En artikkel for å forstå hvordan man velger mekaniske parametere for vakuumkretsbruddere

1. Nominell kontaktavstand

Når en vakuumkretsutslukker er i åpen posisjon, kalles avstanden mellom den bevegelige og den faste kontakten inni vakuumavbryteren for nominell kontaktavstand. Denne parameteren påvirkes av flere faktorer, inkludert utslukkerens nominelle spenning, driftsforhold, karakteristika ved avbrytelsesstrømmen, kontaktmateriale og dielektrisk styrke i vakuumavstanden. Den henger hovedsakelig sammen med nominell spenning og kontaktmateriale.

Den nominelle kontaktavstanden påvirker isolasjonsytelsen betydelig. Når avstanden øker fra null, forbedres dielektrisk styrke. Imidlertid gir ytterligere økning av avstanden etter et visst punkt mindre gevinst i isolasjonsytelse og kan alvorlig redusere mekanisk levetid for avbryteren.

Basert på erfaringer med installasjon, drift og vedlikehold, er typiske verdier for nominell kontaktavstand:

• 6 kV og under: 4–8 mm

• 10 kV og under: 8–12 mm

• 35 kV: 20–40 mm

2. Kontaktforskyvning (Overforskyvning)

Kontaktforskyvning må velges slik at det opprettholdes tilstikkende kontakttrykk selv etter slitasje. Det gir også den bevegelige kontakten initiell kinetisk energi under åpning, som øker initiell åpningshastighet for å bryte limte forbindelser, redusere buelengde og akselerere dielektrisk gjenoppretting. Under lukking tillater det kontaktfjæren å gi jevnt demping, noe som minimerer kontaktbouncing.

Hvis kontaktforskyvningen er for liten:

• Utilstrekkelig kontakttrykk etter slitasje

• Lav initiell åpningshastighet, som påvirker brytekapasiteten og termisk stabilitet

• Alvorlig bouncing og vibrasjon under lukking

Hvis kontaktforskyvningen er for stor:

• Økt lukkeenergi kreves

• Redusert pålitelighet for lukkeoperasjonen

Typisk er kontaktforskyvningen 20%–40% av den nominelle kontaktavstanden. For 10 kV vakuumkretsutslukkere er dette generelt 3–4 mm.

3. Kontaktarbeidspress

Arbeidspresset for kontaktene i en vakuumkretsutslukker har betydelig innvirkning på ytelser. Det er summen av vakuumavbryterens innebygde selvlukkekrefter og kontaktfjærkrefter. Riktig valg må oppfylle fire krav:

• Opprettholde kontaktmotstand innenfor angitte grenser

• Oppfylle krav for dynamiske stabilitetsprøver

• Demp lukkebouncing

• Redusere åpningssvingninger

Lukking under kortslutningsstrøm er den mest krevende situasjonen: forløpsstrømmer genererer elektromagnetisk repulsjon, som fører til kontaktbouncing, mens lukkehastigheten er lavest. Dette scenarioet prøver kritisk om kontakttrykket er tilstikkende.

Hvis kontakttrykket er for lavt:

• Økt lukkebouncingtid

• Høyere motstandsverdi i hovedkretsen, som fører til unødig temperaturøkning under kontinuerlig drift

Hvis kontakttrykket er for høyt:

• Økt fjærkraft (da selvlukkekreften er konstant)

• Høyere lukkeenergibehov

• Større påvirkning og vibrasjon på vakuumavbryteren, med risiko for skade

I praksis avhenger kontaktens elektromagnetiske kraft ikke bare av toppkortslutningsstrøm, men også av kontaktstrukturen, størrelse, hardhet og åpningshastighet. En helhetlig tilnærming er nødvendig.

