Ena članek za razumevanje, kako izbirati mehanske parametre vakuumskih preklopnikov

1. Nominativni kontaktini razmik

Ko je vakuumski prekložnik v odprtih položaju, razdalja med gibljivim in fiksiranim kontaktom znotraj vakuumnega prekinitve se imenuje nominativni kontaktini razmik. Ta parameter je vpliven na več dejavnikov, vključno z nominativno napetostjo prekložnika, delovalnimi pogoji, naravo prekinjene toka, materialom kontakta in dielektrično trdoto vakuumnega razmika. Glavno je odvisen od nominativne napetosti in materiala kontakta.

Nominativni kontaktini razmik bistveno vpliva na izolacijsko zmogljivost. Ko se razmik poveča od nič, se dielektrična trdot poveča. Vendar pa preko določene točke daljši razmik prinaša manjše koristi za izolacijsko zmogljivost in lahko hudo zmanjša mehanski življenjski čas prekinitve.

Na podlagi izkušenj s namestitvijo, delovanjem in vzdrževanjem so tipični obsezi nominativnega kontaktinega razmika:

• 6 kV in nižje: 4–8 mm

• 10 kV in nižje: 8–12 mm

• 35 kV: 20–40 mm

2. Pot gibanja kontakta (premikanje)

Pot gibanja kontakta mora biti izbrana tako, da je zagotovljeno zadostno stiskanje kontakta tudi po nosenju. Tudi zagotavlja gibljivemu kontaktu začetno kinetično energijo med odpiranjem, kar poveča začetno hitrost odpiranja, prekine varljane spoje, zmanjša trajanje loka in pospeši dielektrično okrevanje. Med zapiranjem omogoča, da kontaktne opruge zagotavljajo gladko amortizacijo, kar zmanjša poskok kontakta.

Če je pot gibanja premajhna:

• Premalo stiskanja kontakta po nosenju

• Nizek začetni odpiralni hitrost, ki vpliva na prekinitveno zmogljivost in termalno stabilnost

• Severno zapiralno poskok in vibracije

Če je pot gibanja prevelika:

• Povečano zapiralno energijo, ki je potrebno

• Zmanjšana zanesljivost zapiralnega dela

Običajno je pot gibanja 20%–40% nominativnega kontaktinega razmika. Za 10 kV vakuumski prekložniki je to običajno 3–4 mm.

3. Dejavnostni tlak kontakta

Dejavnostni tlak kontakta vakuumskih prekložnikov ima bistven vpliv na zmogljivost. Gre za vsoto notranjega samozapirnega sile vakuumne prekinitve in sile kontaktne opruge. Pravilna izbira mora izpolnjevati štiri zahteve:

• Ohranjanje odpornosti kontakta znotraj določenih mej

• Izpolnjevanje zahtev testa dinamične stabilnosti

• Zmanjšanje zapiralnega poskoka

• Zmanjšanje odpiralnih vibracij

Zapiranje pri kračnem toku je najzahtevnejša situacija: predlukni toki generirajo elektromagnetsko odpornost, kar povzroča poskok kontakta, medtem ko je hitrost zapiranja najnižja. Ta situacija ključno preizkuša, ali je tlak kontakta dovolj visok.

Če je tlak kontakta prenizek:

• Povečan čas zapiralnega poskoka

• Višja upor glavnega kruga, kar vodi do prekomernega seganja med zveznim delovanjem

Če je tlak kontakta previsok:

• Povečana sila opruge (sicer je sama zapiralna sila konstantna)

• Višja zapiralna energija, ki je potrebna

• Večja udarnost in vibracije vakuumne prekinitve, s tem tveganje za poškodbo

V praksi je magnetna sila kontakta odvisna ne le od vrha kračnega toka, ampak tudi od strukture kontakta, velikosti, trdote in hitrosti odpiranja. Potrebna je celovita pristop.

Empirični podatki o tlaku kontakta glede na prekinjeno toko:

• 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. Odpiralna hitrost

Odpiralna hitrost neposredno vpliva na hitrost, s katero se obnovi dielektrična trdot po dosegu toka nič. Če se obnova dielektrične trdot ustavi pomembneje kot obnova napetosti, se lahko loki ponovno zazne. Za preprečevanje ponovnega zaznanja in zmanjšanje trajanja loka je potrebna zadostna odpiralna hitrost.

