Одна стаття для розуміння як вибирати механічні параметри вакуумних випливаючих автоматів

1. Номінальний контактний зазор

Коли вакуумний вимикач знаходиться у відкритому положенні, відстань між рухомим та статичним контактами всередині вакуумного інтерруптора називається номінальним контактним зазором. Цей параметр впливає на кілька факторів, включаючи номінальне напругу вимикача, умови роботи, характер преривання струму, матеріал контактів та електричну прочність вакуумного зазору. Він залежить переважно від номінальної напруги та матеріалу контактів.

Номінальний контактний зазор значно впливає на ізоляційні характеристики. Коли зазор збільшується з нуля, електрична прочність покращується. Однак, після певної точки, подальше збільшення зазору призводить до зменшення ефективності ізоляції та може серйозно скоротити механічний термін служби інтерруптора.

На основі досвіду встановлення, експлуатації та обслуговування, типові діапазони номінальних контактних зазорів такі:

• 6 кВ та нижче: 4–8 мм

• 10 кВ та нижче: 8–12 мм

• 35 кВ: 20–40 мм

2. Хід контактів (перехід)

Хід контактів повинен бути обраний так, щоб забезпечити достатній контактний тиск, навіть після зношення контактів. Він також надає початкову кінетичну енергію рухомому контакту під час відкриття, що збільшує початкову швидкість відкриття для роз'єднання спаяних з'єднань, зменшує час дуги та прискорює відновлення електричної прочності. Під час закриття це дозволяє контактній пружині забезпечити плавне амортизацію, що зменшує відскок контактів.

Якщо хід контактів занадто малий:

• Недостатній контактний тиск після зношення

• Низька початкова швидкість відкриття, що впливає на здатність роз'єднання та термічну стабільність

• Сильний відскок та вібрація під час закриття

Якщо хід контактів занадто великий:

• Збільшена енергія закриття

• Зниження надійності операції закриття

Зазвичай, хід контактів становить 20%–40% від номінального контактного зазору. Для вакуумних вимикачів 10 кВ це, як правило, 3–4 мм.

3. Контактний робочий тиск

Робочий тиск контактів вакуумного вимикача має значний вплив на його характеристики. Це сума внутрішньої сили самозакриття вакуумного інтерруптора та сили контактної пружини. Правильний вибір повинен задовольняти чотирьом вимогам:

• Зберігання контактного опору в межах встановлених границь

• Відповідність вимогам динамічної стабільності

• Пригнічення відскоку під час закриття

• Зменшення вібрації під час відкриття

Закриття під короткозамкнучим струмом є найбільш складною умовою: переддугові струми генерують електромагнітний відштовх, що призводить до відскоку контактів, а швидкість закриття є найнижчою. Ця ситуація критично тестує, чи достатній контактний тиск.

Якщо контактний тиск занадто низький:

• Збільшений час відскоку під час закриття

• Вищий опір головного контуру, що призводить до надмірного підвищення температури під час безперервної роботи

Якщо контактний тиск занадто високий:

• Збільшена сила пружини (оскільки сила самозакриття постійна)

• Більша необхідна енергія закриття

• Більший вплив та вібрація на вакуумний інтерруптор, що піддає його ризику пошкодження

На практиці, контактна електромагнітна сила залежить не лише від пікового короткозамкнучого струму, але й від конструкції, розміру, твердості контактів та швидкості відкриття. Необхідний комплексний підхід.

Емпіричні дані для контактного тиску на основі струму переривання:

• 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. Швидкість відкриття

Швидкість відкриття прямо впливає на швидкість відновлення електричної прочності після проходження нульового значення струму. Якщо відновлення електричної прочності відбувається повільніше, ніж зростання відновлювальної напруги, може відбутися повторне запалення дуги. Для запобігання повторному запаленню та зменшення тривалості дуги необхідна достатня швидкість відкриття.

Швидкість відкриття залежить в основному від номінальної напруги. При фіксованій напрузі та контактному зазорі, необхідна швидкість змінюється залежно від струму переривання, типу навантаження та відновлювальної напруги. Більші струми переривання та ємнісні струми (з високою відновлюваною напругою) потребують більшої швидкості відкриття.

Типова швидкість відкриття для вакуумних вимикачів 10 кВ: 0.8–1.2 м/с, іноді перевищує 1.5 м/с.

На практиці, початкова швидкість відкриття (вимірюється протягом перших кількох міліметрів) має більший вплив на характеристики роз'єднання, ніж середня швидкість. Високопродуктивні та 35-кВ вакуумні вимикачі часто вказують цю початкову швидкість.

Хоча більша швидкість здається корисною, надмірна швидкість збільшує вібрацію та перевищення, що збільшує навантаження на гофри, що призводить до раннього втомлення та витоку. Це також збільшує механічне навантаження на механізм, що ставить під загрозу відмову компонентів.

5. Швидкість закриття

Завдяки високій статичній електричній прочності вакуумних інтеррупторів при номінальному зазорі, необхідна швидкість закриття значно нижча, ніж швидкість відкриття. Достатня швидкість закриття необхідна для мінімізації електроерозії переддугових струмів та запобігання сварів контакту. Однак, надмірна швидкість закриття збільшує енергію закриття та піддає інтерруптор більшому впливу, що зменшує строк служби.

Типова швидкість закриття для вакуумних вимикачів 10 кВ: 0.4–0.7 м/с, до 0.8–1.2 м/с, якщо потрібно.

6. Час відскоку під час закриття

Час відскоку під час закриття є ключовим показником продуктивності вакуумного вимикача. Він залежить від контактного тиску, швидкості закриття, контактного зазору, матеріалу контактів, дизайну інтерруптора, конструкції вимикача та якості встановлення/регулювання.

Коротший час відскоку вказує на кращу продуктивність. Надмірний відскок призводить до серйозної електроерозії, збільшує ризик наднапруги та може призвести до сварів контактів під час короткозамкнення або комутації конденсаторів, а також під час тестів термічної стабільності. Пrolunged відскок також прискорює втомлення гофри.

Для вакуумних вимикачів 10 кВ з медно-хромовими контактами, час відскоку під час закриття не повинен перевищувати 2 мс. Для інших матеріалів він може бути трохи більшим, але не повинен перевищувати 5 мс.

7. Синхронізація трьох полюсів

Синхронізація трьох полюсів вимірює ступінь одночасності закриття або відкриття трьох полюсів. Оскільки значення синхронізації відкриття та закриття подібні, зазвичай вказується лише синхронізація закриття.

Погана синхронізація сильно впливає на здатність роз'єднання та збільшує тривалість дуги. Завдяки швидким операційним швидкостям та невеликим зазорам, точна налаштування легко задовольняє вимоги. Синхронізація закриття зазвичай повинна бути в межах 1 мс.

8. Відцентровка рухомих та статичних контактів (соосність)

Правильна соосна відцентровка рухомих та статичних контактів є критично важливою для продуктивності вакуумного інтерруптора і забезпечується завдяки точності виготовлення. Чи ця відцентровка зберігається після встановлення, залежить від типу механізму та процесу зборки.

Для підвіски механізмів, відцентровка в основному визначається самим механізмом. Для напівпідлогових типів, механічна відцентровка також є важливою. Під час встановлення, слід уникати застосування сиючих або бічних сил до інтерруптора.

Типова допустима соосність: ≤2 мм.