Jedan članak za razumijevanje kako odabrati mehaničke parametre vakuumskih prekidnika

1. Nominativni kontakt rastojanje

Kada je vakuumski prekidač u otvorenom položaju, rastojanje između pokretnog i fiksnog kontakta unutar vakuumskog prekidatelja poznato je kao nominativno kontakt rastojanje. Taj parametar utječe na nekoliko faktora, uključujući nominativni napon prekidača, radne uvjete, prirodu prekidnog struja, materijal kontakta i dielektričnu čvrstoću vakuumskog rastojanja. Glavno ovisi o nominativnom napona i materijalu kontakta.

Nominativno kontakt rastojanje značajno utječe na performanse izolacije. Kako se rastojanje povećava od nule, dielektrična čvrstoća se poboljšava. Međutim, izvan određene točke, daljnje povećanje rastojanja daje smanjeni povrat u performansama izolacije i može značajno smanjiti mehanički život prekidatelja.

Na temelju iskustva instalacije, rada i održavanja, tipični opsezi nominativnog kontakt rastojanja su:

• 6 kV i niže: 4–8 mm

• 10 kV i niže: 8–12 mm

• 35 kV: 20–40 mm

2. Put kontakta (pretjerani put)

Put kontakta mora biti odabran kako bi se osiguralo da se čvrsta pritisna sila kontakta održava čak i nakon istrošenja kontakta. Također pruža pokretnom kontaktu inicijalnu kinetičku energiju tijekom otvaranja, povećavajući inicijalnu brzinu otvaranja kako bi se prekinuli zavarani spojevi, smanjio vrijeme lukovanja i ubrzao dielektrično oporavljanje. Tijekom zatvaranja omogućuje da kontaktna opruga pruži gladko buferiranje, minimizirajući odbijanje kontakta.

Ako je put kontakta premalen:

• Nedovoljna pritisna sila kontakta nakon istrošenja

• Niska inicijalna brzina otvaranja, što utječe na prekidnu sposobnost i toplinsku stabilnost

• Snažno odbijanje i vibracija tijekom zatvaranja

Ako je put kontakta preveliki:

• Povećana potrebna energija za zatvaranje

• Smanjena pouzdanost operacije zatvaranja

Tipično, put kontakta je 20%–40% nominativnog kontakt rastojanja. Za 10 kV vakuumski prekidač, to je obično 3–4 mm.

3. Radni pritisak kontakta

Radni pritisak kontakta vakuumskog prekidača značajno utječe na performanse. To je zbroj vlastitih sila samozatvaranja vakuumskog prekidatelja i sile kontaktnih opruga. Pravilna selekcija mora zadovoljavati četiri zahtjeva:

• Održavanje otpora kontakta unutar određenih granica

• Ispunjavanje zahtjeva dinamičkih testova stabilnosti

• Smanjenje odbijanja tijekom zatvaranja

• Smanjenje vibracija tijekom otvaranja

Zatvaranje pod strujom kratkog spoja predstavlja najzahtjevniji uvjet: pre-lukovske struje generiraju elektromagnetsku repulziju, što uzrokuje odbijanje kontakta, dok je brzina zatvaranja najniža. Ta situacija ključno testira da li je pritisak kontakta dovoljan.

Ako je pritisak kontakta premalen:

• Povećano vrijeme odbijanja tijekom zatvaranja

• Viši otpor glavnog kruga, što dovodi do previše porasta temperature tijekom kontinuiranog rada

Ako je pritisak kontakta prevelik:

• Povećana sila opruge (budući da je sila samozatvaranja konstantna)

• Viša potrebna energija za zatvaranje

• Veći udar i vibracija na vakuumskom prekidatelju, što stavlja pod rizik oštećenje

U praksi, elektromagnetska sila kontakta ovisi ne samo o vrhunskoj strujom kratkog spoja, već i o strukturi kontakta, veličini, tvrdosti i brzini otvaranja. Potreban je komprehensivni pristup.

Empirijski podaci o pritisku kontakta temeljem prekidne struje:

• 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. Brzina otvaranja

Brzina otvaranja direktno utječe na brzinu oporavka dielektrične čvrstoće nakon nulte točke struje. Ako je oporavak dielektrične čvrstoće sporiji od rastuće oporavne napetosti, može doći do ponovnog zapaljenja luka. Da bi se spriječilo ponovno zapaljenje i smanjilo vrijeme lukovanja, potrebna je dovoljna brzina otvaranja.

