Yksi artikkeli ymmärtämään tyhjiöpistokeiden mekaanisten parametrien valintaa

1. Nominne kontaktiväli

Kun tyhjiökatkaisija on avattu, tyhjiökatkaisijan liikkuvan ja kiinteän kontaktin välinen etäisyys tunnetaan nimellä nominne kontaktiväli. Tämä parametri riippuu useista tekijöistä, kuten katkaisijan nimitetty jännite, toimintaolosuhteet, katkaisutavan luonne, kontaktimateriaali ja tyhjiön välisen välin dielektrinen vahvuus. Se pääasiassa riippuu nimitetystä jännitteestä ja kontaktimateriaalista.

Nominne kontaktiväli vaikuttaa merkittävästi eristyskykyyn. Kun väli kasvaa nollasta, dielektrinen vahvuus paranee. Kuitenkin tietyn pisteen jälkeen, välin lisääminen ei enää tarjoa huomattavia etuja eristyskyvylle ja saattaa vakavasti heikentää katkaisijan mekaanista elinkaarta.

Asennuksen, käytön ja ylläpidon kokemusten perusteella, tyypilliset nominnetut kontaktivälit ovat:

• 6 kV ja alle: 4–8 mm

• 10 kV ja alle: 8–12 mm

• 35 kV: 20–40 mm

2. Kontaktin matka (ylikulkumatka)

Kontaktin matkan on oltava valittu siten, että riittävä kontaktipaine säilyy myös kontaktiltujen kuluttua. Se antaa liukuvälle kontaktille alkuenergian avaushetkellä, mikä lisää alkuperäistä avaussuunnat nopeutta rikkovien yhteyksien katkaisemiseksi, kaarauksen keston lyhentämiseksi ja dielektrisen palautumisen nopeuttamiseksi. Suljettaessa se sallii kontaktiviljalle sujuvan vaimennuksen, minimoiden kontaktin pomppimisen.

Jos kontaktin matka on liian pieni:

• Riittämätön kontaktipaine kulutuksen jälkeen

• Alhainen alkuperäinen avaussuunta, mikä vaikuttaa katkaisukykyyn ja lämpöstabiiliuteen

• Vaarallinen suljetun tilan pomppiminen ja vibraatio

Jos kontaktin matka on liian suuri:

• Tarvitaan enemmän energiaa suljettaessa

• Suljetun toiminnon luotettavuuden heikentyminen

Yleensä kontaktin matka on 20%–40% nominneesta kontaktivälistä. 10 kV:n tyhjiökatkaisijoissa tämä on yleensä 3–4 mm.

3. Kontaktin toimintapaine

Tyhjiökatkaisijan kontaktien toimintapainella on merkittävä vaikutus suorituskykyyn. Se on tyhjiökatkaisijan oma itse suljetun paine ja kontaktiviljen paineen summa. Oikean valinnan on täytettävä neljä vaatimusta:

• Pidetään kontaktiresistanssi määritellyissä rajoissa

• Täytetään dynaamisten stabiilisuustestien vaatimukset

• Vähennetään suljetun pomppimista

• Vähennetään avaustasaväritystä

Suljetun lyhytkatkaisusuuren virran alla on vaativin olosuhteena: ennen kaaran muodostumista syntyvät sähkömagneettiset repuluvälineet aiheuttavat kontaktin pomppimisen, kun taas suljetun nopeus on pienimmillään. Tämä skenaario testaa kriittisesti, onko kontaktipaine riittävä.

Jos kontaktipaine on liian pieni:

• Pitkempi suljetun pomppimisaika

• Suurempi pääverkon resistanssi, mikä johtaa liialliseen lämpötilan nousuun jatkuvana toimintana

Jos kontaktipaine on liian suuri:

• Suurempi viljan voima (koska itse suljetun voima on vakio)

• Suurempi suljetun energian vaatimus

• Suurempi vaikutus ja vibraatio tyhjiökatkaisijalle, mikä vaarantaa sen

Käytännössä kontaktin sähkömagneettinen voima riippuu paitsi huippulyhytkatkaisustaan myös kontaktirakenteesta, koon, kovuuden ja avaussuunnan nopeudesta. Kokonaisvaltainen lähestymistapa on välttämätön.

Empiirinen data kontaktipainetta koskien katkaisutavan perusteella:

• 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. Avaussuunta

Avaussuunta vaikuttaa suoraan dielektrisen vahvuuden palautumisnopeuteen nollavirta-asetelmassa. Jos dielektrisen vahvuuden palautuminen on hitaampaa kuin palautusjänniten korottuessa, kaara voi syttyä uudelleen. Kaaran uudelleensytymisen estämiseksi ja kaarauksen keston minimoimiseksi riittävä avaussuunta on välttämätön.

