En artikel för att förstå hur man väljer mekaniska parametrar för vakuumkretsavbrottare

1. Nominell kontaktavstånd

När en vakuumkretsstyckare är i öppen position kallas avståndet mellan den rörliga och den fasta kontakten inuti vakuumavbrottsutrustningen för nominellt kontaktavstånd. Denna parameter påverkas av flera faktorer, inklusive brytarens nominella spänning, driftvillkor, naturen av avbrottsströmmen, kontaktmaterial och dielektrisk styrka i vakuumgången. Den beror främst på nominell spänning och kontaktmaterial.

Nominellt kontaktavstånd påverkar betydligt isoleringsprestanda. När avståndet ökar från noll, förbättras dielektriska egenskaper. Men efter en viss punkt ger ytterligare ökning av avståndet mindre framgångar i isoleringsprestanda och kan allvarligt minska mekanisk livslängd hos avbrottsutrustningen.

Baserat på installation, drift och underhållserfarenhet är typiska nominella kontaktavståndsintervall:

• 6 kV och nedåt: 4–8 mm

• 10 kV och nedåt: 8–12 mm

• 35 kV: 20–40 mm

2. Kontaktfärd (Överfärd)

Kontaktfärd måste väljas så att tillräcklig kontaktryck bevaras även efter kontakt-slitage. Det ger också den rörliga kontakten initial kinetisk energi vid öppning, vilket ökar initial öppningshastighet för att bryta ihopsmedda anslutningar, minska bågningstid och förhasta dielektrisk återhämtning. Vid stängning möjliggör det att kontaktfjädern ger smidig dämpning, vilket minimerar kontakt-dunkning.

Om kontaktfärd är för liten:

• Otillräckligt kontaktryck efter slitage

• Låg initial öppningshastighet, vilket påverkar brytningskapacitet och termisk stabilitet

• Allvarlig stängningsdunkning och vibration

Om kontaktfärd är för stor:

• Ökad stängningsenergi krävs

• Förminskad tillförlitlighet vid stängningsoperation

Vanligtvis är kontaktfärd 20%–40% av nominellt kontaktavstånd. För 10 kV vakuumkretsstyckare är detta vanligtvis 3–4 mm.

3. Kontaktdriftstryck

Driftstrycket för vakuumkretsstyckarens kontakter har en betydande inverkan på prestanda. Det är summan av vakuumavbrottsutrustningens inbyggda egenstängningskraft och kontaktfjäderns kraft. Rätt val måste uppfylla fyra krav:

• Bevara kontaktmotstånd inom angivna gränser

• Uppfylla dynamiska stabilitetsprovskrav

• Dämpa stängningsdunkning

• Minska öppningsvibration

Stängning under kortslutningsström är den mest krävande situationen: förbågsströmmar genererar elektromagnetisk repulsion, vilket orsakar kontakt-dunkning, medan stängningshastigheten är lägst. Denna situation testar kritiskt om kontaktrycket är tillräckligt.

Om kontaktryck är för lågt:

• Ökad stängningsdunkningstid

• Högre huvudkrets-motstånd, vilket leder till överdriven temperaturökning under kontinuerlig drift

Om kontaktryck är för högt:

• Ökad fjäderkraft (eftersom egenstängningskraften är konstant)

• Högre stängningsenergiekrav

• Större påverkan och vibration på vakuumavbrottsutrustningen, med risk för skada

I praktiken beror kontaktelektromagnetisk kraft inte bara på toppkortslutningsström utan också på kontaktstruktur, storlek, hårdhet och öppningshastighet. En omfattande ansats är nödvändig.

Empiriska data för kontaktryck baserat på avbrottsström:

• 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. Öppningshastighet

Öppningshastighet påverkar direkt hastigheten för dielektrisk återhämtning efter ström noll. Om återhämtning av dielektriska egenskaper är långsammare än den ökande återhämtningsspänningen, kan bågen tändas igen. För att förhindra omliggning och minimera bågningstid är tillräcklig öppningshastighet nödvändig.

Öppningshastighet beror främst på nominell spänning. För fast spänning och kontaktavstånd varierar den krävda hastigheten med avbrottsström, belastningstyp och återhämtningsspänning. Högre avbrottsströmmar och kapacitiva strömmar (med hög återhämtningsspänning) kräver högre öppningshastigheter.

Typisk öppningshastighet för 10 kV vakuumbrytare: 0,8–1,2 m/s, ibland över 1,5 m/s.

I praktiken har initial öppningshastighet (mätt över de första få millimeterna) större inverkan på brytningsprestanda än genomsnittlig hastighet. Högpresterande och 35 kV vakuumbrytare anger ofta denna initiala hastighet.

Även om högre hastighet verkar gynnsam, ökar för höga hastigheter öppningsvibration och överfärd, vilket intensifierar stress på bellows och leder till förtidig trötthet och läckage. Det ökar också mekanisk stress på mekanismen, vilket riskerar komponentfel.

5. Stängningshastighet

På grund av den höga statiska dielektriska styrkan hos vakuumavbrottsutrustningar vid nominellt avstånd, är den krävda stängningshastigheten betydligt lägre än öppningshastigheten. Tillräcklig stängningshastighet är nödvändig för att minimera förbågs-elektroerosion och förhindra kontakt-smitning. Men, för hög stängningshastighet ökar stängningsenergin och exponerar avbrottsutrustningen för större påverkan, vilket minskar tjänsteliv.

Typisk stängningshastighet för 10 kV vakuumbrytare: 0,4–0,7 m/s, upp till 0,8–1,2 m/s om det krävs.

6. Stängningsdunkningstid

Stängningsdunkningstid är en viktig indikator på vakuumkretsstyckarens prestanda. Den påverkas av kontaktryck, stängningshastighet, kontaktavstånd, kontaktmaterial, avbrottsutrustningsdesign, brytarstruktur och installations-/justeringskvalitet.

Kortare dunkningstid indikerar bättre prestanda. Överdriven dunkning orsakar allvarlig elektrisk erosion, ökar risken för överspänning och kan leda till kontakt-smitning under kortslutnings- eller kondensatorväxlingsoperationer, samt termiska stabilitetstester. Långvarig dunkning accelererar också bellows-trötthet.

För 10 kV vakuumbrytare med koppar-kromkontakter bör stängningsdunkningstiden inte överstiga 2 ms. För andra material kan den vara något högre men bör inte överstiga 5 ms.

7. Trefasig synkronisering

Trefasig synkronisering mäter graden av samtidighet vid stängning eller öppning av de tre faserna. Eftersom öppnings- och stängningssynkroniseringsvärden är liknande, specificeras vanligtvis endast stängningssynkronisering.

Dålig synkronisering påverkar allvarligt brytningskapaciteten och förlänger bågningstiden. På grund av snabba driftshastigheter och små avstånd kan noggrann justering enkelt uppfylla kraven. Stängningssynkronisering krävs vanligtvis inom 1 ms.

8. Justering av rörliga och fasta kontakter (Koaxialitet)

Rätt koaxial justering av rörliga och fasta kontakter är avgörande för vakuumavbrottsutrustningens prestanda och säkerställs genom tillverkningsprecision. Om denna justering bibehålls efter installation beror på typ av drivmechanism och monteringsprocess.

För hängande mekanismer bestäms justeringen huvudsakligen av mekanismen själv. För golvmontage är mekanisk justering lika viktig. Under installation ska man undvika att utöva klipp- eller sidoforce på avbrottsutrustningen.

Typisk koaxialitetstolerans: ≤2 mm.