Jedan članak za razumevanje kako odabrati mehaničke parametre vakuumskih prekidača

1. Nominativni kontakt rastojanje

Kada je vakuumski prekidač u otvorenom položaju, rastojanje između pokretnog i fiksnog kontakta unutar vakuumskog prekidnika naziva se nominativno kontakt rastojanje. Ovaj parametar utiču na nekoliko faktora, uključujući nominativnu naponsku snagu prekidača, radne uslove, prirodu prekidnog toka, materijal kontakata i dielektričnu čvrstoću vakuumskog rastojanja. Glavno zavisi od nominativne naponske snage i materijala kontakata.

Nominativno kontakt rastojanje značajno utiče na performanse izolacije. Kako rastojanje raste od nule, dielektrična čvrstoća se poboljšava. Međutim, iznad određene tačke, dalje povećanje rastojanja daje smanjeni povrat u performansama izolacije i može značajno smanjiti mehanički životni vek prekidnika.

Na osnovu iskustva sa instalacijom, radom i održavanjem, tipični opsezi nominativnog kontakt rastojanja su:

• 6kV i niže: 4–8 mm

• 10kV i niže: 8–12 mm

• 35kV: 20–40 mm

2. Put kontakta (prelaz)

Put kontakta mora biti odabran kako bi se osiguralo da se čuva dovoljno pritisak kontakta čak i nakon trošenja kontakata. Takođe, pruža pokretnom kontaktu inicijalnu kinetičku energiju tokom otvaranja, povećavajući inicijalnu brzinu otvaranja kako bi se prekinuli zavarani spojevi, smanjio vremenski interval za proizvodnju luka i ubrzao dielektričnu rekonverziju. Tokom zatvaranja, omogućava kontakt sprincu da pruži glatko buferisanje, smanjujući skakanje kontakta.

Ako je put kontakta premalen:

• Nedovoljan pritisak kontakta nakon trošenja

• Niska inicijalna brzina otvaranja, što utiče na prekidnu sposobnost i termalnu stabilnost

• Iznosno skakanje i vibracija tokom zatvaranja

Ako je put kontakta preveliki:

• Povećana potrebna energija za zatvaranje

• Smanjena pouzdanost operacije zatvaranja

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

3. Radni pritisak kontakta

Radni pritisak kontakata vakuumskog prekidača ima značajan uticaj na performanse. To je zbir intrinzitne sile samozatvaranja vakuumskog prekidnika i sile kontakt sprinka. Pravilna selekcija mora zadovoljiti četiri zahteva:

• Održati otpornost kontakta unutar određenih granica

• Ispravnost testova dinamičke stabilnosti

• Supresija skakanja tokom zatvaranja

• Smanjenje vibracije tokom otvaranja

Zatvaranje pod strujom kratkog spoja predstavlja najzahtevniji uslov: pre-luk struje generišu elektromagnetsku repulziju, što dovodi do skakanja kontakta, dok je brzina zatvaranja najniža. Ovaj scenarij kritično testira da li je pritisak kontakta dovoljan.

Ako je pritisak kontakta premalen:

• Povećano vreme skakanja tokom zatvaranja

• Viša otpornost glavnog kruga, što dovodi do prekomjernog porasta temperature tokom kontinuiranog rada

Ako je pritisak kontakta preveliki:

• Povećana sila sprinka (sila samozatvaranja je konstantna)

• Viša potrebna energija za zatvaranje

• Veći udar i vibracija vakuumskog prekidnika, što riziče oštećenje

U praksi, elektromagnetska sila kontakta zavisi ne samo od vrha struje kratkog spoja, već i od strukture kontakta, veličine, tvrdosti i brzine otvaranja. Potrebna je kompleksna pristup.

Empirijski podaci o pritisku kontakta na osnovu 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 utiče na brzinu kojom se dielektrična čvrstoća oporavi nakon nulte struje. Ako je oporavak dielektrične čvrstoće sporiji od porasta oporavne naponske krive, može doći do ponovnog zapaljenja luka. Da bi se sprečilo ponovno zapaljenje i minimiziralo vreme proizvodnje luka, potrebna je dovoljna brzina otvaranja.