Avaussuunta riippuu pääasiassa nimitetystä jännitteestä. Kiinteällä jännitteellä ja kontaktivälillä, vaadittu nopeus vaihtelee katkaisutavan, lataustyyppin ja palautusjänniten kanssa. Korkeammilla katkaisutavoilla ja kapasitiivisilla virtauksilla (suurella palautusjännitteellä) vaaditaan korkeampia avaussuuntia.

Typinen avaussuunta 10 kV:n tyhjiökatkaisijoissa: 0,8–1,2 m/s, joskus yli 1,5 m/s.

Käytännössä alkuperäinen avaussuunta (mittaamaan ensimmäiset muutamia millimetriä) vaikuttaa enemmän katkaisukykyyn keskimääräistä nopeutta. Korkeasuorituskykyiset ja 35 kV:n tyhjiökatkaisijat usein määrittelevät tämän alkuperäisen nopeuden.

Vaikka korkeampi nopeus näyttäisi hyödylliseltä, liian korkea nopeus lisää avaustasaväritystä ja ylikulkua, lisää stressiä bellows-mekanismille ja johtaa ennenaikaan väsyntään ja vuotoon. Lisäksi se lisää mekanismiin mekaanista stressiä, mikä vaarantaa komponenttien toimivuuden.

5. Suljetun nopeus

Tyhjiökatkaisijan korkean staattisen dielektrisen vahvuuden takia nimitetylle välille, vaadittu suljetun nopeus on huomattavasti pienempi kuin avaussuunta. Riittävä suljetun nopeus on välttämätön, jotta vähennetään ennen kaaran muodostumista tapahtuvaa sähköistä eroosiota ja estetään kontaktien yhtenäistyminen. Kuitenkin, liian korkea suljetun nopeus lisää suljetun energiaa ja aiheuttaa suurempaa vaikutusta katkaisijalle, mikä vähentää sen käyttöikää.

Typinen suljetun nopeus 10 kV:n tyhjiökatkaisijoissa: 0,4–0,7 m/s, jopa 0,8–1,2 m/s, jos tarvitaan.

6. Suljetun pomppimisaika

Suljetun pomppimisaika on keskeinen indikaattori tyhjiökatkaisijan suorituskyvystä. Se riippuu kontaktipainesta, suljetun nopeudesta, kontaktiväliltä, kontaktimateriaalista, katkaisijan rakenteesta, katkaisijan rakenteesta ja asennuksen/asetuksen laadusta.

Lyhyempi pomppimisaika viittaa parempaan suorituskykyyn. Liian pitkä pomppimisaika aiheuttaa vakavan sähköisen eroosion, lisää ylikuormituksen riskiä ja voi johtaa kontaktien yhtenäistyminen lyhytkatkaisuissa tai kondensaattorin kytkemisoperaatioissa, sekä lämpöstabiilisuustesteissä. Pidempi pomppimisaika nopeuttaa bellows-mekanismin väsyntää.

10 kV:n tyhjiökatkaisijoissa kupari-kromi kontaktien kanssa, suljetun pomppimisaika ei saa ylittää 2 ms. Muille materiaaleille se voi olla hieman korkeampi, mutta ei saa ylittää 5 ms.

7. Kolmen polun synkronisuus

Kolmen polun synkronisuus mittailee kolmen polun suljetun tai avatun samanaikaisuuden asteita. Koska avaaminen ja sulkeutuminen synkronisuusarvot ovat samankaltaisia, vain suljetun synkronisuus määritellään yleensä.

Huono synkronisuus vaikuttaa vakavasti katkaisukykyyn ja pidentää kaarauksen kestoa. Nopeiden toimintojen ja pienien välitten ansiosta tarkka säädö vastaa helposti vaatimuksia. Suljetun synkronisuus on yleensä vaadittu olla 1 ms sisällä.

8. Liikkuvan ja kiinteän kontaktin kohdennus (akselisuus)

Oikea akseelinen kohdennus liikkuvan ja kiinteän kontaktin välillä on ratkaisevan tärkeä tyhjiökatkaisijan suorituskyvylle ja varmistetaan valmistuksen tarkkuuden avulla. Onko tämä kohdennus säilytetty asennuksen jälkeen, riippuu toimintamekanismin tyypistä ja kokoonpanoprosessista.

Riippuvina mekanismeissa kohdennus määräytyy pääasiassa mekanismin itsensä avulla. Lattialle kiinnitettyjen tyypien osalta mekaaninen kohdennus on yhtä tärkeä. Asennuksessa vältä katkaisijalle poikittaisia tai sivullisia voimia.

Typinen akseelin sallittu poikkeama: ≤2 mm.