En artikkel for å forstå kontaktseparasjonsfasene til en vakuumkretsutslenger

Vakuumkretsbrudderes kontaktseparasjonsfaser: Bueoppstart, buetilbakemelding og oscillasjon

Fase 1: Første åpning (Bueoppstartsfase, 0–3 mm)
Modern teori bekrefter at den første fasen av kontaktseparasjon (0–3 mm) er kritisk for bryterens avbrytningsyting. Når kontakten begynner å separere, overgår alltid buestrømmen fra en konstruert tilstand til en diffus tilstand—jo raskere denne overgangen skjer, jo bedre er avbrytningsytingen.

Tre tiltak kan akselerere overgangen fra en konstruert til en diffus bu:

• Reduser massen av de bevegelige komponentene: Under utviklingen av vakuumkretsbruddere har redusert masse av ledende klemmer hjulpet med å redusere inertien av bevegelige deler. Sammenlignende tester viser at denne metoden forbedrer den initielle åpningshastigheten i ulike grad.

• Øk kraften i åpningsspringen, slik at den blir effektiv under den tidlige åpningsfasen (0–3 mm).

• Minimer kontaktkomprimeringstrekk (ideelt 2–3 mm), slik at åpningsspringen kan engasjere seg i separasjonsprosessen så tidlig som mulig.

Tradisjonelle kretsbruddere bruker ofte en stikkontakt design. Under kortslutningsstrøm fører elektromagnetiske krefter til at fingerkontaktene griper strømførende stangen hardt, noe som resulterer i null kraftkomponent i bevegelsesretningen. I motsetning til dette bruker vakuumkretsbruddere en flat kontaktflate. Når det oppstår kortslutningsstrøm, virker den sterke elektromagnetiske kraften som en repulsiv kraft på kontaktene.

Dette betyr at kontaktseparasjon ikke trenger å vente på full løsning av kontaktkomprimeringsspringen—separasjonen skjer nesten samtidig med hovedaksens bevegelse (med minimal eller ingen forsinkelse). Derfor, med minimal komprimeringstrekk, kan åpningsspringen handle tidligere, noe som forbedrer den initielle åpningshastigheten. Siden den initielle drivkreften i denne fasen er elektromagnetisk repulsjon, inkluderer massen som skal minimeres alle bevegelige komponenter. Derfor er strukturelle design som splittet eller sammensatt mekanisme—ofte involverende lange og mange koblinger—uaktuelt for vakuumkretsbruddere, da de hindrer oppnåelse av høy initiell åpningshastighet.

Fase 2: Buetilbakemelding (3–8 mm)
Når kontaktene separerer seg til 3–4 mm, er overgangen til en diffus modus vanligvis fullført—dette er det optimale vinduet for buetilbakemelding. Omfattende testing har bekreftet at det ideelle buelukket for avbrytning er 3–4 mm. Hvis strømnull forekommer ved dette punktet, minker tetterheten av metallvaporer raskt, og dielektriske styrken over lukket gjenopprettes raskt, noe som resulterer i vellykket avbrytning. Drivkreften i denne andre fasen er åpningsspringen.

I et trefasesystem, hvis buetilbakemelding skjer ved den første strømnull, er buetid omtrent 3 ms (antatt at kontakterne separerer seg midt mellom to strømnull, når lukket er tilstrekkelig stor). For å oppnå avbrytning ved en 3–4 mm lukket, bør den gjennomsnittlige åpningshastigheten i denne fasen være 0,8–1,1 m/s. Når dette omregnes til den vanlig brakte målingen på 6 mm, er den ekvivalente gjennomsnittlige åpningshastigheten ca. 1,1–1,3 m/s—en rekkevidde som er bredt akseptert av vakuumkretsbruddere verden over. Imidlertid er disse dataene hentet fra mekaniske driftstester under ubelasted forhold. Under høystrømsavbrytning er den faktiske åpningshastigheten signifikant høyere grunnet den ekstra elektromagnetiske repulsive kraften som bidrar til kontaktbevegelse. Som et resultat, innen samme tidsramme, kan den bevegelige kontakten reise 6–8 mm.

For å minimere buetid, bør spesielle dempingstiltak anvendes i den andre fasen for å raskt redusere hastigheten av strømførende stangen. Tidssettingen for oljebufferengasjement må nøye kontrolleres. Den første fasen krever rask separasjon, men åpningsspringen har ikke engasjert seg helt. I den andre fasen skal hastigheten reduseres—åpningsspringen må ikke være for sterk, ellers vil den forhindre hastighetsredusering, forlenge buetid og komplisere den tredje fasen.

Fase 3: Oscillasjon (8–11 mm)
På grunn av den lille kontaktlukket og den korte åpningsvarigheten i vakuumkretsbruddere, må de raskt bevegende kontaktene stoppes innen en ekstremt kort tid. Uansett hvilken dempingsmetode som brukes, forblir hastighetsendringen høy, noe som gjør sterke mekaniske skjelvinger uunngåelige. Residualvibrasjon varer typisk i omtrent 30 ms. For øyeblikket tar både innenlandske og internasjonale vakuumkretsbruddere omtrent 10–12 ms for den bevegelige kontakten å separere og komme inn i vibrasjonszonen, mens buetid typisk er 12–15 ms. Det er klart at den lokalt smelta kontaktflaten begynner å kjøles ned og solidifiseres først etter å ha kommet inn i vibrasjonszonen. Denne intense vibrasjonen spruter uunngåelig flytende metall, som danner skarpe utstikker på kontaktflaten og etterlater suspenderte metallpartikler mellom kontaktene—nøkkelmessige eksterne faktorer som bidrar til restrikes. Slike designfeil blir ofte ikke fullt avslørt i begrenset typeprøving, noe som fører til utilstrekkelig bevissthet om dette problemet over lang tid.

Konklusjon
Designere av vakuumkretsbruddere må betale nær oppmerksomhet til hele kontaktseparasjonsprosessen. Nøkkelstrategier inkluderer: redusere bevegelig masse, øke initiell åpningshastighet, raskt redusere hastighet i den andre fasen, og minimere buetid slik at bue slukkes før kontaktene kommer inn i vibrasjonszonen. Dette gir tilstrekkelig kjølingstid for kontaktflaten og reduserer vibrasjonsintensiteten. Et godt designet separasjonsprofil—i samsvar med disse mekaniske og elektriske prinsippene—forbedrer betydelig både mekanisk og elektrisk levetid, og forbedrer total pålitelighet og yteevne.