یک مقاله برای درک مراحل جداسازی تماس کلید قطع کننده خلاء

مراحل تفکیک تماس قاطع خلأ: شروع قوس، خاموش شدن قوس و نوسان

مرحله ۱: بازشدن اولیه (فاز شروع قوس، ۰–۳ میلی‌متر)
تئوری مدرن تأیید می‌کند که فاز اولیه تفکیک تماس (۰–۳ میلی‌متر) برای عملکرد قطع‌کننده قاطع خلأ بسیار حیاتی است. در آغاز تفکیک تماس، جریان قوس همیشه از حالت تجمعی به حالت پخشی تغییر می‌کند—سرعت این تغییر بیشتر باشد، عملکرد قطع بهتر خواهد بود.

سه روش می‌تواند تغییر از حالت تجمعی به حالت پخشی قوس را تسهیل کند:

• کاهش جرم اجزای متحرک: در طی توسعه قاطع‌های خلأ، کاهش جرم دستگیره هادی به کاهش لختی اجزای متحرک منجر می‌شود. آزمون‌های مقایسه‌ای نشان می‌دهند که این رویکرد سرعت بازشدن اولیه را به اندازه‌ای متفاوت بهبود می‌بخشد.

• افزایش نیروی فنر بازشدن، به گونه‌ای که در فاز اولیه بازشدن (۰–۳ میلی‌متر) مؤثر شود.

• کاهش سفر فشرده‌سازی تماس (بهترین حالت ۲–۳ میلی‌متر)، به گونه‌ای که فنر بازشدن به زودی در فرآیند تفکیک مداخله کند.

قاطع‌های مدار سنتی معمولاً از طراحی تماس پلاگین استفاده می‌کنند. تحت جریان کوتاه‌مدار، نیروهای الکترومغناطیسی باعث می‌شوند تماس‌های انگشتی به محور هادی به صورت محکم متصل شوند، که نتیجه آن عدم وجود مولفه نیرو در جهت حرکت است. در مقابل، قاطع‌های خلأ از یک واسط تماس مسطح استفاده می‌کنند. هنگامی که جریان کوتاه‌مدار رخ می‌دهد، نیروی الکترومغناطیسی قوی به عنوان نیروی دفعی بر تماس‌ها عمل می‌کند.

این بدان معناست که تفکیک تماس نیازی به انتظار آزاد شدن کامل فنر فشرده‌سازی تماس ندارد—تفکیک تقریباً همزمان با حرکت محور اصلی (با تأخیر کم یا بدون تأخیر) اتفاق می‌افتد. بنابراین، با کمترین سفر فشرده‌سازی، فنر بازشدن می‌تواند زودتر عمل کند و سرعت بازشدن اولیه را افزایش دهد. چون نیروی محرک اولیه در این مرحله دفع الکترومغناطیسی است، جرمی که باید کاهش یابد شامل تمام اجزای متحرک است. بنابراین، طراحی‌های ساختاری مانند مکانیسم‌های جداگانه یا مونتاژ—که معمولاً شامل لینک‌های طولانی و زیادی هستند—برای قاطع‌های خلأ مناسب نیستند، زیرا مانع دستیابی به سرعت بازشدن اولیه بالا می‌شوند.

مرحله ۲: خاموش شدن قوس (۳–۸ میلی‌متر)
هنگامی که تماس‌ها به ۳–۴ میلی‌متر از هم جدا می‌شوند، تغییر قوس به حالت پخشی معمولاً کامل می‌شود—این بهترین بازه برای خاموش شدن قوس است. آزمون‌های گسترده تأیید کرده‌اند که فاصله قوس مناسب برای قطع ۳–۴ میلی‌متر است. اگر صفر شدن جریان در این نقطه رخ دهد، چگالی بخار فلزی به سرعت کاهش می‌یابد و مقاومت عایقی در طول فاصله به سرعت بازیابی می‌شود، که منجر به قطع موفق می‌شود. نیروی محرک در این مرحله دوم فنر بازشدن است.

