Jedna článek k pochopení, jak vybírat mechanické parametry vakuových vypínačů

1. Nominální vzdálenost kontaktů

Když je vakuumový spínač v otevřené poloze, vzdálenost mezi pohyblivým a pevným kontaktem uvnitř vakuumového přerušovače se nazývá nominální vzdálenost kontaktů. Tento parametr ovlivňuje několik faktorů, včetně nominálního napětí spínače, provozních podmínek, povahy přerušovaného proudu, materiálu kontaktů a dielektrické síly vakuumového prostoru. Závisí především na nominálním napětí a materiálu kontaktů.

Nominální vzdálenost kontaktů zásadně ovlivňuje izolační vlastnosti. S rostoucí vzdáleností od nuly se zlepšuje dielektrická síla. Nicméně, po určitém bodě další zvětšení vzdálenosti přináší klesající výnosy v izolačních vlastnostech a může závažně snížit mechanickou životnost přerušovače.

Na základě zkušeností s instalací, provozem a údržbou jsou typické rozsahy nominální vzdálenosti kontaktů:

• 6 kV a nižší: 4–8 mm

• 10 kV a nižší: 8–12 mm

• 35 kV: 20–40 mm

2. Pohyb kontaktu (Přetěk)

Pohyb kontaktu musí být vybrán tak, aby byl i po opotřebení kontaktů udržen dostatečný kontaktní tlak. Poskytuje také pohyblivému kontaktu počáteční kinetickou energii při otevírání, což zvyšuje počáteční rychlost otevírání pro přerušení spojení, snižuje dobu obloukového hoření a urychluje dielektrickou obnovu. Při zavírání umožňuje kontaktové pružině poskytnout hladké amortizace, minimalizující otřesy kontaktu.

Pokud je pohyb kontaktu příliš malý:

• Nedostatečný kontaktní tlak po opotřebení

• Nízká počáteční rychlost otevírání, ovlivňující přerušovací schopnost a tepelnou stabilitu

• Závažné otřesy a vibrace při zavírání

Pokud je pohyb kontaktu příliš velký:

• Zvýšená potřeba energie pro zavírání

• Snížená spolehlivost operace zavírání

Typicky je pohyb kontaktu 20%–40% nominální vzdálenosti kontaktů. Pro 10 kV vakuumové spínače to obvykle činí 3–4 mm.

3. Kontaktní pracovní tlak

Pracovní tlak kontaktů vakuumového spínače má zásadní vliv na výkon. Je to součet vlastního uzavíracího tlaku vakuumového přerušovače a tlaku kontaktové pružiny. Správné volby musí splňovat čtyři požadavky:

• Udržení kontaktního odporu v určených mezích

• Splnění požadavků dynamických stabilitních zkoušek

• Potlačení otřesů při zavírání

• Snížení vibrací při otevírání

Zavírání za krátkého zapojení je nejvíce náročnou situací: předobloukové proudy generují elektromagnetickou odpuzující sílu, která způsobuje otřesy kontaktů, zatímco rychlost zavírání je nejnižší. Tato situace klíčově testuje, zda je kontaktní tlak dostatečný.

Pokud je kontaktní tlak příliš nízký:

• Zvýšená doba otřesů při zavírání

• Vyšší odpor hlavního obvodu, vedoucí k nadměrnému teplotnímu nárůstu při nepřetržitém provozu

Pokud je kontaktní tlak příliš vysoký:

• Zvýšená síla pružiny (protože vlastní uzavírací síla je konstantní)

• Vyšší požadavek na energii pro zavírání

• Větší dopad a vibrace na vakuumový přerušovač, což může vést k poškození

V praxi závisí kontaktní elektromagnetická síla nejen na vrcholovém krátkozávodním proudu, ale také na struktuře kontaktu, jeho velikosti, tvrdosti a rychlosti otevírání. Je nezbytný komplexní přístup.

