บทความหนึ่งเพื่อเข้าใจขั้นตอนการแยกติดต่อของเบรกเกอร์สุญญากาศ
ระยะการแยกตัวของตัวต่อวงจรป้อนไฟฟ้าในเบรกเกอร์แบบสุญญากาศ: การเริ่มต้นอาร์ค อาร์คดับ และการสั่น
ระยะที่ 1: การเปิดครั้งแรก (ระยะเริ่มต้นอาร์ค 0–3 มม.)
ทฤษฎีสมัยใหม่ยืนยันว่าระยะการแยกตัวของตัวต่อวงจรในเบรกเกอร์แบบสุญญากาศระยะแรก (0–3 มม.) เป็นสิ่งสำคัญต่อประสิทธิภาพในการตัดวงจร ในช่วงเริ่มต้นของการแยกตัวของตัวต่อวงจร กระแสอาร์คจะเปลี่ยนจากโหมดจำกัดไปเป็นโหมดกระจาย—ความเร็วในการเปลี่ยนแปลงนี้ยิ่งมากเท่าใด ประสิทธิภาพในการตัดวงจรยิ่งดีเท่านั้น
มีสามมาตรการที่สามารถเร่งการเปลี่ยนแปลงจากอาร์คจำกัดไปเป็นอาร์คกระจาย:
ลดมวลของส่วนที่เคลื่อนไหว: ในการพัฒนาเบรกเกอร์แบบสุญญากาศ การลดมวลของคลิปนำไฟฟ้าช่วยลดแรงเฉื่อยของส่วนที่เคลื่อนไหว ผลทดสอบเปรียบเทียบแสดงให้เห็นว่าวิธีนี้ช่วยเพิ่มความเร็วในการเปิดครั้งแรกในระดับต่างๆ
เพิ่มแรงของสปริงเปิด ให้มั่นใจว่ามันทำงานได้ในระยะเปิดครั้งแรก (0–3 มม.)
ลดระยะการอัดตัวของตัวต่อวงจร (โดยทั่วไป 2–3 มม.) เพื่อให้สปริงเปิดเข้าสู่กระบวนการแยกตัวได้เร็วที่สุด
เบรกเกอร์แบบดั้งเดิมมักใช้การออกแบบตัวต่อวงจรแบบเสียบ ในกรณีที่มีกระแสลัดวงจร แรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะทำให้ตัวต่อวงจรแบบปลายนิ้วจับกับแท่งนำไฟฟ้าแน่น ทำให้ไม่มีแรงประกอบในทิศทางการเคลื่อนที่ ในทางตรงกันข้าม เบรกเกอร์แบบสุญญากาศใช้ตัวต่อวงจรแบบแบน เมื่อมีกระแสลัดวงจร แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่งจะทำหน้าที่เป็นแรงขับไล่ตัวต่อวงจร
นั่นหมายความว่าการแยกตัวของตัวต่อวงจรไม่จำเป็นต้องรอให้สปริงอัดตัวของตัวต่อวงจรปล่อยออกหมด—การแยกตัวเกิดขึ้นเกือบพร้อมกับการเคลื่อนที่ของแกนหลัก (มีความหน่วงเล็กน้อยหรือไม่มี) ดังนั้น ด้วยระยะการอัดตัวที่น้อย สปริงเปิดสามารถทำงานเร็วขึ้น ทำให้เพิ่มความเร็วในการเปิดครั้งแรก ในระยะนี้แรงขับเคลื่อนแรกคือแรงขับไล่แม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นมวลที่ควรลดลงรวมถึงส่วนที่เคลื่อนไหวทั้งหมด ดังนั้นการออกแบบโครงสร้างเช่นประเภทแยกส่วนหรือกลไกประกอบ—ซึ่งมักมีลูกโซ่ยาวและหลายอัน—ไม่เหมาะสมสำหรับเบรกเกอร์แบบสุญญากาศ เพราะจะขัดขวางการบรรลุความเร็วในการเปิดครั้งแรกที่สูง
ระยะที่ 2: การดับอาร์ค (3–8 มม.)
