En artikel for at forstå kontaktseparationsfaserne af en vakuumkredsløbsbryder

Vakuumpåbryderkontaktens separationsfaser: Bueudvikling, buelukning og oscillation

Fase 1: Begyndende åbning (Bueudviklingsfasen, 0-3 mm)
Den moderne teori bekræfter, at den begyndende kontaktseparationsfase (0-3 mm) er kritisk for vakuumpåbryderens afbrydelseskapacitet. Når kontakterne begynder at separere, overgår buestrømmen altid fra en koncentreret tilstand til en udbredt tilstand - jo hurtigere denne overgang, jo bedre er afbrydelseskapaciteten.

Der findes tre foranstaltninger, der kan accelerere overgangen fra en koncentreret til en udbredt bue:

• Reducering af de bevæglige komponenters masse: Under udviklingen af vakuumpåbrydere har reduktionen af ledeklemmens masse hjulpet med at mindske bevægelige delers inerti. Sammenlignende tester viser, at denne metode forbedrer den initielle åbningshastighed i varierende grad.

• Forstærkning af åbningsfjederens kraft, så den bliver effektiv i den tidlige åbningsfase (0-3 mm).

• Minimering af kontaktens komprimeringsforflytning (ideelt 2-3 mm), så åbningsfjederen kan engagere sig i separationsprocessen så tidligt som muligt.

Traditionelle påbrydere anvender typisk et stikkontaktdesign. Under kortslutningsstrøm forårsager elektromagnetiske kræfter, at fingerkontakterne griber strømførende stangen tæt, hvilket resulterer i nul kraftkomponent i bevægelsesretningen. I modsætning hertil bruger vakuumpåbrydere en flad kontaktgrænseflade. Når der opstår kortslutningsstrøm, virker den sterke elektromagnetiske kraft som en afvisende kraft på kontakterne.

Dette betyder, at kontaktseparation ikke behøver vente på, at komprimeringsfjederen fuldt ud løslades - separationen sker næsten samtidig med hovedaksens bevægelse (med minimal eller ingen forsinkelse). Derfor kan åbningsfjederen handle tidligere med minimal komprimeringsforflytning, hvilket forbedrer den initielle åbningshastighed. Da den initielle drevende kraft i denne fase er elektromagnetisk afvisning, inkluderer massen, der skal minimeres, alle bevægelige komponenter. Således er konstruktioner som split-type eller monterede mekanismer - ofte involverende lange og mange ledninger - upassende til vakuumpåbrydere, da de hindrer opnåelsen af høje initielle åbningshastigheder.

Fase 2: Buelukning (3-8 mm)
Når kontakterne er separeret 3-4 mm, er overgangen til en udbredt bue normalt fuldført - dette er det optimale vindue for buelukning. Udførlige tester har bekræftet, at det ideelle bueafstand for afbrydelse er 3-4 mm. Hvis strøm-nul optræder på dette punkt, falder metalvapornettet hastigt, og dielektriske styrken gennem spærringen genoprettes hurtigt, hvilket resulterer i en vellykket afbrydelse. Drivkraften i denne anden fase er åbningsfjederen.

I et trefasede system, hvis buelukning foregår ved den første strøm-nul, er bueperioden cirka 3 ms (under antagelse, at kontakterne separerer midt mellem to strøm-nuller, hvorved spærringen er tilstrækkelig stor). For at opnå lukning ved en 3-4 mm spænd, bør den gennemsnitlige åbningshastighed under denne fase være 0,8-1,1 m/s. Konverteret til den almindelige 6 mm måling, svarer den gennemsnitlige åbningshastighed til omkring 1,1-1,3 m/s - et interval, der er bredt accepteret af vakuumpåbrydere verden over. Dog er disse data opnået fra mekaniske driftstests under tom last. Under højstrømsafbrydelse er den faktiske åbningshastighed betydeligt højere pga. den ekstra elektromagnetiske afvisningskraft, der bidrager til kontaktbevægelsen. Som resultat kan den bevægelige kontakt bevæge sig 6-8 mm inden for samme tidsramme.

For at minimere bueperioden, bør specielle demperforanstaltninger anvendes i anden fase for hurtigt at reducere strømførende stangens hastighed. Tiden for oliebufferens engagement skal nøje styres. Den første fase kræver hurtig separation, men åbningsfjederen er endnu ikke fuldt ud engageret. I anden fase bør hastigheden reduceres - åbningsfjederen må ikke være for stærk, da det vil forhindre hastighedsreduktion, forlænge bueperioden og komplicere tredje fase.

Fase 3: Oscillation (8-11 mm)
Pga. den lille kontaktspænd og den korte åbningsperiode i vakuumpåbrydere, skal de hurtigt bevægende kontakter stoppes inden for en ekstremt kort tid. Uanset hvilken dempermetode, der anvendes, forbliver hastighedsændringens rate høj, hvilket gør stærk mekanisk chok ubekomment. Restvibration varer typisk ca. 30 ms. I øjeblikket tager både nationale og internationale vakuumpåbrydere ca. 10-12 ms for den bevægelige kontakt at separere og træde ind i vibrationszonen, mens bueperioden typisk er 12-15 ms. Tydeligt nok begynder det lokalt smeltede kontaktoverflade først at køle ned og solidificere, når den træder ind i vibrationszonen. Denne intense vibration splatter uundgåeligt smeltet metal, hvilket former skarpe udskud på kontaktoverfladen og efterlader suspenderede metalliske partikler mellem kontakterne - vigtige eksterne faktorer, der bidrager til genantændelser. Sådanne designfejl er ofte ikke fuldt ud afsløret i begrænsede typeprøver, hvilket fører til utilstrækkelig bevidsthed om dette problem i lang tid.

Konklusion
Designere af vakuumpåbrydere skal lægge stor vægt på hele kontaktseparationsprocessen. Nøglestrategier inkluderer: reduktion af bevægelige masse, forhøjelse af den initielle åbningshastighed, hurtig reduktion af hastighed i anden fase, og minimale bueperioder, så bue slukkes før kontakterne træder ind i vibrationszonen. Dette giver tilstrækkelig køletid for kontaktoverfladen og reducerer vibrationsintensiteten. Et godt designet separationsprofil - i overensstemmelse med disse mekaniske og elektriske principper - forbedrer betydeligt både mekanisk og elektrisk levetid, hvilket forbedrer den samlede pålidelighed og ydeevne.