Одна статья для понимания как выбирать механические параметры вакуумных выключателей

1. Номинальный контактный зазор

Когда вакуумный выключатель находится в отключенном положении, расстояние между подвижным и неподвижным контактами внутри вакуумного прерывателя называется номинальным контактным зазором. Этот параметр зависит от нескольких факторов, включая номинальное напряжение выключателя, условия эксплуатации, характер прерываемого тока, материал контактов и диэлектрическую прочность вакуумного зазора. Он в основном зависит от номинального напряжения и материала контактов.

Номинальный контактный зазор существенно влияет на изоляционные характеристики. По мере увеличения зазора от нуля диэлектрическая прочность улучшается. Однако после определенного значения дальнейшее увеличение зазора приводит к снижению эффективности изоляции и может значительно сократить механический ресурс прерывателя.

На основе опыта установки, эксплуатации и обслуживания, типичные диапазоны номинальных контактных зазоров следующие:

• 6 кВ и ниже: 4–8 мм

• 10 кВ и ниже: 8–12 мм

• 35 кВ: 20–40 мм

2. Ход контакта (переход)

Ход контакта должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечивать достаточное контактное давление даже после износа контактов. Он также предоставляет подвижному контакту начальную кинетическую энергию при открытии, увеличивая начальную скорость открытия для разрушения сваренных соединений, сокращения времени дугогашения и ускорения восстановления диэлектрической прочности. При закрытии он позволяет контактной пружине обеспечивать плавное демпфирование, минимизируя отскок контактов.

Если ход контакта слишком мал:

• Недостаточное контактное давление после износа

• Низкая начальная скорость открытия, что влияет на разрывную способность и тепловую стабильность

• Сильный отскок и вибрация при закрытии

Если ход контакта слишком велик:

• Увеличенная энергия закрытия

• Сниженная надежность операции закрытия

Обычно ход контакта составляет 20%–40% номинального контактного зазора. Для вакуумных выключателей 10 кВ это обычно 3–4 мм.

3. Давление контактов при работе

Давление контактов вакуумного выключателя имеет значительное влияние на его работу. Это сумма внутренней силы самозакрытия вакуумного прерывателя и силы контактной пружины. Правильный выбор должен удовлетворять четырем требованиям:

• Поддержание контактного сопротивления в пределах установленных норм

• Соответствие требованиям динамических тестов на стабильность

• Снижение отскока при закрытии

• Снижение вибрации при открытии

Закрытие при коротком замыкании является наиболее требовательным условием: преддуговые токи создают электромагнитное отталкивание, вызывающее отскок контактов, а скорость закрытия минимальна. В этом случае критически проверяется, достаточно ли контактного давления.

Если контактное давление слишком низкое:

• Увеличение времени отскока при закрытии

• Большее сопротивление главной цепи, что приводит к чрезмерному нагреву при длительной работе

Если контактное давление слишком высокое:

• Увеличение силы пружины (поскольку сила самозакрытия постоянна)

• Большая потребность в энергии закрытия

• Больший удар и вибрация на вакуумный прерыватель, что может привести к повреждению

На практике электромагнитная сила контактов зависит не только от пикового тока короткого замыкания, но и от конструкции, размера, твердости контактов и скорости открытия. Необходим комплексный подход.

Эмпирические данные о контактном давлении в зависимости от прерываемого тока:

• 12,5 кА: 50 кг

• 16 кА: 70 кг

• 20 кА: 90–120 кг

• 31,5 кА: 140–180 кг

• 40 кА: 230–250 кг

4. Скорость открытия

Скорость открытия直接影响了电流过零后介质强度的恢复速率。如果介质强度的恢复速度慢于恢复电压的上升速度，可能会发生电弧重燃。为了防止重燃并最小化电弧时间，足够的开断速度是必不可少的。 开断速度主要取决于额定电压。对于固定的电压和接触间隙，所需的速度会随着开断电流、负载类型和恢复电压的不同而变化。更高的开断电流和容性电流（具有高恢复电压）需要更高的开断速度。 典型10kV真空断路器的开断速度为0.8-1.2 m/s，有时超过1.5 m/s。 实际上，初始开断速度（在最初的几毫米内测量）对开断性能的影响大于平均速度。高性能和35kV真空断路器通常会指定这一初始速度。 虽然更高的速度似乎是有益的，但过高的速度会增加开断振动和超行程，加剧波纹管的压力，导致过早疲劳和泄漏。它还会增加机构的机械应力，从而有损坏部件的风险。 **5. 关合速度** 由于真空灭弧室在额定间隙下的静态介质强度很高，所需的关合速度显著低于开断速度。足够的关合速度是必要的，以尽量减少预电弧电气侵蚀并防止触头焊接。然而，过高的关合速度会增加关合能量，并使灭弧室受到更大的冲击，从而缩短使用寿命。 典型10kV真空断路器的关合速度为0.4-0.7 m/s，必要时可达0.8-1.2 m/s。 **6. 关合反弹时间** 关合反弹时间是真空断路器性能的关键指标。它受接触压力、关合速度、接触间隙、接触材料、灭弧室设计、断路器结构以及安装/调整质量的影响。 较短的反弹时间表明性能更好。过度反弹会导致严重的电气侵蚀，增加过电压的风险，并可能在短路或电容器切换操作期间以及热稳定性测试中导致触头焊接。长时间反弹还会加速波纹管的疲劳。 对于带有铜铬触头的10kV真空断路器，关合反弹时间不应超过2毫秒。对于其他材料，反弹时间可能稍高，但不应超过5毫秒。 **7. 三极同步** 三极同步是指三个极点在关合或开断时的同时性程度。由于开断和关合同步值相似，通常只规定关合同步。 同步不良会严重影响开断能力并延长电弧时间。由于操作速度快且间隙小，通过精确调整可以轻松满足要求。关合同步通常要求在1毫秒以内。 **8. 动静触头对齐（同轴度）** 动触头和静触头的正确同轴对齐对于真空灭弧室的性能至关重要，并通过制造精度来保证。安装后是否保持这种对齐取决于操作机构的类型和装配过程。 对于悬挂式机构，对齐主要由机构本身决定。对于地面安装型，机械对齐同样重要。安装过程中应避免对灭弧室施加剪切力或侧向力。 典型的同轴度公差：≤2 mm。