Un article per entendre com seleccionar els paràmetres mecànics dels interruptors de circuit baix vaci

1. Forat de contact nominal

Quan un interrumpidor de vaciu està en posició oberta, la distància entre els contactes mòbil i fix dins del interruptor de vaciu s'anomena forat de contacte nominal. Aquest paràmetre es veu influït per diversos factors, inclosos el voltatge nominal de l'interrupidor, les condicions d'operació, la naturalesa de la corrent d'interrupció, el material dels contactes i la resistència dielèctrica del forat de vaciu. Principalment depèn del voltatge nominal i el material dels contactes.

El forat de contacte nominal afecta significativament el rendiment aïllant. A mesura que augmenta el forat des de zero, millora la resistència dielèctrica. No obstant això, més enllà d'un cert punt, augmentar el forat produeix menys beneficis en el rendiment aïllant i pot reduir greument la vida mecànica de l'interruptor.

Basant-nos en l'experiència d'instal·lació, operació i manteniment, els rangs típics de forat de contacte nominal són:

• 6kV i inferior: 4–8 mm

• 10kV i inferior: 8–12 mm

• 35kV: 20–40 mm

2. Recorregut del contacte (sobrecarrer)

El recorregut del contacte s'ha de seleccionar per assegurar que es manté una pressió de contacte suficient fins i tot després de l'usura del contacte. També proporciona a l'contacte mòbil una energia cinètica inicial durant l'obertura, augmentant la velocitat inicial d'obertura per trencar les unions soldades, reduir el temps d'arc i accelerar la recuperació dielèctrica. Durant la tancada, permet que la molla del contacte proporcioni un ammortigament suau, minimitzant el reboteig del contacte.

Si el recorregut del contacte és massa petit:

• Pressió de contacte insuficient després de l'usura

• Velocitat inicial d'obertura baixa, afectant la capacitat de trencament i la estabilitat tèrmica

• Reboteig i vibració severa durant la tancada

Si el recorregut del contacte és massa gran:

• Es requereix més energia per tancar

• S'atura la fiabilitat de l'operació de tancada

Normalment, el recorregut del contacte és el 20%–40% del forat de contacte nominal. Per als interruptors de vaciu de 10kV, això sol ser 3–4 mm.

3. Pressió d'operació del contacte

La pressió d'operació dels contactes d'un interruptor de vaciu té un impacte significatiu en el rendiment. És la suma de la força de tancament inherent del interruptor de vaciu i la força de la molla del contacte. La selecció adequada ha de complir quatre requisits:

• Mantenir la resistència del contacte dins dels límits especificats

• Complir amb els requisits de les proves de estabilitat dinàmica

• Suprimir el reboteig de tancada

• Reducir la vibració d'obertura

La tancada sota corrent de curtcircuit és la condició més exigent: les corrents pre-arc generen repulsió electromagnètica, causant reboteig del contacte, mentre que la velocitat de tancada és la més baixa. Aquest escenari prova críticament si la pressió del contacte és suficient.

Si la pressió del contacte és massa baixa:

• Temps de reboteig de tancada més llarg

• Resistència més alta al circuit principal, conduint a un augment excessiu de temperatura durant l'operació contínua

Si la pressió del contacte és massa alta:

• Força de la molla més gran (ja que la força de tancament inherent és constant)

• Requeriment d'energia de tancament més alt

• Impacte i vibració més grans sobre el interruptor de vaciu, arriescant-ne el dany

En la pràctica, la força electromagnètica del contacte no només depèn de la corrent de curtcircuit màxima, sinó també de l'estructura, la mida, la duresa i la velocitat d'obertura del contacte. És essencial un enfocament integral.

Dades empíriques de la pressió del contacte basades en la corrent d'interrupció:

• 12.5 kA: 50 kg

• 16 kA: 70 kg

• 20 kA: 90–120 kg

• 31.5 kA: 140–180 kg

• 40 kA: 230–250 kg

4. Velocitat d'obertura

La velocitat d'obertura afecta directament la velocitat de recuperació de la resistència dielèctrica després de la corrent zero. Si la recuperació de la resistència dielèctrica és més lenta que la tensió de recuperació creixent, pot produir-se la re-ignició de l'arc. Per evitar la re-ignició i minimitzar el temps d'arc, una velocitat d'obertura adequada és essencial.

