Dielektrische Standfestigkeit von AC-Vakuumschaltern und Gegenmaßnahmen

Während des Betriebs werden Wechselstrom-Vakuumschaltkontakte oft verschiedenen Überspannungen ausgesetzt, wie Blitzeinwirkung und Schaltüberspannung. Daher müssen Wechselstrom-Vakuumschaltkontakte eine bestimmte Spannungsfestigkeit aufweisen.

Ein Wechselstrom-Vakuumschaltkontakt besteht aus einem Vakuumschalter (dessen Struktur in Abbildung 1 gezeigt wird), einer Gehäuse, einem elektromagnetischen System, einem Sekundärkreis und anderen Komponenten. Davon ist der Vakuumschalter das "Herz" des Wechselstrom-Vakuumschaltkontakts, und seine Leistung beeinflusst direkt die Spannungsfestigkeit des Wechselstrom-Vakuumschaltkontakts.

1. Einflussfaktoren und Gefahren

Nachdem das Design und die Herstellung eines Vakuumschalters abgeschlossen sind, bleibt der Abstand d zwischen den beweglichen und statischen Kontakten unverändert. Daher hängt die Größe der Zündspannung hauptsächlich von dem Druck p, also vom Vakuumgrad des Vakuumschalters, ab. Bei einem relativ hohen Vakuumgrad ist die relative Dichte der Elektronen sehr gering, und natürlich ist auch die Anzahl der geladenen Teilchen klein. Die Entladungskapazität des Gases ist sehr schwach, daher ist die Zündspannung groß, und die Spannungsfestigkeit des Vakuumschalters ist stark. Theoretisch gilt, je höher der Vakuumgrad, desto niedriger der Druck, desto höher die Isolationsstärke der Kontaktlücke, desto höher die Zündspannung, desto stärker die Spannungsfestigkeit des Vakuumschalters, und zu diesem Zeitpunkt ist der Leckstrom kleiner.

Die Faktoren, die die Spannungsfestigkeit des Vakuumschalters beeinflussen, sind neben den geladenen Teilchen in der Kontaktlücke (der Vakuumgrad spielt dabei eine wichtige Rolle) auch mit dem Gehäuse des Vakuumschalters verbunden. Wie in Abbildung 1 gezeigt, besteht das Gehäuse des Vakuumschalters aus Keramik oder Glas. Da Keramik und Glas beide wasseranziehende Isoliermaterialien sind, haben sie eine starke Wasseraufnahmefähigkeit, und Wasser absorbiert Verunreinigungen. Unter dem Einfluss einer angewendeten Spannung werden diese Verunreinigungen leicht ionisiert und zu geladenen Teilchen, was zu Oberflächenentladungen führt und die Spannungsfestigkeit des Vakuumschalters verringert. In diesem Fall sinkt die Isolationsstärke des Gehäuses, und der Leckstrom steigt.

Unter dem Einfluss einer angewendeten Spannung bilden die Hauptkontaktlücke des Vakuumschalters und das Gehäuse des Vakuumschalters einen Parallelschaltkreis. Wenn sich die Oberflächenentladung des Vakuumschalters zu einer Bogenbildung entwickelt, bedeutet dies, dass der Vakuumschalter entlang der Oberfläche des Gehäuses durchschlägt, was die Isolationsleistung des Vakuumschalters erheblich beeinträchtigt. Darüber hinaus ist für den Wechselstrom-Vakuumschaltkontakt die Qualität des Gehäuses ebenfalls ein Faktor, der seine Spannungsfestigkeit beeinflusst.

2. Verbesserungsmaßnahmen

Da die Spannungsfestigkeit des Wechselstrom-Vakuumschaltkontakts hauptsächlich vom Vakuumschalter abhängt und die Faktoren, die die Spannungsfestigkeit des Vakuumschalters beeinflussen, sowohl das Innere des Schalters als auch das Gehäuse umfassen, sollten Maßnahmen von diesen beiden Aspekten her verbessert werden.

