Една статия за разбиране как да избирате механичните параметри на вакуумни прекъсвачи

1. Номинално контактно разстояние

Когато вакуумен прекъсвач е в отворено състояние, разстоянието между движещият и неподвижния контакт във вакуумния прекъсвач се нарича номинално контактно разстояние. Този параметър е влияет от няколко фактора, включително номиналното напрежение на прекъсвача, условията за работа, характерът на прекъсваната токова вълна, материалът на контакти и диелектричната способност на вакуумното разстояние. Той предимно зависи от номиналното напрежение и материала на контактите.

Номиналното контактно разстояние значително влияе върху изолационната способност. Като разстоянието се увеличава от нула, диелектричната способност се подобрява. Обаче, след определена точка, допълнителното увеличаване на разстоянието води до намалена полза в изолационната способност и може сериозно да намали механичния живот на прекъсвача.

На основата на опит от инсталиране, използване и поддръжка, типични номинални контактни разстояния са:

• до 6кВ: 4–8 мм

• до 10кВ: 8–12 мм

• 35кВ: 20–40 мм

2. Път на контакт (Прехлабване)

Пътът на контакт трябва да бъде избран така, че да се осигури достатъчно контактно налягане дори след износ на контактите. Той предоставя на движещия контакт начална кинетична енергия при отваряне, което увеличава началната скорост на отваряне, за да се разцепят сварени връзки, намали времето на дуга и ускори диелектричното възстановяване. По време на затваряне позволява на контактната пружина да предостави плавно амортизиране, минимизирайки подскачането на контактите.

Ако пътят на контакт е твърде малък:

• недостатъчно контактно налягане след износ

• ниска начална скорост на отваряне, влияеща върху капацитета за прекъсване и термичната стабилност

• сериозно подскачане и вибрация при затваряне

Ако пътят на контакт е твърде голям:

• увеличена необходима енергия за затваряне

• намалена надеждност на операцията за затваряне

Типично, пътят на контакт е 20%–40% от номиналното контактно разстояние. За 10кВ вакуумни прекъсвачи, това обикновено е 3–4 мм.

3. Действащо контактно налягане

Действащото налягане на контактите на вакуумния прекъсвач има значително влияние върху производителността. То е сбор от вградената самозатваряща сила на вакуумния прекъсвач и силата на контактната пружина. Правилното избиране трябва да отговаря на четири изисквания:

• поддържане на контактното съпротивление в зададени граници

• удовлетворяване на изискванията за динамична стабилност

• подавяне на подскачането при затваряне

• намаление на вибрациите при отваряне

Затварянето при коротко замыкание е най-строго условие: преходните токове генерират електромагнитно отблъскване, причинявайки подскачане на контактите, докато скоростта на затваряне е най-ниска. Тази ситуация критично тества дали контактното налягане е достатъчно.

Ако контактното налягане е твърде ниско:

• увеличено време на подскачане при затваряне

• по-високо съпротивление на главния контур, довеждащо до прекомерно температурно повишаване при продължителна работа

Ако контактното налягане е твърде високо:

• увеличена пружинна сила (тъй като самозатварящата сила е постоянна)

• по-висока необходима енергия за затваряне

• по-голямо удържане и вибрации върху вакуумния прекъсвач, рискувайки повреди

На практика, контактната електромагнитна сила зависи не само от върха на короткото замыкание, но и от контактната конструкция, размер, твърдост и скорост на отваряне. Комплексен подход е съществен.

Емпирични данни за контактното налягане въз основа на прекъснатия ток:

• 12.5 кА: 50 кг

• 16 кА: 70 кг

• 20 кА: 90–120 кг

• 31.5 кА: 140–180 кг

• 40 кА: 230–250 кг

4. Скорост на отваряне

Скоростта на отваряне директно влияе върху скоростта, с която диелектричната способност се възстановява след нулевия ток. Ако възстановяването на диелектричната способност е по-бавно от нарастването на възстановяването на напрежението, може да се появи повторна дуга. За да се предотврати повторната дуга и да се минимизира времето на дуга, е необходимо адекватна скорост на отваряне.