Empiriske data for kontakttrykk basert på avbrytelsesstrøm:

• 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. Åpningshastighet

Åpningshastighet påvirker direkte hastigheten for dielektrisk styrkegjenoppretning etter strømnoll. Hvis gjenoppretningen av dielektrisk styrke er saktere enn stigende gjenopprettingsspenning, kan buelangden igjen tennes. For å forhindre nyttbuelys og minimere buelengde, er tilstikkende åpningshastighet nødvendig.

Åpningshastighet avhenger hovedsakelig av nominell spenning. For fast spenning og kontaktavstand, varierer den nødvendige hastigheten med avbrytelsesstrøm, lastetype og gjenopprettingsspenning. Høyere avbrytelsesstrømmer og kapasitive strømmer (med høy gjenopprettingsspenning) krever høyere åpningshastighet.

Typisk åpningshastighet for 10 kV vakuumutslukkere: 0,8–1,2 m/s, noen ganger over 1,5 m/s.

I praksis har initiell åpningshastighet (målt over de første få millimeter) større innvirkning på bryteytelse enn gjennomsnittshastighet. Høytydende og 35 kV vakuumutslukkere spesifiserer ofte denne initielle hastigheten.

Selv om høyere hastighet synes gunstig, øker overskuddshastighet åpningssvingninger og overforskyvning, noe som intensiverer stress på bellows og fører til for tidlig trøthed og lekkasje. Det øker også mekanisk stress på mekanismen, med risiko for komponentfeil.

5. Lukkehastighet

På grunn av den høye statiske dielektriske styrken til vakuumavbryteren ved nominell avstand, er den nødvendige lukkehastigheten betydelig lavere enn åpningshastigheten. Tilstikkende lukkehastighet er nødvendig for å minimere elektrisk erosjon før buelys og forhindre kontaktliming. Imidlertid øker overskuddslukkehastighet lukkeenergi og utsatter avbryteren for større påvirkning, noe som reduserer servicelevetiden.

Typisk lukkehastighet for 10 kV vakuumutslukkere: 0,4–0,7 m/s, opp til 0,8–1,2 m/s hvis nødvendig.

6. Lukkebouncingtid

Lukkebouncingtid er en viktig indikator for vakuumkretsutslukkerens ytelser. Den påvirkes av kontakttrykk, lukkehastighet, kontaktavstand, kontaktmateriale, avbryterdesign, utslukkerstrukturen og kvaliteten på installasjon/justering.

Kortere bouncingtid indikerer bedre ytelser. Overmatig bouncing forårsaker alvorlig elektrisk erosjon, øker risikoen for overvoltage og kan føre til kontaktliming under kortslutning eller kondensatorswitching, samt termiske stabilitetsprøver. Langvarig bouncing fremskynder også bellows-trøthed.

For 10 kV vakuumutslukkere med kobber-kromkontakter, skal lukkebouncing ikke overstige 2 ms. For andre materialer kan det være litt høyere, men skal ikke overstige 5 ms.

7. Trepol-synkronitet

Trepol-synkronitet måler graden av samtidighet i lukking eller åpning av de tre polene. Siden lukke- og åpningsynkronitetsverdier er liknende, spesifiseres typisk kun lukkesynkronitet.

Dårlig synkronitet påvirker alvorlig brytekapasiteten og forlenget buelengde. På grunn av rask driftshastighet og små avstander, kan nøyaktig justering lett oppfylle krav. Lukkesynkronitet kreves generelt å være innenfor 1 ms.

8. Justering av bevegelige og faste kontakter (Koaksialitet)

Riktig koaksial justering av bevegelige og faste kontakter er kritisk for vakuumavbryterens ytelse og sikres gjennom produksjonspresisjon. Om denne justeringen opprettholdes etter installasjon, avhenger av type driftmekanisme og monteringsprosess.

For opphengte mekanismer, bestemmes justeringen hovedsakelig av mekanismen selv. For gulvmountede typer, er mekanisk justering like viktig. Under installasjon, unngå å påføre skjærkrefter eller sidekrefter til avbryteren.

Typisk toleranse for koaksialitet: ≤2 mm.