Jedan članak za razumijevanje faza odvajanja kontakata vakuumskog prekidača

Faze razdvajanja kontakata vakuumskog prekidača: Inicijalizacija lukove, ugašenje lukove i oscilacije

Faza 1: Početno otvaranje (faza inicijalizacije lukove, 0–3 mm)
Suvremena teorija potvrđuje da je početna faza razdvajanja kontakata (0–3 mm) ključna za performanse prekidnog vakuumskog prekidača. Na početku razdvajanja kontakata, struja lukova uvijek prelazi iz ograničenog na difuzni način—što je brži taj prijelaz, to su bolje performanse prekida.

Tri mjere mogu ubrzati prijelaz od ograničenog do difuznog luka:

• Smanjenje mase pokretnih komponenti: Tijekom razvoja vakuumskih prekidača, smanjenje mase vodljivog zahačivača pomaže u smanjenju inercije pokretnih dijelova. Usporedni testovi pokazuju da ovaj pristup poboljšava početnu brzinu otvaranja u različitim stupnjevima.

• Povećanje sile otvarajuće opruge, osiguravajući da postane učinkovita u ranoj fazi otvaranja (0–3 mm).

• Minimiziranje putanje kompresije kontakta (idejalno 2–3 mm), omogućujući da se otvarajuća opruga uključi u proces razdvajanja što je ranije moguće.

Tradicionalni prekidači tipično koriste dizajn kontaktne usisnice. Pod djelovanjem strujnog kruga kratkog spoja, elektromagnetske sile uzrokuju da se prstasti kontakti čvrsto uhvate oko vodljive štapiće, rezultirajući nultom komponentom sile u smjeru kretanja. Naprotiv, vakuumski prekidači koriste ravnu kontakt nu površinu. Kada nastupa struja kratkog spoja, jakom elektromagnetskom silom djeluje kao odbijajuća sila na kontakte.

To znači da se razdvajanje kontakata ne mora čekati da se potpuno oslobodi kompresijska opruga kontakta—razdvajanje se događa skoro istodobno s kretanjem glavnog valjka (s zanemarivom ili minimalnom zakasnjelosti). Stoga, sa minimalnim putanjama kompresije, otvarajuća opruga može djelovati ranije, poboljšavajući početnu brzinu otvaranja. Budući da je početna pogonska sila u ovoj fazi elektromagnetska odbijajuća sila, masa koja se treba minimizirati uključuje sve pokretne komponente. Stoga, konstrukcijski dizajni poput podijeljenih ili montiranih mehanizama—često s dugim i brojnim spregovima—nisu prikladni za vakuumsko prekidače, jer sprječavaju dostizanje visokih početnih brzina otvaranja.

Faza 2: Ugašenje luka (3–8 mm)
Kada se kontakti razdvoje na 3–4 mm, prijelaz luka u difuzni način je obično završen—ovo je optimalni prozor za ugašenje luka. Ekstenzivni testovi su potvrdili da je idealna lukasta razdjela za prekid 3–4 mm. Ako se nulti točka struje pojavi u tom trenutku, gustoća metalnih parova brzo opada, a dielektrička čvrstoća preko razdjele brzo se oporavlja, rezultirajući uspješnim prekidom. Pogonska sila u ovoj drugoj fazi jest otvarajuća opruga.

U trofaznom sustavu, ako se ugašenje luka dogodi na prvom nultom točki, vrijeme trajanja luka iznosi približno 3 ms (pretpostavljajući da se kontakti razdvajaju na pola puta između dvije nulte točke, kada je razdjela dovoljno velika). Da bi se postiglo ugašenje na razdvojenosti od 3–4 mm, prosječna brzina otvaranja u ovoj fazi trebala biti 0,8–1,1 m/s. Pretvoreno u češće korištenu mjeru od 6 mm, ekvivalentna prosječna brzina otvaranja iznosi oko 1,1–1,3 m/s—opseg široko prihvaćen u vakuumskim prekidačima diljem svijeta. Međutim, ovi podaci dobiveni su iz mehaničkih radnih testova bez opterećenja. Tijekom prekida velike struje, stvarna brzina otvaranja značajno je veća zbog dodatne elektromagnetske odbijajuće sile koja doprinosi kretanju kontakta. Rezultirajući, unutar istog vremenskog okvira, pokretni kontakt može preći 6–8 mm.

Da bi se smanjilo vrijeme trajanja luka, u drugoj fazi trebale se primijeniti specijalne mjere prigušenja kako bi se brzo smanjila brzina vodljive štapiće. Vrijeme uključivanja ulja za prigušenje mora biti pažljivo kontrolirano. Prva faza zahtijeva brzo razdvajanje, ali otvarajuća opruga još nije potpuno uključena. U drugoj fazi, brzina treba biti smanjena—otvarajuća opruga ne smije biti prejak, jer će onda sprječiti smanjenje brzine, produžiti vrijeme trajanja luka i oslobođavanje u trećoj fazi.

Faza 3: Oscilacije (8–11 mm)
Zbog male razdvojenosti kontakata i kratkog vremena otvaranja vakuumskih prekidača, brzo se krećući kontakti moraju zaustaviti u izuzetno kratkom vremenu. Bez obzira na metodu prigušenja, stopa promjene brzine ostaje visoka, čineći jak mehanički udar neizbježnim. Ostatak vibracija obično traje oko 30 ms. Trenutno, domaći i međunarodni vakuumski prekidači imaju približno 10–12 ms da se pokretni kontakt razdvoji i uđe u zonu vibracije, dok je trajanje luka obično 12–15 ms. Očito, lokalno taložena površina kontakta počinje hladiti i čvršćiti tek nakon uđošća u zonu vibracije. Ova intenzivna vibracija neizbježno razbija taloženi metal, formirajući oštre izbočene dijelove na površini kontakta i ostavljajući suspendirane metalne čestice između kontakata—ključni vanjski faktori koji doprinose ponovnom zapaljenju. Takve nedostatke dizajna često nisu potpuno otkriveni u ograničenim tipovima testova, što dovodi do nedostatka svijesti o ovom problemu tijekom dugo vremena.

Zaključak
Dizajneri vakuumskih prekidača moraju pažljivo pratiti cijeli proces razdvajanja kontakata. Ključne strategije uključuju: smanjenje mase pokretnih dijelova, povećanje početne brzine otvaranja, brzo smanjenje brzine u drugoj fazi i minimiziranje vremena trajanja luka kako bi luk ugasio prije nego što kontakti uđu u zonu vibracije. To osigurava dovoljno vrijeme hlađenja površine kontakta i smanjuje intenzitet vibracija. Dobar dizajn profila razdvajanja, usklađen s tim mehaničkim i električnim principima, značajno poboljšava mehanički i električki vijek trajanja, poboljšavajući ukupnu pouzdanost i performanse.