La velocitat d'obertura depèn principalment del voltatge nominal. Per a un voltatge i un forat de contacte fixos, la velocitat requerida varia amb la corrent d'interrupció, el tipus de càrrega i la tensió de recuperació. Les corrents d'interrupció més altes i les corrents capacitatives (amb una tensió de recuperació elevada) requereixen velocitats d'obertura més altes.

Velocitat d'obertura típica per als interruptors de vaciu de 10kV: 0,8–1,2 m/s, sovint superant els 1,5 m/s.

En la pràctica, la velocitat inicial d'obertura (mesurada en els primers mil·límetres) té un impacte més gran en el rendiment de trencament que la velocitat mitjana. Els interruptors de vaciu de alt rendiment i de 35kV sovint especifiquen aquesta velocitat inicial.

Si bé una velocitat més alta sembla beneficiosa, una velocitat excessiva augmenta la vibració d'obertura i el sobrecarrer, intensificant la tensió sobre la campana i provocant una fatiga prematura i fuites. També augmenta la tensió mecànica sobre el mecanisme, arriescant el fallament dels components.

5. Velocitat de tancada

Degut a la resistència dielèctrica estàtica elevada dels interruptors de vaciu al forat nominal, la velocitat de tancada requerida és significativament més baixa que la velocitat d'obertura. Una velocitat de tancada adequada és necessària per minimitzar l'erosió elèctrica pre-arc i prevenir la soldadura dels contactes. No obstant això, una velocitat de tancada excessiva augmenta l'energia de tancada i sotmet l'interruptor a un impacte més gran, reduint la vida útil.

Velocitat de tancada típica per als interruptors de vaciu de 10kV: 0,4–0,7 m/s, fins a 0,8–1,2 m/s si és necessari.

6. Temps de reboteig de tancada

El temps de reboteig de tancada és un indicador clau del rendiment dels interruptors de vaciu. Es veu influït per la pressió del contacte, la velocitat de tancada, el forat de contacte, el material del contacte, el disseny del interruptor, la estructura de l'interruptor i la qualitat de l'instal·lació/ajust.

Un temps de reboteig més curt indica un millor rendiment. Un reboteig excessiu causa una erosió elèctrica severa, augmenta el risc d'hipertensió i pot conduir a la soldadura dels contactes durant les operacions de curtcircuit o commutació de condensadors, així com en les proves de estabilitat tèrmica. Un reboteig prolongat també acelera la fatiga de la campana.

Per als interruptors de vaciu de 10kV amb contactes de cobre-cromi, el temps de reboteig de tancada no hauria de superar els 2 ms. Per a altres materials, pot ser lleugerament superior, però no hauria de superar els 5 ms.

7. Sincronització de tres pols

La sincronització de tres pols mesura el grau de simultaneïtat en la tancada o obertura dels tres pols. Com que els valors de sincronització d'obertura i tancada són similars, normalment només es especifica la sincronització de tancada.

Una sincronització pobra afecta greument la capacitat de trencament i allarga el temps d'arc. Degut a les velociutats d'operació ràpides i els forats petits, l'ajust precís pot satisfer fàcilment els requisits. La sincronització de tancada generalment s'exigeix que sigui dins de 1 ms.

8. Alineació dels contactes mòbils i fixos (coaxialitat)

L'alineació coaxial correcta dels contactes mòbils i fixos és crítica per al rendiment dels interruptors de vaciu i s'assegura a través de la precisió de fabricació. Si aquesta alineació es manté després de la instal·lació depèn del tipus de mecanisme d'operació i el procés d'ensamblatge.

Per als mecanismes suspesos, l'alineació es determina principalment pel mateix mecanisme. Per als de tipus de sostre, l'alineació mecànica és igualment important. Durant la instal·lació, s'ha d'evitar aplicar forces de cisallament o laterals al interruptor.

Tolerància coaxial típica: ≤2 mm.