Одна стаття для розуміння етапів роз’єднання контактів вакуумного автоматичного вимикача

Етапи роз’єднання контактів вакуумного вимикача: початок дуги, згасання дуги та коливання

Етап 1: Попереднє відкриття (фаза початку дуги, 0–3 мм)
Сучасна теорія підтверджує, що фаза початкового роз’єднання контактів (0–3 мм) є критично важливою для переривального виконання вакуумних вимикачів. На початку роз’єднання контакти завжди переходять від стислого режиму до розсіяного — чим швидше цей перехід, тим краще виконання переривання.

Три міри можуть прискорити перехід від стислої до розсіяної дуги:

• Зменшення маси рухомих компонентів: під час розробки вакуумних вимикачів зменшення маси провідного зажиму допомагає зменшити інерцію рухомих частин. Порівняльні випробування показують, що цей підхід покращує швидкість початкового відкриття у різної міри.

• Збільшення сили відкриваючої пружини, забезпечуючи її ефективність на ранньому етапі відкриття (0–3 мм).

• Мінімізація ходу стиснення контактів (оптимально 2–3 мм), щоб відкриваюча пружина могла брати участь у процесі роз’єднання якомога раніше.

Традиційні вимикачі зазвичай використовують конструкцію з’єднувальних контактів. При короткозамкненні електромагнітні сили призводять до того, що пальцеві контакти сильно облягають провідний стержень, що призводить до нульової складової сили в напрямку руху. Натомість, вакуумні вимикачі використовують плоский контактний інтерфейс. Коли виникає короткозамкнення, сильна електромагнітна сила діє як відштовхуюча сила на контакти.

Це означає, що роз’єднання контактів не потребує повного звільнення стисненої пружини — роз’єднання відбувається майже одночасно з рухом головного валу (з незначним або мінімальним запізненням). Тому, при мінімальному ходу стиснення, відкриваюча пружина може діяти раніше, підвищуючи швидкість початкового відкриття. Оскільки початкова привідна сила на цьому етапі — це електромагнітне відштовхування, маса, яка має бути мінімізована, включає всі рухомі компоненти. Тому конструктивні рішення, такі як роздільні або збірні механізми, які часто включають довгі та численні зв'язки, непридатні для вакуумних вимикачів, оскільки заваджують досягненню високої швидкості початкового відкриття.

Етап 2: Згасання дуги (3–8 мм)
Коли контакти роз’єднуються на 3–4 мм, перехід дуги до розсіяного режиму зазвичай завершений — це оптимальне вікно для згасання дуги. Широкі випробування підтвердили, що оптимальний розривний зазор для переривання становить 3–4 мм. Якщо нульова точка струму відбувається в цей момент, густина металевого пару швидко зменшується, а диелектрична стійкість через зазор швидко відновлюється, що призводить до успішного переривання. Привідна сила на цьому другому етапі — це відкриваюча пружина.

У трифазній системі, якщо згасання дуги відбувається на першій нульовій точці струму, тривалість дуги становить приблизно 3 мс (припускаючи, що контакти роз’єднуються середині між двома нульовими точками, коли зазор достатньо великий). Для досягнення згасання на зазорі 3–4 мм, середня швидкість відкриття на цьому етапі має становити 0,8–1,1 м/с. При перетворенні на загальноприйняті 6 мм, еквівалентна середня швидкість відкриття становить приблизно 1,1–1,3 м/с — діапазон, широко прийнятий вакуумними вимикачами по всьому світу. Однак, ці дані отримані в результаті механічних випробувань без навантаження. Під час переривання великого струму фактична швидкість відкриття значно вища через додаткову електромагнітну відштовхувальну силу, що сприяє руху контактів. В результаті, за той же час, рухомий контакт може подолати 6–8 мм.

Для мінімізації тривалості дуги на другому етапі слід застосувати спеціальні демпфуючі заходи, щоб швидко зменшити швидкість провідного стержня. Тайминг включення масляного буфера повинен бути тщательно контролюватися. На першому етапі потрібно швидке роз’єднання, але відкриваюча пружина ще не повністю активна. На другому етапі швидкість повинна бути зменшена — відкриваюча пружина не повинна бути надто сильна, інакше вона буде заважати зменшенню швидкості, продовжувати тривалість дуги та ускладнювати третій етап.

Етап 3: Коливання (8–11 мм)
Завдяки малому контактному зазору та короткій тривалості відкриття вакуумних вимикачів, швидко рухомі контакти повинні бути зупинені в дуже короткий час. Незалежно від використаного методу демпфування, швидкість зміни швидкості залишається високою, що робить сильний механічний удар неминучим. Залишкові коливання, як правило, тривають приблизно 30 мс. Зараз, как вітчизняні, так і закордонні вакуумні вимикачі займають приблизно 10–12 мс, щоб рухомий контакт роз’єднався і відбувся в зону коливань, а тривалість дуги, як правило, становить 12–15 мс. Очевидно, що локально розплавлена поверхня контакту починає охолоджуватися та затвердівати лише після входження в зону коливань. Ці сильні коливання необхідно розплескують розплавлений метал, формуючи гострі видовищі на поверхні контакту та залишаючи підвісні металеві частинки між контактами — ключові зовнішні фактори, що сприяють повторним замиканням. Такі конструктивні недоліки часто не повністю виявляються при обмежених типових випробуваннях, що призводить до недостатньої свідомості про цю проблему протягом довгого часу.

Висновок
Проектувальники вакуумних вимикачів повинні приділяти велику увагу всьому процесу роз’єднання контактів. Ключові стратегії включають: зменшення маси рухомих частин, збільшення швидкості початкового відкриття, швидке зменшення швидкості на другому етапі та мінімізацію тривалості дуги, щоб дуга згасала перед тим, як контакти вступать у зону коливань. Це забезпечує достатній час для охолодження поверхні контактів та зменшення інтенсивності коливань. Добре спроектований профіль роз’єднання, відповідний цим механічним та електричним принципам, значно підвищує як механічний, так і електричний термін служби, покращуючи загальну надійність та продуктивність.