Brzina otvaranja uglavnom ovisi o nominativnom napona. Za fiksni napon i kontakt rastojanje, potrebna brzina varira s prekidnom strujom, tipom opterećenja i oporavnom napetosti. Viša prekidna struja i kapacitivne struje (s visokom oporavnom napetosti) zahtijevaju veću brzinu otvaranja.

Tipična brzina otvaranja za 10 kV vakuumski prekidač: 0,8–1,2 m/s, ponekad premašujući 1,5 m/s.

U praksi, inicijalna brzina otvaranja (mjerenja prvih nekoliko milimetara) ima veći utjecaj na performanse prekida nego prosječna brzina. Visoko performantni i 35 kV vakuumski prekidači često specifičiraju tu inicijalnu brzinu.

Iako viša brzina čini korisnu, prevelika brzina povećava vibracije i pretjerani put, intenzivirajući stres na bellowima i dovodeći do preuranjenog umora i curenja. Također povećava mehanički stres na mehanizam, stavlja pod rizik otkazivanje komponenti.

5. Brzina zatvaranja

Zbog visoke statičke dielektrične čvrstoće vakuumskih prekidatelja na nominativno rastojanje, potrebna brzina zatvaranja značajno je manja od brzine otvaranja. Dovoljna brzina zatvaranja nužna je kako bi se smanjila električna erozija prije lukovanja i spriječeno zavarivanje kontakata. Međutim, prevelika brzina zatvaranja povećava potrebnu energiju za zatvaranje i podvrgava prekidatelj većem udaru, smanjujući životnu dobu.

Tipična brzina zatvaranja za 10 kV vakuumski prekidač: 0,4–0,7 m/s, do 0,8–1,2 m/s ako je potrebno.

6. Vrijeme odbijanja tijekom zatvaranja

Vrijeme odbijanja tijekom zatvaranja je ključni pokazatelj performansi vakuumskog prekidača. Utječe na njega pritisak kontakta, brzina zatvaranja, kontakt rastojanje, materijal kontakta, dizajn prekidatelja, struktura prekidača i kvaliteta instalacije/adjustiranja.

Kraće vrijeme odbijanja ukazuje na bolje performanse. Preveliko odbijanje uzrokuje tešku električnu eroziju, povećava rizik od previsokih napetosti i može dovesti do zavarivanja kontakata tijekom radnji na kratkom spoju ili prebacivanju kondenzatora, kao i tijekom testova toplinske stabilnosti. Proljeveno odbijanje također ubrzava umor belova.

Za 10 kV vakuumski prekidač s bakarno-kromnim kontaktima, vrijeme odbijanja tijekom zatvaranja ne smije premašiti 2 ms. Za druge materijale, može biti malo veće, ali ne smije premašiti 5 ms.

7. Sinhronizacija tri pola

Sinhronizacija tri pola mjeri stupanj simultanosti zatvaranja ili otvaranja tri pola. Budući da su vrijednosti sinhronizacije otvaranja i zatvaranja slične, obično se specificira samo sinhronizacija zatvaranja.

Loša sinhronizacija značajno utječe na prekidnu sposobnost i produžava vrijeme lukovanja. Zbog brzih radnih brzina i malih rastojanja, precizna podešavanja lako mogu ispuniti zahtjeve. Sinhronizacija zatvaranja obično treba biti unutar 1 ms.

8. Poravnanje pokretnog i fiksnog kontakta (koaksijalnost)

Pravilno koaksijalno poravnanje pokretnog i fiksnog kontakta ključno je za performanse vakuumskog prekidatelja i osigurano je kroz preciznost proizvodnje. Da li to poravnanje ostaje očuvano nakon instalacije, ovisi o tipu radnog mehanizma i procesu montaže.

Za visoko postavljene mehanizme, poravnanje uglavnom ovisi o samom mehanizmu. Za stacionarne tipove, mehaničko poravnanje je jednako važno. Tijekom instalacije, treba izbjegavati primjenu strijelastih ili bočnih sila na prekidatelj.

Tipična tolerancija koaksijalnosti: ≤2 mm.