Un artigo para entender as etapas de separación de contactos dun interruptor de vazio

Etapas de separación dos contactos do interruptor de vácuo: Inicio do arco, extinción do arco e oscilación

Etapa 1: Abertura inicial (Fase de inicio do arco, 0–3 mm)
A teoría moderna confirma que a fase inicial de separación dos contactos (0–3 mm) é crítica para o rendemento de interrupción dos interruptores de vácuo. Ao comezar a separación dos contactos, a corrente do arco sempre transición dun modo restrinxido a un modo difuso—canto máis rápida sexa esta transición, mellor será o rendemento de interrupción.

Tres medidas poden acelerar a transición dun arco restrinxido a un arco difuso:

• Reducir a masa dos compoñentes móbeis: Durante o desenvolvemento dos interruptores de vácuo, reducir a masa da presilha conductora axuda a diminuír a inercia das partes móbeis. As probas comparativas mostran que este enfoque mellora a velocidade de abertura inicial nunha variedade de graos.

• Aumentar a forza da molla de apertura, asegurando que se torne efectiva durante a fase inicial de apertura (0–3 mm).

• Minimizar o percorrido de compresión dos contactos (ideamente 2–3 mm), permitindo que a molla de apertura entre no proceso de separación o máis cedo posible.

Os interruptores tradicionais xeralmente usan un deseño de contacto de inserción. Baixo a corrente de cortocircuito, as forzas electromagnéticas fan que os contactos en forma de dedo agarren estreitamente a barra conductora, resultando nunha forza nula na dirección do movemento. En contraste, os interruptores de vácuo usan unha interface de contacto plana. Cando ocorre unha corrente de cortocircuito, a forte forza electromagnética actúa como unha forza repulsiva nos contactos.

Isto significa que a separación dos contactos non necesita agardar polo completo desprendemento da molla de compresión dos contactos—a separación ocorre case simultaneamente co movemento do eixe principal (con un retardo insignificante ou mínimo). Polo tanto, con un percorrido de compresión mínimo, a molla de apertura pode actuar antes, mellorando a velocidade de abertura inicial. Como a forza impulsora nesta fase é a repulsión electromagnética, a masa a minimizar inclúe todos os compoñentes móbeis. Así, diseños estruturais como mecanismos divididos ou montados—que xeralmente implican ligazóns longas e numerosas—non son adecuados para os interruptores de vácuo, xa que obstaculizan a consecución de altas velocidades de abertura inicial.

Etapa 2: Extinción do arco (3–8 mm)
Cando os contactos se separam 3–4 mm, a transición do arco a un modo difuso xeralmente está completa—este é o intervalo óptimo para a extinción do arco. Ampla proba confirmou que a brecha ideal de arco para a interrupción é de 3–4 mm. Se o cero de corrente ocorre neste punto, a densidade de vapor metálico decrece rapidamente, e a resistencia dieléctrica a través da brecha recupera rapidamente, resultando nunha interrupción exitosa. A forza impulsora nesta segunda etapa é a molla de apertura.

Nun sistema trifásico, se a extinción do arco ocorre no primeiro cero de corrente, o tempo de arco é aproximadamente 3 ms (asumindo que os contactos se separen a medio camiño entre dous ceros de corrente, por ese momento a brecha é suficientemente grande). Para lograr a extinción nunha brecha de 3–4 mm, a velocidade media de abertura durante esta fase debe ser de 0,8–1,1 m/s. Convertida á medida común de 6 mm, a velocidade media de abertura equivalente é de aproximadamente 1,1–1,3 m/s—un rango ampliamente adoptado por interruptores de vácuo a nivel mundial. No entanto, estes datos obtívense de probas de operación mecánica baixo condicións sen carga. Durante a interrupción de alta corrente, a velocidade real de abertura é significativamente maior debido á forza repulsiva electromagnética adicional que contribúe ao movemento dos contactos. Como resultado, no mesmo período de tempo, o contacto móbil pode viaxar 6–8 mm.

Para minimizar o tempo de arco, deben aplicarse medidas especiais de amortiguación na segunda etapa para reducir rapidamente a velocidade da barra conductora. O momento de activación do amortiguador de aceite debe controlarse cuidadosamente. A primeira etapa require unha rápida separación, pero a molla de apertura aínda non está completamente activada. Na segunda etapa, a velocidade debe reducirse—a molla de apertura non debe ser demasiado forte, ou impedirá a redución da velocidade, prolongará o tempo de arco e complicará a terceira etapa.

Etapa 3: Oscilación (8–11 mm)
Debido á pequena brecha de contacto e ao curto tempo de apertura nos interruptores de vácuo, os contactos en rápido movemento deben detenerse nun tempo extremadamente curto. Independentemente do método de amortiguación usado, a taxa de cambio de velocidade permanece alta, facendo inevitable un choque mecánico forte. A vibración residual xeralmente persiste durante uns 30 ms. Actualmente, tanto os interruptores de vácuo domésticos como internacionais levan aproximadamente 10–12 ms para que o contacto móbil se separe e entre na zona de vibración, mentres que a duración do arco é tipicamente de 12–15 ms. Claramente, a superficie de contacto localmente fundida só comeza a arrefecer e solidificar despois de entrar na zona de vibración. Esta intensa vibración inevitablemente salpica o metal fundido, formando protuberancias afiadas na superficie de contacto e deixando partículas metálicas suspendidas entre os contactos—factores externos clave que contribúen aos restrikes. Estes defectos de deseño xeralmente non se revelan completamente nas probas limitadas de tipo, levando a unha falta de consciencia deste problema durante moito tempo.

Conclusión
Os deseñadores de interruptores de vácuo deben prestar atención especial ao proceso completo de separación dos contactos. Estratexias clave inclúen: reducir a masa móbil, aumentar a velocidade de abertura inicial, reducir a velocidade rapidamente na segunda etapa e minimizar o tempo de arco para que o arco se extinga antes de que os contactos entren na zona de vibración. Isto proporciona tempo suficiente para o arrefecemento da superficie de contacto e reduce a intensidade da vibración. Un perfil de separación ben deseñado, alineado con estes principios mecánicos e eléctricos, melhora significativamente a vida útil mecánica e eléctrica, mellorando a fiabilidade e o rendemento global.