Egy cikk a vákuum átmerési kapcsoló kontaktjeinek szétválasztási fázisairól

Vakuumszünetkapcsoló kapcsolópontjainak szétválasztási szakaszai: ív indítása, ív kikapcsolása és rezgés

1. szakasz: Kezdeti nyitás (ív indítási fázis, 0–3 mm)
A modern elmélet megerősíti, hogy a vakuumszünetkapcsolók esetén a kezdeti kapcsolópont-szétválasztási fázis (0–3 mm) kulcsfontosságú a szakadási teljesítmény szempontjából. A kapcsolópontok szétválasztódásának elején az ív áram mindig átmeneti módon változik egy korlátozott módustól egy terjeszkedő módusra – minél gyorsabb ez az átmenet, annál jobb a szakadási teljesítmény.

Három intézkedés gyorsíthatja a korlátozotttól a terjeszkedő ívhez való átmenetet:

• A mozgó részek tömegének csökkentése: A vakuumszünetkapcsolók fejlesztése során a vezető rögzítő tömegének csökkentése segít a mozgó részek inerciájának csökkentésében. Összehasonlító tesztek szerint ezzel a megközelítéssel a kezdeti nyitási sebesség eltérő mértékben javulhat.

• A nyitó rugó erőjének növelése, hogy hatékonynak bizonyuljon a korai nyitási fázisban (0–3 mm).

• A kapcsolópontok összenyomási útjának minimalizálása (ideálisan 2–3 mm), hogy a nyitó rugó a lehető legkorábban bekapcsolódjon a szétválasztási folyamatba.

A hagyományos szünetkapcsolók általában csatlakozó kapcsolópontokat használnak. Rövidzárlati áram esetén az elektromágneses erők erősítik a kapcsolóujjakat a vezető rúdhoz, ami eredményez nullát a mozgás irányában. Szemben vele, a vakuumszünetkapcsolók lapos kapcsolófelületet használnak. Amikor rövidzárlati áram lép fel, az erős elektromágneses erő ellenséges erőként hat a kapcsolópontokon.

Ez azt jelenti, hogy a kapcsolópontok szétválasztása nem kell, hogy várja a kapcsolópont-nyomó rugó teljes kibocsátását – a szétválasztás majdnem egyszerre történik a fő tengely mozgásával (szélsőségesen vagy minimális késéssel). Így, a minimális összenyomási úttal a nyitó rugó korábban is hatással lehet, ami a kezdeti nyitási sebességet növeli. Mivel ebben a fázisban a kezdeti meghajtóerő az elektromágneses eltolás, a minimalizálandó tömeg tartalmazza az összes mozgó elemet. Ezért olyan szerkezeti tervezések, mint a szétszakított vagy összeállított mechanizmusok – amelyek gyakran hosszú és sok csatolt elemet tartalmaznak – nem alkalmasak a vakuumszünetkapcsolókhoz, mert akadályozzák a magas kezdeti nyitási sebességek elérését.

2. szakasz: Ív kikapcsolása (3–8 mm)
Amikor a kapcsolópontok 3–4 mm-re szétválasztódnak, az ív átmenete a terjeszkedő módra általában befejeződik – ez az optimális időszak az ív kikapcsolásához. Sok teszt megerősítette, hogy a szakadáshoz ideális ívterület 3–4 mm. Ha az áramerősség nulla értékre esik ezen a ponton, a fém gőz sűrűsége gyorsan csökken, és a dielektrikus erejének helyreállása gyors, ami sikeres szakadást eredményez. A második szakasz meghajtóerője a nyitó rugó.

Egy háromfázis rendszerben, ha az ív kikapcsolódik az első áramerősség nulla értékén, az ív időtartama körülbelül 3 ms (feltételezve, hogy a kapcsolópontok közötti távolság elegendően nagy, amikor a két áramerősség nulla között van). Ahhoz, hogy 3–4 mm-es ívterületen történjen kikapcsolás, a szakasz átlagos nyitási sebessége 0,8–1,1 m/s kell, hogy legyen. Ha ezt a gyakran használt 6 mm-es mérésekre konvertáljuk, az ekvivalens átlagos nyitási sebesség körülbelül 1,1–1,3 m/s lesz – egy széles körben elfogadott tartomány a világ vakuumszünetkapcsolói között. Azonban ez a dátumot a mechanikai működéstesztből származtatott, üres terhelés mellett. Magas áramerősségű szakadáskor a tényleges nyitási sebesség jelentősen magasabb, mivel a további elektromágneses eltolóerő hozzájárul a kapcsolópontok mozgásához. Erre a módon ugyanazon időtartam alatt a mozgó kapcsolópont 6–8 mm-t is utazhat.

Az ív időtartamának minimalizálásához a második szakaszban speciális lassító intézkedéseket kell alkalmazni, hogy a vezető rúd sebességét gyorsan csökkentsük. A szappan olaj puffer bekapcsolódásának időpontját óvatosan kell ellenőrizni. Az első szakasz gyors szétválasztást igényel, de a nyitó rugó még nem teljesen bekapcsolódott. A második szakaszban a sebességet csökkenteni kell – a nyitó rugónak nem lehet túl erős, mert akadályozná a sebesség csökkentését, hosszabbítaná az ív időtartamát, és bonyodalmassá tenné a harmadik szakaszt.

3. szakasz: Rezgés (8–11 mm)
Mivel a vakuumszünetkapcsolók esetén a kapcsolópontok közötti kis távolság és rövid nyitási idő, a gyorsan mozgó kapcsolópontokat egy nagyon rövid idő alatt meg kell állítani. Függetlenül a lassító módtól, a sebességváltozás aránya magas marad, ami erős mechanikai lökődést okoz. A rezgések általában körülbelül 30 ms-re tartanak. Jelenleg, a hazai és nemzetközi vakuumszünetkapcsolók esetén a mozgó kapcsolópont körülbelül 10–12 ms alatt szétválasztódik, és a rezgések zónájába kerül, míg az ív időtartama általában 12–15 ms. Nyilvánvaló, hogy a helyi meglétező kapcsolópont felülete csak a rezgések zónájába belépés után kezd hűlni és merevedni. Ez a heves rezgés feltétlenül oldós fém kitörik, és hegyes kiugró részeket formál a kapcsolópont felületén, és függő fém részecskéket hagy a kapcsolópontok között – ezek a kulcsfontosságú külső tényezők, amelyek hozzájárulnak a visszaszakadáshoz. Ilyen tervezési hibák gyakran nem jelennek meg teljesen a korlátozott típus tesztekben, ami hosszú ideig elégtelen figyelemmel adta ezt a problémát.

Következtetés
A vakuumszünetkapcsoló tervezőinek figyelembe kell venniük a teljes kapcsolópont-szétválasztási folyamatot. Különös tekintettel a következő kulcsfontosságú stratégiákra: a mozgó tömeg csökkentése, a kezdeti nyitási sebesség növelése, a sebesség gyors csökkentése a második szakaszban, és az ív időtartam minimalizálása, hogy az ív kikapcsolódjon, mielőtt a kapcsolópontok a rezgések zónájába kerülnek. Ez elegendő hűtési időt biztosít a kapcsolópont felületének, és csökkenti a rezgések intenzitását. Egy jól tervezett szétválasztási profil, amely megfelel ezeknek a mechanikai és elektrikai elveknek, jelentősen javítja a mechanikai és elektrikai szolgálati életet, és növeli az általános megbízhatóságot és teljesítményt.