Empirická data pro kontaktní tlak na základě přerušovaného proudu:

• 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. Rychlost otevírání

Rychlost otevírání přímo ovlivňuje rychlost, s jakou se po dosažení nulového proudu obnovuje dielektrická síla. Pokud je obnova dielektrické síly pomalejší než stoupající obnovovací napětí, může dojít k znovunarození oblouku. Aby se zabránilo znovunarození a minimalizovala doba obloukového hoření, je nezbytná dostatečná rychlost otevírání.

Rychlost otevírání závisí především na nominálním napětí. Pro dané napětí a vzdálenost kontaktů se požadovaná rychlost liší v závislosti na přerušovaném proudu, typu zátěže a obnovovacím napětí. Vyšší přerušované proudy a kapacitní proudy (s vysokým obnovovacím napětím) vyžadují vyšší rychlosti otevírání.

Typická rychlost otevírání pro 10 kV vakuumové spínače: 0,8–1,2 m/s, někdy přesahuje 1,5 m/s.

V praxi má počáteční rychlost otevírání (změřená na prvních několika milimetrech) větší vliv na přerušovací výkon než průměrná rychlost. Vysokovýkonné a 35 kV vakuumové spínače často specifikují tuto počáteční rychlost.

I když zdánlivě vyšší rychlost přináší výhody, příliš vysoká rychlost zvyšuje vibrace a přetěk, což zvyšuje namáhání na běložích a vede k předčasnému unavení a úniku. Zvyšuje také mechanické namáhání mechanismu, což může vést k selhání komponent.

5. Rychlost zavírání

Díky vysoké statické dielektrické síle vakuumových přerušovačů v nominální vzdálenosti kontaktů je požadovaná rychlost zavírání výrazně nižší než rychlost otevírání. Dostatečná rychlost zavírání je nezbytná k minimalizaci elektrické eroze před obloukem a prevenci sváření kontaktů. Nicméně, příliš vysoká rychlost zavírání zvyšuje energii pro zavírání a podrobuje přerušovač většímu dopadu, což snižuje životnost.

Typická rychlost zavírání pro 10 kV vakuumové spínače: 0,4–0,7 m/s, až 0,8–1,2 m/s, pokud je to nutné.

6. Čas otřesů při zavírání

Čas otřesů při zavírání je klíčovým ukazatelem výkonu vakuumového spínače. Ovlivňuje ho kontaktní tlak, rychlost zavírání, vzdálenost kontaktů, materiál kontaktů, design přerušovače, struktura spínače a kvalita instalace/úpravy.

Krátký čas otřesů naznačuje lepší výkon. Příliš dlouhé otřesy způsobují závažnou elektrickou erozi, zvyšují riziko přepětí a mohou vést ke sváření kontaktů při krátkém zapojení nebo přepínání kondenzátorů, stejně jako při tepelných stabilitních zkouškách. Prolongované otřesy také urychlují unavení běloží.

Pro 10 kV vakuumové spínače s měděno-chrómovými kontakty by čas otřesů při zavírání neměl přesáhnout 2 ms. Pro jiné materiály může být tento čas mírně vyšší, ale neměl by přesáhnout 5 ms.

7. Současná práce tří fází

Současná práce tří fází měří stupeň simultaneity při zavírání nebo otevírání tří fází. Protože hodnoty synchronismu při otevírání a zavírání jsou podobné, je obvykle specifikován pouze synchronismus při zavírání.

Špatný synchronismus závažně ovlivňuje přerušovací schopnost a prodlužuje dobu obloukového hoření. Díky rychlým operačním rychlostem a malým vzdálenostem lze přesné nastavení snadno splnit. Synchronismus při zavírání je obvykle požadován do 1 ms.

8. Spád pohyblivých a pevných kontaktů (Koaxialita)

Správná koaxiální shoda pohyblivých a pevných kontaktů je klíčová pro výkon vakuumového přerušovače a je zajištěna přesností výroby. Zda tato shoda zůstává zachována po instalaci, závisí na typu provozního mechanismu a montážním procesu.

Pro visící mechanismy je shoda primárně určena samotným mechanismem. Pro podlahové typy je stejně důležitá i mechanická shoda. Během instalace se vyhnujte aplikaci smykových nebo bočních sil na přerušovač.

Typická tolerance koaxiality: ≤2 mm.