Dielektrická odolnost střídavých vakuových kontaktorů a protiopatření

Během provozu jsou střídavé vakuumové kontaktní přepínače často vystaveny různým přetlakovým napětím, jako je například bleskové přetlakové napětí a přetlakové napětí způsobené přepínáním. Proto musí střídavé vakuumové kontaktní přepínače mít určitou schopnost odolávat napětí.

Střídavý vakuumový kontaktní přepínač se skládá z vakuumového vypínače (jeho struktura je znázorněna na obrázku 1), obalu, elektromagnetického systému, sekundárního obvodu a dalších komponent. Mezi těmito komponenty je vakuumový vypínač "srdcem" střídavého vakuumového kontaktního přepínače, jehož výkonnost přímo ovlivňuje schopnost odolávat napětí u střídavého vakuumového kontaktního přepínače.

1. Ovlivňující faktory a nebezpečí

Po dokončení návrhu a výroby vakuumového vypínače zůstává mezera d mezi pohyblivým a stacionárním kontaktem neměnná. Proto hlavně závisí velikost průrazového napětí na tlaku p, tj. na stupeň vakuua u vakuumového vypínače. Když je stupeň vakuua relativně vysoký, relativní hustota elektronů je velmi nízká a samozřejmě i počet nabitéch částic je malý. Průvodná schopnost plynu je velmi slabá, takže průrazové napětí je vysoké a schopnost odolávat napětí u vakuumového vypínače je silná. Teoreticky tedy platí, že čím vyšší je stupeň vakuua, tím nižší je tlak, tím vyšší je dielektrická pevnost mezer mezi kontakty, tím vyšší je průrazové napětí a tím silnější je schopnost odolávat napětí u vakuumového vypínače, přičemž v tomto okamžiku je unikající proud menší.

Faktory ovlivňující schopnost odolávat napětí u vakuumového vypínače, kromě existujících nabitéch částic v mezerech mezi kontakty (stupeň vakuua hraje klíčovou roli), jsou také spojeny s vnějším obalem vakuumového vypínače. Jak je znázorněno na obrázku 1, vnější obal vakuumového vypínače je vyroben z keramiky nebo skla. Keramika a sklo jsou oba hydrofilní izolační materiály, které mají silnou schopnost absorbovat vodu, a voda absorbuje nečistoty. Pod vlivem aplikovaného napětí se tyto nečistoty snadno ionizují na nabité částice a způsobí povrchový výboj, což snižuje schopnost odolávat napětí u vakuumového vypínače. V tomto okamžiku klesá izolační pevnost obalu a zvyšuje se unikající proud.

Pod vlivem aplikovaného napětí tvoří hlavní mezera mezi kontakty vakuumového vypínače a vnější obal vakuumového vypínače paralelní obvod. Pokud se povrchový výboj vakuumového vypínače vyvine na flashover, znamená to, že vakuumový vypínač prokazuje poruchu podél povrchu obalu, což vážně ovlivňuje izolační vlastnosti vakuumového vypínače. Kromě toho je pro střídavý vakuumový kontaktní přepínač kvalita vnějšího obalu také faktorem ovlivňujícím jeho schopnost odolávat napětí.

2. Opatření k zlepšení

Protože schopnost odolávat napětí u střídavého vakuumového kontaktního přepínače závisí především na vakuumovém vypínači a faktory ovlivňující schopnost odolávat napětí u vakuumového vypínače zahrnují vnitřek vypínače a vnější obal, byla by měla být provedena opatření z těchto dvou hledisek ke zlepšení.

Zaprvé, z hlediska vnitřku vakuumového vypínače, by se měla věnovat pozornost následujícím aspektům:

Zlepšení fyzické struktury kontaktů tak, aby elektrické pole vakuumového vypínače bylo co nejvíce rovnoměrné. Jakmile je mezera mezi kontakty vakuumového vypínače stanovena, zlepšení rozložení elektrického pole uvnitř vypínače tak, aby bylo co nejvíce rovnoměrné, pomáhá zlepšit schopnost odolávat napětí u vakuumového vypínače a snížit unikající proud.

V praxi by měla být nejdříve vhodně zvýšena tloušťka kontaktů a ostří a hrany kontaktů by měly být zaobleny, aby bylo rozložení elektrického pole v těchto částech nebylo příliš koncentrované, což pomáhá zlepšit schopnost odolávat napětí u vakuumového vypínače. Kromě toho by měl být pro vysokonapěťové a vysokokapacitní vakuumové vypínače navržen vyrovnávací štít kolem kontaktů a pomocný vyrovnávací štít na konci vyrovnávacího štítu, aby bylo efektivně zlepšeno rozložení elektrického pole blízko kontaktů. Navrhování koncových štítů blízko koncových víček na obou koncích vakuumového vypínače efektivně snižuje intenzitu elektrického pole blízko koncových víček vakuumového vypínače.

Zlepšení stupně vakuua. Stupeň vakuua je důležitý parametr odrážející kvalitu vakuumového vypínače. Stupeň vakuua kvalifikovaného vakuumového vypínače má rozmezí mezi 10^-4~10^-2 Pa, tj. 10^-6~10^-4 mmHg. Jak je znázorněno na obrázku 2, když je tlak vakuumového vypínače větší než 10^-2 Pa, jeho schopnost odolávat napětí rychle klesá.

Plocha kontaktu by měla být hladká a rovná. Pokud je to nutné, by měly být ostré hrany na ploše kontaktu odstraněny prostřednictvím kondicionace.

Zlepšení souososti. Vedení může efektivně zajistit souosost vakuumového vypínače, ale někdy není souosost ve stavu optimálním a potřebuje pečlivou úpravu. Zlepšení souososti zajišťuje efektivní kontakt pohyblivého a stacionárního kontaktu, což může snížit odpor kontaktu, teplo generované při uzavření kontaktu a efektivně snížit povrchové poškození způsobené svařováním při otevření kontaktu.

Zadruhé, z hlediska vnějšího obalu vakuumového vypínače, by se měla věnovat pozornost následujícím aspektům:

• Zvýšení dráhy plazu. Zejména v případě miniaturizace produktu lze tento cíl efektivně dosáhnout navržením vnějšího obalu do vlnitého tvaru.

• Udržování čistoty vnějšího obalu a dbání na podmínky použití. Zejména pro vakuumové spínače používané venku v znečištěném a vlhkém prostředí by měly být provedeny opatření k udržení čistoty vnějšího obalu.

• Pro vysokonapěťové a vysokokapacitní vakuumové vypínače může dodatečné použití silikonového tuku jako izolace mezi vnější plochou vakuumového vypínače a izolační keramickou rukavicí efektivně zlepšit izolační pevnost vnější plochy vakuumového vypínače. Kromě toho musí být vybrány materiály s vysokou izolační pevností, aby byla zlepšena schopnost odolávat napětí u vnějšího obalu střídavého vakuumového kontaktního přepínače.

3. Závěr

Zlepšením vnitřní izolace vakuumového vypínače a snížením povrchové vodivosti vnějšího obalu vakuumového vypínače a zlepšením schopnosti odolávat napětí u vnějšího obalu střídavého vakuumového kontaktního přepínače lze velmi zlepšit schopnost odolávat napětí u střídavého vakuumového kontaktního přepínače a zlepšit kvalitu produktu.