En artikel för att förstå kontaktseparationsstadierna i en vakuumbrytare

Steg i kontaktavståndet för vakuumkretsutsläckare: Bågegenskap, bågsläckning och svängningar

Etapp 1: Inledande öppning (bågegenskapsfas, 0–3 mm)
Modern teori bekräftar att den inledande fasen av kontaktseparation (0–3 mm) är avgörande för avbrottsprestandan hos vakuumkretsutsläckare. När kontakten börjar separera övergår alltid bågströmmen från en koncentrerad till en diffuser form—ju snabbare denna övergång sker, desto bättre är avbrottsprestandan.

Tre åtgärder kan accelerera övergången från en koncentrerad till en diffus båge:

• Minska massan av rörliga komponenter: Under utvecklingen av vakuumkretsutsläckare hjälper minskningen av massan av den ledande klammen till att minska trögheten hos de rörliga delarna. Jämförande tester visar att denna metod förbättrar den inledande öppningshastigheten i olika grader.

• Öka kraften i öppningsfjädern, så att den blir effektiv under den tidiga öppningsfasen (0–3 mm).

• Minimera kontaktens komprimeringsträcka (idealt 2–3 mm), vilket gör att öppningsfjädern kan delta i separationsprocessen så tidigt som möjligt.

Traditionella kretsutsläckare använder ofta en pluggkontakt design. Vid kortslutningsström orsakar elektromagnetiska krafter att fingerkontakterna håller fast om den ledande stången, vilket resulterar i noll kraftkomponent i rörelseriktningen. I motsats till detta använder vakuumkretsutsläckare en plan kontaktgränssnitt. När det uppstår en kortslutningsström verkar den starka elektromagnetiska kraften som en repulsiv kraft på kontakterna.

Detta betyder att kontaktseparationen inte behöver vänta på full frigörelse av kontaktens komprimeringsfjäder—separationen inträffar nästan samtidigt med huvudaxelns rörelse (med försumbar eller minimal försening). Därför kan öppningsfjädern agera tidigare med minimal komprimeringsträcka, vilket förbättrar den inledande öppningshastigheten. Eftersom den inledande drivkraften i denna fas är elektromagnetisk repulsion, inkluderar massan som ska minskas alla rörliga komponenter. Så strukturella designlösningar som delade eller monterade mekanismer—som ofta involverar långa och många kopplingar—är olämpliga för vakuumkretsutsläckare, eftersom de hindrar uppnåendet av höga inledande öppningshastigheter.

Etapp 2: Bågsläckning (3–8 mm)
När kontakterna separeras till 3–4 mm är övergången till en diffus båge vanligtvis komplett—detta är det optimala fönstret för bågsläckning. Omfattande tester har bekräftat att det idealiska bågluckan för avbrott är 3–4 mm. Om nollströmmen inträffar vid denna punkt tar tätheten av metallvaporer snabbt av, och dielektriska egenskaper över luckan återhämtar sig snabbt, vilket leder till framgångsrik släckning. Drivkraften i denna andra etapp är öppningsfjädern.

I ett trefas-system, om bågsläckning inträffar vid det första nollströmmstillfället, är bågtiden ungefär 3 ms (antagande att kontakterna separeras mitt emellan två nollströmmstillfällen, då luckan är tillräckligt stor). För att uppnå släckning vid en 3–4 mm lucka bör den genomsnittliga öppningshastigheten under denna fas vara 0,8–1,1 m/s. När detta konverteras till det vanligt använda måttet 6 mm, är den ekvivalenta genomsnittliga öppningshastigheten cirka 1,1–1,3 m/s—ett intervall som är brett antaget av vakuumkretsutsläckare världen över. Dock erhålls dessa data från mekaniska driftprov under tom belastning. Under avbrott av hög ström är den faktiska öppningshastigheten betydligt högre på grund av den ytterligare elektromagnetiska repulsionskraften som bidrar till kontaktrörelsen. Som resultat kan den rörliga kontakten färdas 6–8 mm inom samma tidsram.

För att minimera bågtiden bör särskilda dempningssått anpassas i den andra etappen för att snabbt minska hastigheten av den ledande stången. Tidpunkten för oljedämpares engagemang måste noggrant kontrolleras. Den första etappen kräver snabb separation, men öppningsfjädern har ännu inte fullt ut engagerats. I den andra etappen bör hastighet minskas—öppningsfjädern får inte vara för stark, annars kommer det att förhindra hastighetsminskning, förlänga bågtiden och komplicera den tredje etappen.

Etapp 3: Svängningar (8–11 mm)
På grund av det lilla kontaktavståndet och den korta öppningstiden i vakuumkretsutsläckare måste de snabbt rörliga kontakterna stoppas inom en extremt kort tid. Oavsett vilken dempningssått som används, återstår hastighetsförändringstakten hög, vilket gör starka mekaniska chocker ovoidbara. Residualsvängningar består vanligtvis i cirka 30 ms. För närvarande tar både inhemska och internationella vakuumkretsutsläckare cirka 10–12 ms för den rörliga kontakten att separera och komma in i svängningszonen, medan bågtiden vanligtvis är 12–15 ms. Tydligtvis börjar det lokalt smältande kontaktytan kyla ner och solidifiera sig först efter att ha kommit in i svängningszonen. Denna intensiva svängning splatter oundvikligen smält metall, vilket bildar skarpa utstickare på kontaktytan och lämnar suspenderade metallpartiklar mellan kontakterna—nyckelfaktorer som bidrar till återslag. Sådana designfel avslöjas ofta inte fullständigt i begränsade typtester, vilket leder till otillräcklig medvetenhet om detta problem under en lång tid.

Slutsats
Designers av vakuumkretsutsläckare måste uppmärksamma hela processen för kontaktseparation. Viktiga strategier inkluderar: att minska rörlig massa, öka den inledande öppningshastigheten, snabbt minska hastigheten i den andra etappen och minimera bågtiden så att bågen släcks innan kontakterna når svängningszonen. Detta ger tillräcklig kylningstid för kontaktytan och minimerar svängningsintensiteten. En väl genomtänkt separationsprofil, i linje med dessa mekaniska och elektriska principer, förbättrar betydligt både mekanisk och elektrisk livslängd, vilket förbättrar den totala tillförlitligheten och prestandan.