Brzina otvaranja zavisi uglavnom od nominativne naponske snage. Za fiksnu naponsku snagu i kontakt rastojanje, potrebna brzina varira u zavisnosti od prekidne struje, tipa opterećenja i oporavne naponske krive. Više prekidne struje i kapacitivne struje (sa visokom oporavnom naponskom krivom) zahtevaju višu brzinu otvaranja.

Tipična brzina otvaranja za vakuumski prekidač od 10kV: 0.8–1.2 m/s, ponekad premašuje 1.5 m/s.

U praksi, inicijalna brzina otvaranja (merena u prvih nekoliko milimetara) ima veći uticaj na performanse prekida nego prosečna brzina. Visoko performantni i 35kV vakuumski prekidači često specificiraju ovu inicijalnu brzinu.

Iako viša brzina čini korisnom, prekomjerna brzina povećava vibraciju i prelaz, intenzivirajući stres na bellow i dovodeći do prekasnog umora i curenja. Takođe, povećava mehanički stres na mehanizam, rizičeći otkazivanje komponenti.

5. Brzina zatvaranja

Zbog visoke statične dielektrične čvrstoće vakuumskih prekidnika na nominativno rastojanje, potrebna brzina zatvaranja značajno je niža od brzine otvaranja. Dovoljna brzina zatvaranja je neophodna kako bi se minimalizirao električni erozivni efekt pre-luka i sprečilo zavarivanje kontakata. Međutim, prekomjerna brzina zatvaranja povećava energiju zatvaranja i podvlači prekidnik pod veći udar, smanjujući vreme službe.

Tipična brzina zatvaranja za vakuumski prekidač od 10kV: 0.4–0.7 m/s, do 0.8–1.2 m/s ako je potrebno.

6. Vreme skakanja tokom zatvaranja

Vreme skakanja tokom zatvaranja je ključni pokazatelj performansi vakuumskog prekidača. Utiču na njega pritisak kontakta, brzina zatvaranja, kontakt rastojanje, materijal kontakta, dizajn prekidnika, struktura prekidača i kvalitet instalacije/adjustiranja.

Kraće vreme skakanja ukazuje na bolje performanse. Prekomerno skakanje dovodi do teškog električnog erozivnog efekta, povećava rizik od prekomjernog napona i može dovesti do zavarivanja kontakata tokom radnji sa kratkim spojem ili prebacivanjem kondenzatora, kao i tokom testova termalne stabilnosti. Duže vreme skakanja takođe ubrzava umor belova.

Za vakuumski prekidač od 10kV sa bakarno-kromskim kontaktima, vreme skakanja tokom zatvaranja ne sme premašiti 2 ms. Za druge materijale, može biti malo više, ali ne sme premašiti 5 ms.

7. Sinhronizacija tri pola

Sinhronizacija tri pola meri stepen istovremenosti zatvaranja ili otvaranja tri pola. Budući da su vrednosti sinhronizacije otvaranja i zatvaranja slične, obično se specifikuje samo sinhronizacija zatvaranja.

Loša sinhronizacija značajno utiče na prekidnu sposobnost i produžava vreme proizvodnje luka. Zbog brzih radnih brzina i malih rastojanja, precizna adjustacija lako može ispuniti zahteve. Sinhronizacija zatvaranja obično treba da bude unutar 1 ms.

8. Poravnanje pokretnog i fiksnog kontakta (koaksijalnost)

Pravilno koaksijalno poravnanje pokretnog i fiksnog kontakta je ključno za performanse vakuumskog prekidnika i obezbeđeno je preciznošću proizvodnje. Da li se ovo poravnanje zadrži posle instalacije, zavisi od tipa operativnog mehanizma i procesa montaže.

Za suspendovane mehanizme, poravnanje uglavnom je određeno samim mehanizmom. Za podne mehanizme, mehaničko poravnanje je jednako važno. Tijekom instalacije, izbegavajte primenu strijelne ili bočne sile na prekidnik.

Tipična tolerancija koaksijalnosti: ≤2 mm.