در یک سیستم سه‌فاز، اگر خاموش شدن قوس در صفر شدن اول جریان رخ دهد، زمان قوس حدود ۳ میلی‌ثانیه (با فرض که تماس‌ها در میانه دو صفر شدن جریان جدا می‌شوند، در این زمان فاصله کافی بزرگ است). برای رسیدن به خاموش شدن در فاصله ۳–۴ میلی‌متر، سرعت بازشدن متوسط در این مرحله باید ۰٫۸–۱٫۱ متر بر ثانیه باشد. وقتی این مقدار به واحد معمول ۶ میلی‌متر تبدیل می‌شود، سرعت بازشدن متوسط مربوط به حدود ۱٫۱–۱٫۳ متر بر ثانیه است—محدوده‌ای که به طور گسترده‌ای توسط قاطع‌های خلأ در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، این داده‌ها از آزمون‌های عملیات مکانیکی در شرایط بدون بار کسب شده‌اند. در زمان قطع جریان بالا، سرعت بازشدن واقعی به طور قابل توجهی بیشتر است به دلیل نیروی دفع الکترومغناطیسی اضافی که به حرکت تماس‌ها کمک می‌کند. بنابراین، در همان بازه زمانی، تماس متحرک ممکن است ۶–۸ میلی‌متر حرکت کند.

برای کاهش زمان قوس، در مرحله دوم باید از تدابیر میراگری خاص استفاده شود تا سرعت محور هادی به سرعت کاهش یابد. زمان مداخله میراگر روغن باید به دقت کنترل شود. مرحله اول نیاز به تفکیک سریع دارد، اما فنر بازشدن هنوز به طور کامل مداخله نکرده است. در مرحله دوم، سرعت باید کاهش یابد—فنر بازشدن نباید خیلی قوی باشد، در غیر این صورت سرعت کاهش نخواهد یافت، زمان قوس افزایش می‌یابد و مرحله سوم پیچیده‌تر می‌شود.

مرحله ۳: نوسان (۸–۱۱ میلی‌متر)
به دلیل فاصله تماس کوچک و مدت زمان بازشدن کوتاه در قاطع‌های خلأ، تماس‌های متحرک باید در یک زمان بسیار کوتاه متوقف شوند. صرف نظر از روش میراگری استفاده شده، نرخ تغییر سرعت همچنان بالاست و شوک مکانیکی قوی اجتناب‌ناپذیر است. ارتعاش باقی‌مانده معمولاً حدود ۳۰ میلی‌ثانیه ادامه دارد. در حال حاضر، هم قاطع‌های خلأ داخلی و خارجی حدود ۱۰–۱۲ میلی‌ثانیه برای تفکیک تماس متحرک و ورود به منطقه ارتعاش نیاز دارند، در حالی که مدت زمان قوس معمولاً ۱۲–۱۵ میلی‌ثانیه است. واضح است که سطح تماس محلی شده تنها پس از ورود به منطقه ارتعاش شروع به سرد شدن و جامد شدن می‌کند. این ارتعاش شدید به طور حتم موجب پاشیدن فلز ذوب شده می‌شود، که نوک‌های تیزی را بر روی سطح تماس تشکیل می‌دهد و ذرات فلزی معلق بین تماس‌ها را می‌گذارد—عامل‌های خارجی کلیدی که بازتاب‌های مجدد را ایجاد می‌کنند. چنین نقص‌های طراحی اغلب در آزمون‌های نوع محدود کاملاً آشکار نمی‌شوند و منجر به آگاهی ناکافی از این مشکل برای مدت طولانی می‌شود.

نتیجه‌گیری
طراحان قاطع‌های خلأ باید به فرآیند کامل تفکیک تماس توجه کنند. استراتژی‌های کلیدی شامل: کاهش جرم متحرک، افزایش سرعت بازشدن اولیه، کاهش سرعت به موقع در مرحله دوم و کاهش زمان قوس به گونه‌ای که قوس قبل از ورود تماس‌ها به منطقه ارتعاش خاموش شود. این موجب می‌شود که زمان خنک‌سازی کافی برای سطح تماس فراهم شود و شدت ارتعاش کاهش یابد. یک نمودار تفکیک خوب—که با اصول مکانیکی و الکتریکی هماهنگ است—به طور قابل توجهی عمر مکانیکی و الکتریکی را افزایش می‌دهد و عملکرد و قابلیت اطمینان کلی را بهبود می‌بخشد.