Erstens, aus Sicht des Inneren des Vakuumschalters, sollte auf die folgenden Aspekte geachtet werden:

Verbessern Sie die physikalische Struktur der Kontakte, um das elektrische Feld des Vakuumschalters so gleichmäßig wie möglich zu gestalten. Wenn der Kontaktabstand des Vakuumschalters festgelegt ist, hilft es, die Verteilung des elektrischen Feldes im Schalter gleichmäßiger zu gestalten, um die Spannungsfestigkeit des Vakuumschalters zu erhöhen und den Leckstrom zu reduzieren.

In der Praxis sollte zunächst die Dicke der Kontakte angemessen erhöht und die scharfen Kanten und Ecken der Kontakte abgerundet werden, damit die elektrische Feldverteilung an diesen Stellen nicht zu konzentriert ist, was dazu beiträgt, die Spannungsfestigkeit des Vakuumschalters zu verbessern. Darüber hinaus sollten für Hochspannungs- und großkapazitive Vakuumschalter um die Kontakte herum ein Spannungsausgleichsschild und am Ende des Spannungsausgleichsschilds ein Hilfsspannungsausgleichsschild entworfen werden, um die elektrische Feldverteilung in der Nähe der Kontakte effektiv zu verbessern. Das Entwerfen von Endschirmen in der Nähe der Endkappen an beiden Enden des Vakuumschalters kann die elektrische Feldintensität in der Nähe der Endkappen des Vakuumschalters effektiv reduzieren.

Verbessern Sie den Vakuumgrad. Der Vakuumgrad ist ein wichtiger Parameter, der die Qualität des Vakuumschalters widerspiegelt. Der Vakuumgrad eines qualifizierten Vakuumschalters liegt im Bereich von 10^-4 bis 10^-2 Pa, also 10^-6 bis 10^-4 mmHg. Wie in Abbildung 2 gezeigt, fällt die Spannungsfestigkeit des Vakuumschalters bei einem Druck größer als 10^-2 Pa schnell ab.

Die Kontaktfläche sollte glatt und eben sein. Falls nötig, sollten Grate an der Kontaktfläche durch Konditionierung entfernt werden.

Verbessern Sie die Achsparallelität. Eine Führungsrohr kann die Achsparallelität des Vakuumschalters effektiv sicherstellen, aber manchmal ist die Achsparallelität noch nicht in optimaler Form und muss sorgfältig justiert werden. Die Verbesserung der Achsparallelität gewährleistet den effektiven Kontakt der beweglichen und statischen Kontakte, was den Kontaktwiderstand reduziert, die Wärme beim Schließen der Kontakte reduziert und die Oberflächenbeschädigung durch Verschweißung beim Öffnen der Kontakte effektiv verringert.

Zweitens, aus Sicht des Gehäuses des Vakuumschalters, sollte auf die folgenden Aspekte geachtet werden:

• Erhöhen Sie den Kriechweg. Besonders bei der Miniaturisierung von Produkten kann dieses Ziel effektiv erreicht werden, indem das Gehäuse in eine wellenförmige Form gestaltet wird.

• Halten Sie das Gehäuse sauber und achten Sie auf die Umgebungsbedingungen. Insbesondere für Vakuumschalter, die in verschmutzten und feuchten Umgebungen im Freien eingesetzt werden, sollten Maßnahmen ergriffen werden, um das Gehäuse sauber zu halten.

• Für Hochspannungs- und großkapazitive Vakuumschalter kann die Hinzufügung von Silikonfettisolierung zwischen der Außenseite des Vakuumschalters und dem Isolierporzellanzylinder die Isolationsstärke der Außenseite des Vakuumschalters effektiv verbessern. Darüber hinaus müssen Materialien mit hoher Isolationsstärke ausgewählt werden, um die Spannungsfestigkeit des Gehäuses des Wechselstrom-Vakuumschaltkontakts zu verbessern.

3. Schlussfolgerung

Durch die Verbesserung der inneren Isolation des Vakuumschalters und die Reduzierung der Oberflächenleitfähigkeit des Gehäuses des Vakuumschalters sowie die Verbesserung der Spannungsfestigkeit des Gehäuses des Wechselstrom-Vakuumschaltkontakts kann die Spannungsfestigkeit des Wechselstrom-Vakuumschaltkontakts erheblich verbessert und die Produktqualität erhöht werden.