เมื่อตัวต่อวงจรแยกออกจากกันประมาณ 3–4 มม. การเปลี่ยนแปลงอาร์คไปเป็นโหมดกระจายโดยทั่วไปแล้วเสร็จสิ้น—นี่คือช่วงเวลาที่เหมาะสมสำหรับการดับอาร์ค ผลทดสอบจำนวนมากยืนยันว่าช่องว่างอาร์คที่เหมาะสมสำหรับการตัดวงจรคือ 3–4 มม. หากกระแสเป็นศูนย์ที่จุดนี้ ความหนาแน่นของไอโลหะจะลดลงอย่างรวดเร็ว และความต้านทานทางไฟฟ้าระหว่างช่องว่างจะฟื้นฟูอย่างรวดเร็ว ทำให้การตัดวงจรสำเร็จ แรงขับเคลื่อนในระยะที่สองคือสปริงเปิด
ในระบบสามเฟส ถ้าการดับอาร์คเกิดขึ้นที่จุดกระแสเป็นศูนย์ครั้งแรก ระยะเวลาอาร์คจะประมาณ 3 มิลลิวินาที (โดยสมมติว่าตัวต่อวงจรแยกออกจากกันระหว่างจุดกระแสเป็นศูนย์สองจุด โดยที่ช่องว่างใหญ่พอ) ในการดับอาร์คที่ช่องว่าง 3–4 มม. ความเร็วเฉลี่ยในการเปิดในระยะนี้ควรอยู่ที่ 0.8–1.1 เมตร/วินาที เมื่อแปลงเป็นหน่วยที่ใช้ทั่วไปคือ 6 มม. ความเร็วเฉลี่ยที่เท่ากันคือประมาณ 1.1–1.3 เมตร/วินาที—ช่วงที่ถูกยอมรับอย่างกว้างขวางในเบรกเกอร์แบบสุญญากาศทั่วโลก อย่างไรก็ตาม ข้อมูลนี้ได้มาจากทดสอบการทำงานเชิงกลภายใต้สภาพไม่มีโหลด ในการตัดวงจรกระแสสูง ความเร็วในการเปิดจริงจะสูงกว่ามากเนื่องจากแรงขับไล่แม่เหล็กไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นช่วยในการเคลื่อนที่ของตัวต่อวงจร ดังนั้น ในช่วงเวลาเดียวกัน ตัวต่อวงจรอาจเคลื่อนที่ 6–8 มม.
เพื่อลดระยะเวลาอาร์ค ควรใช้มาตรการลดแรงสั่นสะเทือนพิเศษในระยะที่สองเพื่อลดความเร็วของแท่งนำไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว จังหวะการเข้าทำงานของน้ำมันกันกระแทกต้องควบคุมอย่างระมัดระวัง ระยะที่หนึ่งต้องการการแยกตัวอย่างรวดเร็ว แต่สปริงเปิดยังไม่ได้ทำงานเต็มที่ ในระยะที่สอง ความเร็วควรลดลง—สปริงเปิดไม่ควรแข็งแรงเกินไป มิฉะนั้นจะทำให้ความเร็วลดลงยาก ทำให้ระยะเวลาอาร์คยาวนานขึ้น และทำให้ระยะที่สามซับซ้อน
ระยะที่ 3: การสั่น (8–11 มม.)
เนื่องจากช่องว่างตัวต่อวงจรที่เล็กและความยาวเวลาในการเปิดที่สั้นในเบรกเกอร์แบบสุญญากาศ ตัวต่อวงจรที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วต้องหยุดภายในระยะเวลาที่สั้นมาก ไม่ว่าจะใช้วิธีการลดแรงสั่นสะเทือนใด ความเร็วในการเปลี่ยนแปลงยังคงสูง ทำให้แรงกระแทกทางกลไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ การสั่นสะเทือนที่เหลืออยู่โดยทั่วไปจะคงอยู่ประมาณ 30 มิลลิวินาที ปัจจุบัน ทั้งเบรกเกอร์แบบสุญญากาศในประเทศและต่างประเทศใช้เวลาประมาณ 10–12 มิลลิวินาทีสำหรับตัวต่อวงจรที่เคลื่อนที่เพื่อแยกตัวและเข้าสู่เขตสั่นสะเทือน ในขณะที่ระยะเวลาอาร์คโดยทั่วไปคือ 12–15 มิลลิวินาที ชัดเจนว่าผิวตัวต่อวงจรที่ละลายในท้องถิ่นเริ่มเย็นและแข็งตัวหลังจากเข้าสู่เขตสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนที่รุนแรงนี้ทำให้โลหะที่ละลายกระเด็น สร้างยอดแหลมบนผิวตัวต่อวงจรและทิ้งอนุภาคโลหะที่ลอยอยู่ระหว่างตัวต่อวงจร—ซึ่งเป็นปัจจัยภายนอกหลักที่ทำให้เกิดการติดต่อใหม่ การออกแบบที่มีข้อบกพร่องเช่นนี้มักไม่ปรากฏในทดสอบชนิดที่จำกัด ทำให้มีความตระหนักในประเด็นนี้ไม่เพียงพอเป็นเวลานาน
สรุป
นักออกแบบเบรกเกอร์แบบสุญญากาศต้องให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดกับกระบวนการแยกตัวของตัวต่อวงจรทั้งหมด กลยุทธ์หลักรวมถึง: ลดมวลของส่วนที่เคลื่อนไหว เพิ่มความเร็วในการเปิดครั้งแรก ลดความเร็วอย่างรวดเร็วในระยะที่สอง และลดระยะเวลาอาร์คเพื่อให้อาร์คดับก่อนที่ตัวต่อวงจรจะเข้าสู่เขตสั่นสะเทือน นี่จะให้เวลาในการทำความเย็นเพียงพอสำหรับผิวตัวต่อวงจรและลดความรุนแรงของการสั่นสะเทือน การออกแบบการแยกตัวที่ดี—ที่สอดคล้องกับหลักการเชิงกลและไฟฟ้า—จะช่วยเพิ่มอายุการใช้งานทางกลและไฟฟ้าอย่างมาก ทำให้ความน่าเชื่อถือและการทำงานโดยรวมดีขึ้น