Odpiralna hitrost je glavno odvisna od nominativne napetosti. Za fiksno napetost in kontaktini razmik, potrebna hitrost variira glede na prekinjeno toko, tip bremena in obnovitveno napetost. Višja prekinjena toka in kapacitivni tok (z visoko obnovitveno napetostjo) zahtevata višjo odpiralno hitrost.

Tipična odpiralna hitrost za 10 kV vakuumne prekložnike: 0,8–1,2 m/s, občasno presega 1,5 m/s.

V praksi ima začetna odpiralna hitrost (merjena v prvih nekaj milimetrih) večji vpliv na zmogljivost prekidanja kot povprečna hitrost. Visokoperformantni in 35 kV vakuumni prekložniki pogosto določajo to začetno hitrost.

Čeprav višja hitrost izgleda koristna, prekomerna hitrost poveča odpiralne vibracije in premikanje, kar poveča stres na gumbe in vodi do predčasnega utrujenja in propadanja. Poveča tudi mehanske stres na mehanizem, kar tvega za odpoved komponent.

5. Zapiralna hitrost

Zaradi visoke statične dielektrične trdoti vakuumnih prekiniteljev pri nominativnem razmiku, je zahtevana zapiralna hitrost bistveno nižja kot odpiralna hitrost. Zadostna zapiralna hitrost je potrebna za zmanjšanje električnega erozije pred lukom in preprečevanje spajanja kontakta. Vendar pa prekomerna zapiralna hitrost poveča zapiralno energijo in vede do večjega udarca na prekinitelj, kar zmanjša življenjski čas.

Tipična zapiralna hitrost za 10 kV vakuumne prekložnike: 0,4–0,7 m/s, do 0,8–1,2 m/s, če je potrebno.

6. Čas zapiralnega poskoka

Čas zapiralnega poskoka je ključni kazalnik zmogljivosti vakuumnega prekložnika. Vpliva na njega tlak kontakta, zapiralna hitrost, kontaktini razmik, material kontakta, dizajn prekinitve, struktura prekložnika in kakovost namestitve/razstavljanja.

Krajši čas poskoka kaže boljšo zmogljivost. Prekomeren poskok povzroča težke električne erozije, poveča tveganje za prekomerno napetost in lahko vodi do spajanja kontakta med kračnimi tokovi ali priključevanjem kondenzatorjev, kot tudi termalnih stabilnostnih testov. Dolg trajanje poskoka pospešuje utrujenje gumbov.

Za 10 kV vakuumne prekložnike s bakrenokromskimi kontakti, ne sme biti čas zapiralnega poskoka dlje od 2 ms. Za druge materiale je lahko malo dlje, vendar ne sme presegati 5 ms.

7. Sinhronost treh polov

Sinhronost treh polov meri stopnjo istočasnosti zapiranja ali odpiranja treh polov. Ker so vrednosti sinhronosti odpiranja in zapiranja podobne, se običajno specifičira le sinhronost zapiranja.

Slaba sinhronost hudo vpliva na prekinitveno zmogljivost in podaljša trajanje loka. Zaradi hitre operacije in majhnega razmika, natančna nastavitev lahko enostavno izpolni zahteve. Sinhronost zapiranja je običajno zahtevana, da je znotraj 1 ms.

8. Poravnava gibljivega in fiksirane kontakta (koaksialnost)

Pravilna koaksialna poravnava gibljivega in fiksirane kontakta je ključna za zmogljivost vakuumne prekinitve in je zagotovljena z natančnostjo proizvodnje. Ali ta poravnava ostane ohranjena po namestitvi, je odvisno od vrste delovalnega mehanizma in postopka montaže.

Za visene mehanizme je poravnava predvsem odvisna od samega mehanizma. Za nazemne tipe je mehanska poravnava enako pomembna. Med namestitvijo se izognite uporabi strižne ali bočne sile na prekinitelj.

Tipična toleranca koaksialnosti: ≤2 mm.