Jedan članak za razumevanje faza odvojenja kontakata vakuumskog prekidača

Faze razdvajanja kontakata vakuumskog prekidača: Pojava lukovi, Ugasevanje luka i Oscilacije

Faza 1: Početno otvaranje (faza pojavljivanja luka, 0–3 mm)
Savremena teorija potvrđuje da je početna faza razdvajanja kontakata (0–3 mm) ključna za performanse prekidanja vakuumskih prekidača. Na početku razdvajanja kontakata, struja u luku uvijek prelazi od koncentrisanog na difuzni mod - što je ovaj prelaz brži, to su bolje performanse prekidanja.

Tri mere mogu ubrzati prelaz od koncentrisanog do difuznog luka:

• Smanjenje mase pokretnih komponenti: Tijekom razvoja vakuumskih prekidača, smanjenje mase provodne šipke pomaže u smanjenju inercije pokretnih dijelova. Komparativni testovi pokazuju da ovaj pristup poboljšava brzinu početnog otvaranja u različitim opsegu.

• Povećanje sile otvarajuće opruge, osiguravajući da ona postane efektivna tijekom ranih faza otvaranja (0–3 mm).

• Minimaliziranje putanje kompresije kontakta (idealno 2–3 mm), omogućavajući da se otvarajuća opruga angažira u procesu razdvajanja što ranije.

Tradicionalni prekidači obično koriste dizajn sa ulaznim kontaktima. Pod strujom kratkog spoja, elektromagnetske sile dovode do toga da se prstveni kontakti čvrsto drže o provodnu šipku, rezultirajući nultom silom u smjeru kretanja. U suprotnosti, vakuumski prekidači koriste ravni kontakt. Kada se pojavi struja kratkog spoja, jaka elektromagnetska sila djeluje kao odbojna sila na kontakte.

To znači da se razdvajanje kontakata ne mora čekati dok se potpuno ne oslobodi opruga kompresije kontakta - razdvajanje se dešava skoro istovremeno s kretanjem glavnog vratila (sa zanemarivim ili minimalnim odstupanjem). Stoga, sa minimalnom putanjom kompresije, otvarajuća opruga može djelovati ranije, poboljšavajući brzinu početnog otvaranja. Budući da je inicijalna pogonska sila u ovoj fazi elektromagnetska odbojna sila, masa koja treba biti minimizirana uključuje sve pokretne komponente. Dakle, strukturni dizajni poput raspoloženih ili montiranih mehanizama - koji često uključuju dugi i brojni veze - nisu prikladni za vakuumskie prekidače, jer sprječavaju dostizanje visokih brzina inicijalnog otvaranja.

Faza 2: Ugasevanje luka (3–8 mm)
Kada se kontakti razdvoje na 3–4 mm, prelaz luka u difuzni mod je obično završen - to je optimalni prozor za ugasevanje luka. Ekstenzivni testovi su potvrdili da je idealna razmak za prekid 3–4 mm. Ako se nulta struja desi u tom trenutku, gustoća metalnih para brzo opada, a dielektrička čvrstoća između rastojanja brzo se obnavlja, rezultirajući uspješnim prekidom. Pogonska sila u ovoj drugoj fazi je otvarajuća opruga.

U trofaznom sistemu, ako se ugasevanje luka desi na prvom nultom prekidu struje, vreme trajanja luka iznosi približno 3 ms (pretpostavljajući da se kontakti razdvajaju na sredini između dva nultih prekida, kada je rastojanje dovoljno veliko). Da bi se postiglo ugasevanje na 3–4 mm rastojanju, prosječna brzina otvaranja tijekom ove faze trebala biti 0.8–1.1 m/s. Pretvoreno u češće korišteno mjerenje od 6 mm, ekvivalentna prosječna brzina otvaranja iznosi oko 1.1–1.3 m/s - opseg široko prihvaćen u vakuumskim prekidačima širom svijeta. Međutim, ovi podaci dobiveni su iz mehaničkih operativnih testova bez opterećenja. Tijekom prekidanja visokih struja, stvarna brzina otvaranja značajno je veća zbog dodatne elektromagnetske odbojne sile koja doprinosi kretanju kontakata. Rezultat toga je da se pokretni kontakt može pomaknuti 6–8 mm u istom vremenskom okviru.

Da bi se smanjilo vreme trajanja luka, u drugoj fazi trebaju se primijeniti posebne mere prigušenja kako bi se brzo smanjila brzina provodne šipke. Vrijeme aktivacije ulja za prigušenje mora biti pažljivo kontrolirano. Prva faza zahtijeva brzo razdvajanje, ali otvarajuća opruga još nije potpuno aktivirana. U drugoj fazi, brzina treba biti smanjena - otvarajuća opruga ne smije biti previše jakoj, jer će to sprečiti smanjenje brzine, produžiti vreme trajanja luka i komplicirati treću fazu.

Faza 3: Oscilacije (8–11 mm)
Zbog malog rastojanja između kontakata i kratkog vremena otvaranja vakuumskih prekidača, brzo kretanje kontakata mora biti zaustavljeno u vrlo kratkom vremenu. Bez obzira na metodu prigušenja, stopa promjene brzine ostaje visoka, čime se neizbežan jake mehaničke udarne sile. Ostatak vibracija obično traje oko 30 ms. Trenutno, domaći i međunarodni vakuumski prekidači imaju oko 10–12 ms da se pokretni kontakt razdvoji i uđe u zonu vibracija, dok je vreme trajanja luka tipično 12–15 ms. Jasno, lokalno taložena površina kontakta počinje hladiti i čvrstiti tek nakon uđuća u zonu vibracija. Ova intenzivna vibracija neizbežno ispršuje taloženi metal, formirajući oštre izbočene na površini kontakta i ostavljajući suspendirane metaličke čestice između kontakata - ključni spoljni faktori koji doprinose ponovnom zapaljenju. Takve greške u dizajnu često nisu u potpunosti otkrivene u ograničenim tipovima testova, što dovodi do nedostatka svijesti o ovom problemu duže vrijeme.

Zaključak
Dizajneri vakuumskih prekidača moraju pažljivo pratiti cijeli proces razdvajanja kontakata. Ključne strategije uključuju: smanjenje mase pokretnih dijelova, povećanje brzine inicijalnog otvaranja, brzo smanjenje brzine u drugoj fazi i smanjenje vremena trajanja luka kako bi se luka ugasio prije nego što se kontakti uđu u zonu vibracija. To pruža dovoljno vremena za hlađenje površine kontakta i smanjuje intenzitet vibracija. Dobro dizajniran profil razdvajanja - u skladu s tim mehaničkim i električnim principima - značajno poboljšava i mehaničku i električku životnu dobu, poboljšavajući ukupnu pouzdanost i performanse.