Ena članek za razumevanje faz ločevanja kontakta v vakuumskem preklopniku

Stopnje razdvajanja stikov vakuumskih preklopnikov: Zaganjanje luka, ugasanje luke in oscilacije

Stopnja 1: Začetno odpiranje (faza zaganjanja luke, 0–3 mm)
Sodobna teorija potrjuje, da je začetna faza razdvajanja stikov (0–3 mm) ključna za prekinovalno zmogljivost vakuumskih preklopnikov. Ob začetku razdvajanja stikov tok luke vedno prehaja iz skuščene v širjeno obliko – čim hitreje ta prehod, boljša je prekinovalna zmogljivost.

Trikotne ukrepe lahko pospešijo prehod iz skuščene v širjeno luko:

• Zmanjšanje mase premičnih delov: Med razvojem vakuumskih preklopnikov zmanjšanje mase vodilne grile pomaga zmanjšati trčnost premičnih delov. Primerjalni testi kažejo, da ta pristop izboljša hitrost začetnega odpiranja v različnih merah.

• Povečanje sile odpiralne vzmeti, da postane učinkovita v zgodnji fazi odpiranja (0–3 mm).

• Zmanjšanje poti stiskanja stikov (željena 2–3 mm), da se odpiralna vzmet čim prej vključi v proces razdvajanja.

Tradicionalni preklopniki običajno uporabljajo stikove s pripadajočimi stiki. Pod kratkoročnim tokom elektromagnetske sile povzročajo, da se prsti stikov tesno prilegajo vodilni palici, kar pomeni, da ni komponente sile v smeri gibanja. V nasprotju s tem vakuumski preklopniki uporabljajo ravninsko stikovno ploskev. Ko pride do kratkoročnega toka, močna elektromagnetska sila deluje kot odbojna sila na stike.

To pomeni, da se razdvajanje stikov ne potrebuje čakati na popoln odpuščen stiskalne vzmeti – razdvajanje se zgodi skoraj istočasno z gibanjem glavne valjke (s zanemarljivo ali minimalno zamudo). Torej, z minimalno potjo stiskanja se odpiralna vzmet lahko vključi prej, kar poveča hitrost začetnega odpiranja. Ker je v tej fazi prvotna gonilna sila elektromagnetska odbojna sila, mora biti zmanjšana masa vseh premičnih delov. Zato so strukturni dizajni, kot so razdeljeni ali sestavljeni mehanizmi, ki pogosto vključujejo dolge in veliko veznice, neprimerjni za vakuumsko preklopnike, ker ovirajo dosego visokih hitrosti začetnega odpiranja.

Stopnja 2: Ugasanje luke (3–8 mm)
Ko se stiki razdvojita na 3–4 mm, je prehod luke v širjeno obliko običajno končan – to je optimalno okno za ugasanje luke. Široko testiranje je potrdilo, da je idealna luknja za prekinitev 3–4 mm. Če se pri tem trenutku pojavi nula toka, se gostota metalnih parov hitro zmanjša in dielektrična zmogljivost preko luke se hitro obnovi, kar vodi do uspešne prekinje. Gonilna sila v drugi stopnji je odpiralna vzmet.

V trofaznem sistemu, če ugasitev luke nastane pri prvi nuli toka, je trajanje luke približno 3 ms (predpostavljamo, da se stiki razdvojita na polovični poti med dvema nulama toka, ko je luknja že zadostno velika). Za dosego ugasitve pri 3–4 mm bi morala povprečna hitrost odpiranja v tej fazi biti 0,8–1,1 m/s. Pretvorjeno na pogosto uporabljeno merilo 6 mm je ekvivalentna povprečna hitrost približno 1,1–1,3 m/s – obseg, ki ga široko uporabljajo vakuumski preklopniki po vsem svetu. Vendar so ta podatki dobiveni iz mehaničnih operacijskih testov brez opterečenosti. Med prekinjanjem visokih tokov je dejanska hitrost odpiranja znatno višja zaradi dodatne elektromagnetske odbojne sile, ki prispeva k gibanju stikov. Tako se premični stik lahko v enakem času premakne 6–8 mm.

Za zmanjšanje trajanja luke je v drugi stopnji potrebno uporabiti posebne dušilne ukrepe, da se hitro zmanjša hitrost vodilne palice. Čas vklopitve oljnega dušilnika mora biti natančno kontroliran. Prva stopnja zahteva hitro razdvajanje, vendar se odpiralna vzmet še ni popolnoma vključila. V drugi stopnji bi morala biti hitrost zmanjšana – odpiralna vzmet ne sme biti premočna, saj bi to onemogočilo zmanjšanje hitrosti, podaljšalo trajanje luke in zapletlo tretjo stopnjo.

Stopnja 3: Oscilacije (8–11 mm)
Zaradi majhne luke med stiki in kratkega časa odpiranja v vakuumskih preklopnikih morajo hitro premikanje stikov biti ustavljeni v zelo kratkem času. Ne glede na metodo dušenja ostane stopnja spremembe hitrosti visoka, kar močne mehanske udarce nesprejemljivi. Preostale vibracije običajno trajajo približno 30 ms. Trenutno domače in tuje vakuumski preklopniki potrebujejo približno 10–12 ms, da se premični stik razmakne in vstopi v območje vibracij, medtem ko trajanje luke običajno znaša 12–15 ms. Očitno se lokalno topel stik začne hladiti in tvrdeti le po vstopu v območje vibracij. Te intenzivne vibracije nujno razpršijo topel kovin, kar ustvari ostri izbočine na površini stika in pusti vzdignjene kovinske delce med stiki – ključni zunanji faktor, ki prispeva k ponovnim zapalitvam. Takšne napake v dizajnu so pogosto v omejenih tipnih preskusih nepolno razkrivljene, kar vodi do nedostatnega zavedanja o tem problemu dolgo časa.

Zaključek
Oblikovalci vakuumskih preklopnikov morajo pozorno spremljati celoten proces razdvajanja stikov. Ključne strategije vključujejo: zmanjšanje mase premikanja, povečanje hitrosti začetnega odpiranja, hitro zmanjšanje hitrosti v drugi stopnji in zmanjšanje trajanja luke, da se luka ugasne preden stiki vstopijo v območje vibracij. To zagotavlja dovolj časa za hlajenje površine stika in zmanjšanje intenzitete vibracij. Dobro oblikovan profil razdvajanja, usklajen z mehanskimi in električnimi principi, znatno izboljša mehansko in električno življenjsko dobo, kar poveča splošno zanesljivost in zmogljivost.