真空回路遮断器の接点分離段階を理解する1つの記事
真空回路遮断器の接触分離段階：アーク発生、アーク消滅、および振動
第1段階：初期開放（アーク発生段階、0-3 mm）
現代の理論は、接触分離の初期段階（0-3 mm）が真空回路遮断器の切断性能に非常に重要であることを確認しています。接触分離の初期では、アーク電流は常に狭窄モードから拡散モードへと移行します—この移行が速いほど、切断性能は向上します。
狭窄アークから拡散アークへの移行を加速するためには以下の3つの方法があります：
可動部品の質量を減らす：真空回路遮断器の開発において、導電クランプの質量を減らすことで可動部品の慣性を減少させます。比較試験では、このアプローチが初期開放速度を不同程度で改善することが示されています。
開放スプリングの力を増加させ、早期の開放段階（0-3 mm）で効果的となるようにする。
接触圧縮距離を最小限に抑える（理想的には2-3 mm）、これにより開放スプリングができるだけ早く分離過程に関与することができます。
従来の回路遮断器は通常、プラグイン型の接触設計を使用します。ショートサーキット電流下では、電磁力により指状接触部が導電ロッドを強く握り締め、運動方向での力成分がゼロになります。一方、真空回路遮断器は平面接触インターフェースを使用します。ショートサーキット電流が発生すると、強力な電磁力が接触部に対して反発力として作用します。
これは、接触分離が接触圧縮スプリングの完全な解放を待つ必要がないことを意味し、主軸の動きとともにほぼ同時に（または僅かな遅延で）分離が起こります。したがって、圧縮距離が最小限であれば、開放スプリングがより早く作用し、初期開放速度を高めることができます。この段階での初期駆動力は電磁反発力であり、最小化すべき質量はすべての可動部品を含みます。そのため、分割型や組立機構など、長く複数のリンクを伴う構造は、真空回路遮断器には適していません。これらは高い初期開放速度の達成を妨げます。
第2段階：アーク消滅（3-8 mm）
接触が3-4 mmに分離すると、アークが拡散モードへと移行するのが通常です—これがアーク消滅の最適なタイミングです。多くの試験によって、中断のための理想的なアークギャップは3-4 mmであることが確認されています。この時点での電流ゼロ点では、金属蒸気の密度が急速に低下し、ギャップ間の絶縁強度が迅速に回復し、成功裏に中断されます。この第2段階の駆動力は開放スプリングです。
三相システムでは、最初の電流ゼロ点でアーク消滅が発生すると、アーク時間は約3 ms（接触が2つの電流ゼロ点の中間に分離し、その時点でギャップが十分に大きいと仮定）となります。3-4 mmのギャップで消滅させるためには、この段階での平均開放速度は0.8-1.1 m/sであるべきです。一般的に使用される6 mmの測定値に換算すると、同等の平均開放速度は約1.1-1.3 m/sとなり、これは世界中の真空回路遮断器で広く採用されている範囲です。ただし、これらのデータは無負荷条件での機械動作試験から得られています。高電流の中断時には、追加の電磁反発力が接触部の動きに寄与するため、実際の開放速度は大幅に高くなります。結果として、同じ時間内に可動接触が6-8 mm移動することがあります。
アーク時間を最小限にするためには、第2段階で特別なダンピング措置を講じ、導電ロッドの速度を迅速に低減する必要があります。オイルバッファの作動タイミングを慎重に制御する必要があります。第1段階では高速な分離が必要ですが、開放スプリングはまだ完全には作動していません。第2段階では速度を減らす必要があります—開放スプリングが強すぎると、速度の低減を防ぎ、アーク時間を延ばし、第3段階を複雑にします。
第3段階：振動（8-11 mm）
真空回路遮断器では接触ギャップが小さく、開放時間が短いため、急速に動く接触部を極めて短い時間内で停止させる必要があります。どのようなダンピング方法を使用しても、速度変化率は高く、強い機械的な衝撃は避けられません。残存振動は通常、約30 ms続きます。現在、国内外の真空回路遮断器では、可動接触が分離し、振動ゾーンに入るのに約10-12 msかかり、アーク持続時間は通常12-15 msです。明らかに、局所的に溶けた接触表面は振動ゾーンに入った後で初めて冷却・固化を始めます。この激しい振動により、溶けた金属が飛散し、接触表面に鋭い突起が形成され、接触間に浮遊金属粒子が残ることがあります—これらは再着火の重要な外部要因です。このような設計上の欠陥は、限定的な型式試験では十分に明らかにならず、長い間この問題に対する認識が不足していました。
結論
真空回路遮断器の設計者は、全体の接触分離過程に注意を払う必要があります。重要な戦略には以下が含まれます：可動質量を減らす、初期開放速度を増加させる、第2段階で迅速に速度を低減する、そしてアークが接触部が振動ゾーンに入る前に消滅するようにアーク時間を最小限に抑える。これにより、接触表面の冷却時間が十分に確保され、振動の強度が減少します。これらの機械的および電気的原理に基づいて設計された分離プロファイルは、機械的および電気的服务寿命を大幅に向上させ、全体的な信頼性と性能を改善します。
