد كافٍ لسطح الاتصال ويقلل من شدة الاهتزاز. يعزز المخطط الجيد للفصل - الذي يتماشى مع هذه المبادئ الميكانيكية والكهربائية - العمر الخدمي الميكانيكي والكهربائي بشكل كبير، مما يحسن الموثوقية والأداء العام.
