Un artigo para entender como seleccionar os parámetros mecánicos dos interruptores de corrente de vacío

1. Intervalo de contacto nominal

Cando un interruptor de vacío está na posición aberta, a distancia entre os contactos móbil e fixo dentro do interrumpidor de vacío coñécese como o intervalo de contacto nominal. Este parámetro está influenciado por varios factores, incluíndo a tensión nominal do interruptor, as condicións de operación, a natureza da corrente de interrupción, o material dos contactos e a resistencia dieléctrica do intervalo de vacío. Dependese principalmente da tensión nominal e do material dos contactos.

O intervalo de contacto nominal afecta significativamente ao rendemento da aislación. A medida que o intervalo aumenta desde cero, mellora a resistencia dieléctrica. No entanto, máis allá dun certo punto, aumentar o intervalo produce beneficios decrecentes no rendemento da aislación e pode reducir seriamente a vida mecánica do interrumpidor.

Baseándose na experiencia de instalación, operación e mantemento, os intervalos nominais de contacto típicos son:

• 6kV e abaixo: 4–8 mm

• 10kV e abaixo: 8–12 mm

• 35kV: 20–40 mm

2. Recorrido do contacto (sobrecorrido)

O recorrido do contacto debe seleccionarse para asegurar que se mantén suficiente presión de contacto incluso despois do desgaste. Tamén proporciona ao contacto móbil enerxía cinética inicial durante a apertura, aumentando a velocidade inicial de apertura para romper as xuntas soldadas, reducir o tempo de arco e acelerar a recuperación dieléctrica. Durante o pechado, permite que a molla de contacto proporcione un amortiguamento suave, minimizando o rebote do contacto.

Se o recorrido do contacto é demasiado pequeno:

• Presión de contacto insuficiente despois do desgaste

• Velocidade inicial de apertura baixa, afectando a capacidade de interrupción e a estabilidade térmica

• Rebote e vibración severos durante o pechado

Se o recorrido do contacto é demasiado grande:

• Enerxía de pechado requerida maior

• Fiabilidade reducida da operación de pechado

Typicamente, o recorrido do contacto é o 20%–40% do intervalo de contacto nominal. Para interruptores de vacío de 10kV, xeralmente é de 3–4 mm.

3. Presión de funcionamento do contacto

A presión de funcionamento dos contactos dun interruptor de vacío ten un impacto significativo no rendemento. É a suma da forza de pechado inerente do interrumpidor de vacío e a forza da molla de contacto. A selección adecuada debe cumprir catro requisitos:

• Manter a resistencia de contacto dentro dos límites especificados

• Cumprir os requisitos de probas de estabilidade dinámica

• Suprimir o rebote de pechado

• Reducir a vibración de apertura

O pechado baixo corrente de cortocircuito é a condición máis exigente: as correntes pre-arco xeran repulsión electromagnética, provocando rebote de contacto, mentres que a velocidade de pechado está no seu mínimo. Esta situación proba críticamente se a presión de contacto é suficiente.

Se a presión de contacto é demasiado baixa:

• Tempo de rebote de pechado maior

• Resistencia do circuito principal maior, levando a un aumento excesivo da temperatura durante a operación continua

Se a presión de contacto é demasiado alta:

• Forza da molla maior ( xa que a forza de pechado inerente é constante)

• Requerimento de enerxía de pechado maior

• Impacto e vibración maiores no interrumpidor de vacío, con risco de danos

Na práctica, a forza electromagnética do contacto depende non só da corrente de cortocircuito máxima, senón tamén da estrutura, tamaño, dureza e velocidade de apertura do contacto. É esencial un enfoque comprehensivo.

Datos empíricos para a presión de contacto baseada na corrente de interrupción:

• 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. Velocidade de apertura

A velocidade de apertura afecta directamente á taxa de recuperación da resistencia dieléctrica despois do cero de corrente. Se a recuperación da resistencia dieléctrica é máis lenta que a tensión de recuperación crecente, pode ocorrer a reencendido do arco. Para evitar o reencendido e minimizar o tempo de arco, é esencial unha velocidade de apertura adecuada.