Скоростта на отваряне зависи предимно от номиналното напрежение. При фиксирано напрежение и контактно разстояние, необходимата скорост варира с прекъснатия ток, типа на нагрузката и възстановяването на напрежението. По-висок прекъснат ток и кондензаторни токове (с високо възстановяване на напрежението) изискват по-висока скорост на отваряне.

Типична скорост на отваряне за 10кВ вакуумни прекъсвачи: 0.8–1.2 м/с, понякога надхвърля 1.5 м/с.

На практика, началната скорост на отваряне (измерена през първите няколко милиметра) има по-голямо влияние върху производителността при прекъсване от средната скорост. Високопроизводителните и 35кВ вакуумни прекъсвачи често специфицират тази начална скорост.

Макар че по-висока скорост изглежда е благоприятна, прекомерна скорост увеличава вибрациите и прехлабването, засилва напрежението върху гъвкемите и води до преждевременно уморяване и изтичане. Това също увеличава механичното напрежение върху механизма, рисквайки повреда на компонентите.

5. Скорост на затваряне

Благодарение на високата статична диелектрична способност на вакуумните прекъсвачи при номинално разстояние, необходимата скорост на затваряне е значително по-ниска от скоростта на отваряне. Адекватна скорост на затваряне е необходима, за да се минимизира електрическата ерозия преди дугата и да се предотврати сваряването на контактите. Обаче, прекомерна скорост на затваряне увеличава енергията за затваряне и подлага прекъсвача на по-голямо удържане, намалявайки срока на служба.

Типична скорост на затваряне за 10кВ вакуумни прекъсвачи: 0.4–0.7 м/с, до 0.8–1.2 м/с, ако е необходимо.

6. Време на подскачане при затваряне

Времето на подскачане при затваряне е ключов показател за производителността на вакуумните прекъсвачи. То е влияет от контактното налягане, скоростта на затваряне, контактното разстояние, материалът на контактите, конструкцията на прекъсвача, конструкцията на устройството и качеството на инсталацията/регулировката.

По-кратко време на подскачане указва по-добра производителност. Прекомерно подскачане причинява сериозна електрическа ерозия, увеличава риска от прехвърлено напрежение и може да доведе до сваряване на контактите по време на коротко замыкание или комутация на кондензатори, както и при тестове за термична стабилност. Длъчно подскачане също ускорява уморяването на гъвкемите.

За 10кВ вакуумни прекъсвачи с медно-хромови контактите, времето на подскачане при затваряне не трябва да надхвърля 2 мс. За други материали, то може да бъде леко по-високо, но не трябва да надхвърля 5 мс.

7. Трите-фазно синхронизиране

Трите-фазно синхронизиране измерва степента на едновременното затваряне или отваряне на трите фази. Тъй като стойностите за синхронизиране при отваряне и затваряне са подобни, обикновено се специфицира само синхронизиране при затваряне.

Лошото синхронизиране сериозно влияе върху капацитета за прекъсване и удължава времето на дуга. Благодарение на бързите скорости на работа и малките разстояния, точно регулиране лесно може да отговаря на изискванията. Синхронизирането при затваряне обикновено е изисквано да е в рамките на 1 мс.

8. Подравняване на движещия и неподвижния контакт (Коаксиалност)

Правилното коаксиално подравняване на движещия и неподвижния контакт е критично за производителността на вакуумните прекъсвачи и се осигурява чрез точността на производството. Дали това подравняване се запазва след инсталацията зависи от типа на операционния механизъм и процеса на монтаж.

За висящи механизми, подравняването е предимно определено от самия механизъм. За монтажни механизми, механичното подравняване е равно важно. По време на инсталацията, избягвайте прилагането на странични или поперечни сили върху прекъсвача.

Типична толерантност на коаксиалност: ≤2 мм.