Un article per entendre les fases de separació del contacte en un interruptor de vaciu

Etapes de separació del contacte del disjuntor de buit: Inici de l'arc, extinció de l'arc i oscil·lació

Etapa 1: Obertura inicial (Fase d'inici de l'arc, 0–3 mm)
La teoria moderna confirma que la fase inicial de separació del contacte (0–3 mm) és crítica per al rendiment d'interrupció dels disjuntors de buit. Al començament de la separació del contacte, la corrent de l'arc sempre passa d'un mode restringit a un mode difús—més ràpid sigui aquest canvi, millor serà el rendiment d'interrupció.

Tres mesures poden accelerar la transició d'un arc restringit a un arc difús:

• Reduir la massa dels components mòbils: En el desenvolupament dels disjuntors de buit, reduir la massa de la presa conductora ajuda a disminuir la inèrcia de les parts mòbils. Proves comparatives mostren que aquest enfocament millora la velocitat d'obertura inicial en diversos graus.

• Augmentar la força de la molla d'obertura, assegurant-se que es faci efectiva durant la fase inicial d'obertura (0–3 mm).

• Minimitzar el recorregut de compressió del contacte (idealment 2–3 mm), permetent que la molla d'obertura s'engraneixi en el procés de separació tan aviat com sigui possible.

Els disjuntors tradicionals solen utilitzar un disseny de contactes enclavijats. Sota una corrent de curtcircuït, les forces electromagnètiques fan que els contactes en forma de dit agafin el conductor amb força, resultant en una component de força nul·la en la direcció del moviment. En canvi, els disjuntors de buit utilitzen una interfície de contacte plana. Quan es produeix una corrent de curtcircuït, la forta força electromagnètica actua com una força repel·lent sobre els contactes.

Això significa que la separació del contacte no ha de esperar la total alliberament de la molla de compressió del contacte—la separació ocorre gairebé simultàniament amb el moviment del eix principal (amb un retard mínim o nul). Per tant, amb un recorregut de compressió mínim, la molla d'obertura pot actuar més aviat, augmentant la velocitat d'obertura inicial. Com que la força motriu inicial en aquesta fase és la repulsió electromagnètica, la massa a minimitzar inclou tots els components mòbils. Així, dissenys estructurals com els mecanismes dividits o ensamblats—que sovint involucren llargues i numeroses connexions—no són adequats per als disjuntors de buit, ja que dificulten l'assoliment de velociutats d'obertura inicials elevades.

Etapa 2: Extinció de l'arc (3–8 mm)
Quan els contactes es separen entre 3–4 mm, la transició de l'arc a un mode difús sol estar completada—aquest és el moment òptim per a l'extinció de l'arc. Proves extensives han confirmat que l'interval ideal d'arc per a l'interrupció és de 3–4 mm. Si el zero de corrent ocorre en aquest punt, la densitat de vapor metàl·lic decreix ràpidament, i la resistència dielèctrica a través de l'interval es recupera ràpidament, resultant en una interrupció exitosa. La força motriu en aquesta segona etapa és la molla d'obertura.

En un sistema trifàsic, si l'extinció de l'arc ocorre al primer zero de corrent, el temps d'arc és aproximadament 3 ms (assumint que els contactes es separen a mig camí entre dos zeros de corrent, pel qual temps l'interval és suficientment gran). Per aconseguir l'extinció a un interval de 3–4 mm, la velocitat mitjana d'obertura durant aquesta fase hauria de ser de 0,8–1,1 m/s. Quan es converteix a la mesura habitual de 6 mm, la velocitat mitjana d'obertura equivalent és d'aproximadament 1,1–1,3 m/s—un rang ampliament adoptat pels disjuntors de buit a nivell mundial. No obstant això, aquestes dades s'obtenen de proves d'operació mecànica sense càrrega. Durant l'interrupció de corrents elevades, la velocitat d'obertura real és significativament més alta degut a la força repel·lent electromagnètica addicional que contribueix al moviment dels contactes. Com a resultat, en el mateix període de temps, el contacte mòbil pot desplaçar-se 6–8 mm.

Per a minimitzar el temps d'arc, s'han d'aplicar mesures d'amortigament especials en la segona etapa per reduir ràpidament la velocitat del conductor. El temps d'engranatge del buffer d'oli s'ha de controlar cuidadosament. La primera etapa requereix una separació ràpida, però la molla d'obertura encara no s'ha engranat completament. En la segona etapa, la velocitat s'ha de reduir—la molla d'obertura no ha de ser massa forta, o impedirà la reducció de velocitat, prolongarà el temps d'arc i complicarà la tercera etapa.

Etapa 3: Oscil·lació (8–11 mm)
A causa de l'interval de contacte petit i la durada d'obertura curta en els disjuntors de buit, els contactes en moviment s'han de parar en un temps extremadament curt. Independentment del mètode d'amortigament utilitzat, el ritme de canvi de velocitat roman elevat, fent que el xoc mecànic fort sigui inevitable. La vibració residual sol persistir durant uns 30 ms. Actualment, tant els disjuntors de buit domèstics com els internacionals prenen aproximadament 10–12 ms per a que el contacte mòbil es separe i entri a la zona de vibració, mentre que la durada de l'arc és típicament de 12–15 ms. Es clar que la superfície de contacte fonida localment comença a refredar-se i solidificar-se només després d'entrar a la zona de vibració. Aquesta vibració intensa inevitadament salpica el metall fonit, formant protuberàncies agudes a la superfície del contacte i deixant partícules metàl·liques suspeses entre els contactes—factors externs clau que contribueixen a les reincidències. Aquests errors de disseny sovint no es revelen completament en proves de tipus limitades, portant a una insuficient consciència d'aquest problema durant molt de temps.

Conclusió
Els dissenyadors de disjuntors de buit han de prestar atenció estreta al procés complet de separació del contacte. Les estratègies clau inclouen: reduir la massa mòbil, augmentar la velocitat d'obertura inicial, reduir prontament la velocitat en la segona etapa i minimitzar el temps d'arc perquè l'arc s'extingui abans que els contactes entren a la zona de vibració. Això proporciona temps suficient per a refredar la superfície del contacte i reduir la intensitat de la vibració. Un perfil de separació ben dissenyat—alineat amb aquests principis mecànics i elèctrics—millora significativament la vida útil mecànica i elèctrica, millorant la fiabilitat i el rendiment general.