A velocidade de apertura depende principalmente da tensión nominal. Para unha tensión e intervalo de contacto fixos, a velocidade requirexida varía con a corrente de interrupción, o tipo de carga e a tensión de recuperación. Correntes de interrupción máis altas e correntes capacitivas (con alta tensión de recuperación) requiren velocidades de apertura máis altas.

Velocidade típica de apertura para interruptores de vacío de 10kV: 0.8–1.2 m/s, ás veces superando 1.5 m/s.

Na práctica, a velocidade inicial de apertura (medida nos primeiros milímetros) ten un impacto maior no rendemento de interrupción que a velocidade media. Os interruptores de alto rendemento e de 35kV especifican frecuentemente esta velocidade inicial.

Aínda que unha maior velocidade pareza beneficiosa, unha velocidade excesiva aumenta a vibración de apertura e o sobrecorrido, intensificando a tensión nos fuelles e levando a un cansancio prematuro e fuga. Tamén aumenta a tensión mecánica no mecanismo, con risco de fallo de componentes.

5. Velocidade de pechado

Debido á alta resistencia dieléctrica estática dos interrumpidores de vacío no intervalo nominal, a velocidade de pechado requirexida é significativamente menor que a de apertura. Unha velocidade de pechado adecuada é necesaria para minimizar a erosión eléctrica pre-arco e evitar a soldadura do contacto. No entanto, unha velocidade de pechado excesiva aumenta a enerxía de pechado e suxeita o interrumpidor a un impacto maior, reducindo a vida útil.

Velocidade típica de pechado para interruptores de vacío de 10kV: 0.4–0.7 m/s, ata 0.8–1.2 m/s se é necesario.

6. Tempo de rebote de pechado

O tempo de rebote de pechado é un indicador clave do rendemento do interruptor de vacío. Está influenciado pola presión de contacto, a velocidade de pechado, o intervalo de contacto, o material do contacto, o deseño do interrumpidor, a estrutura do interruptor e a calidade da instalación/axuste.

Un tempo de rebote máis curto indica un rendemento mellor. Un rebote excesivo causa una erosión eléctrica severa, aumenta o risco de sobre-tensión e pode levar á soldadura do contacto durante operacións de cortocircuito ou comutación de capacitores, así como nas probas de estabilidade térmica. Un rebote prolongado tamén acelera o cansancio dos fuelles.

Para interruptores de vacío de 10kV con contactos de cobre-cromo, o tempo de rebote de pechado non debe superar 2 ms. Para outros materiais, pode ser lixereamente maior, pero non debe superar 5 ms.

7. Sincronización de tres pólos

A sincronización de tres pólos mide o grao de simultaneidade no pechado ou apertura dos tres pólos. Dado que os valores de sincronización de apertura e pechado son similares, xeralmente só se especifica a sincronización de pechado.

Unha mala sincronización afecta gravemente a capacidade de interrupción e prolonga o tempo de arco. Debido ás altas velocidades de operación e aos pequenos intervalos, un axuste preciso pode facilmente cumprir os requisitos. A sincronización de pechado xeralmente debe estar dentro de 1 ms.

8. Alinemento dos contactos móbil e fixo (coaxialidade)

Un alinemento coaxial correcto dos contactos móbil e fixo é crítico para o rendemento do interrumpidor de vacío e asegúrase mediante a precisión de fabricación. Se este alinemento se mantén despois da instalación depende do tipo de mecanismo de operación e do proceso de montaxe.

Para mecanismos suspensos, o alinemento débese principalmente ao propio mecanismo. Para tipos de montaxe en solo, o alinemento mecánico é igualmente importante. Durante a instalación, evite aplicar forzas de corte ou laterais ao interrumpidor.

Tolerancia típica de coaxialidade: ≤2 mm.