Диэлектрическая прочность вакуумных контакторов переменного тока и меры противодействия

Во время работы вакуумные контакторы переменного тока часто подвергаются различным перенапряжениям, таким как грозовые и коммутационные перенапряжения. Поэтому вакуумные контакторы переменного тока должны обладать определенной способностью выдерживать напряжение.

Вакуумный контактор переменного тока состоит из вакуумного прерывателя (его структура показана на рисунке 1), корпуса, электромагнитной системы, вторичной цепи и других компонентов. Среди них вакуумный прерыватель является "сердцем" вакуумного контактора переменного тока, и его характеристики непосредственно влияют на способность контактора выдерживать напряжение.

1. Факторы влияния и опасности

После завершения проектирования и изготовления вакуумного прерывателя зазор d между его подвижными и неподвижными контактами остается неизменным. Поэтому величина пробивного напряжения зазора в основном зависит от давления p, то есть степени вакуума в вакуумном прерывателе. При высокой степени вакуума относительная плотность электронов очень мала, а следовательно, и количество заряженных частиц также невелико. Пробойная способность газа очень слаба, поэтому пробивное напряжение велико, и способность вакуумного прерывателя выдерживать напряжение сильна. Таким образом, теоретически, чем выше степень вакуума, тем ниже давление, тем выше диэлектрическая прочность зазора между контактами, тем выше пробивное напряжение, тем сильнее способность вакуумного прерывателя выдерживать напряжение, и в этот момент утечка тока меньше.

Факторы, влияющие на способность вакуумного прерывателя выдерживать напряжение, помимо заряженных частиц, существующих в зазоре между контактами (степень вакуума играет основную роль), также связаны с внешним корпусом вакуумного прерывателя. Как показано на рисунке 1, внешний корпус вакуумного прерывателя изготовлен из керамики или стекла. Поскольку керамика и стекло являются гидрофильными диэлектрическими материалами, они обладают сильной способностью поглощать воду, которая, в свою очередь, поглощает примеси. Под действием приложенного напряжения эти примеси легко ионизируются, образуя заряженные частицы, вызывающие поверхностный разряд, что снижает способность вакуумного прерывателя выдерживать напряжение. В это время диэлектрическая прочность корпуса уменьшается, а утечка тока увеличивается.

Под действием приложенного напряжения главный зазор между контактами вакуумного прерывателя и внешний корпус вакуумного прерывателя образуют параллельную цепь. Если поверхностный разряд вакуумного прерывателя развивается до пробоя, это означает, что вакуумный прерыватель пробивает по поверхности корпуса, серьезно нарушая его диэлектрические свойства. Кроме того, для вакуумного контактора переменного тока качество внешнего корпуса также является фактором, влияющим на его способность выдерживать напряжение.

2. Меры по улучшению

Так как способность вакуумного контактора переменного тока выдерживать напряжение в основном зависит от вакуумного прерывателя, а факторы, влияющие на эту способность, включают внутреннюю часть прерывателя и внешний корпус, меры по улучшению следует принимать с этих двух сторон.

Прежде всего, с точки зрения внутренней части вакуумного прерывателя, следует обратить внимание на следующие аспекты:

Улучшение физической структуры контактов, чтобы сделать электрическое поле вакуумного прерывателя максимально равномерным. Когда зазор между контактами вакуумного прерывателя определен, улучшение распределения электрического поля внутри прерывателя, делая его более равномерным, помогает повысить способность вакуумного прерывателя выдерживать напряжение и уменьшить утечку тока.

На практике, во-первых, следует увеличить толщину контактов, а острые углы и края контактов затупить, чтобы распределение электрического поля в этих частях было не слишком концентрированным, что поможет улучшить способность вакуумного прерывателя выдерживать напряжение. Кроме того, для высоковольтных и больших по емкости вакуумных прерывателей вокруг контактов следует спроектировать экранирующую сетку, а на конце экранирующей сетки — дополнительную экранирующую сетку, что эффективно улучшит распределение электрического поля вблизи контактов. Проектирование концевых экранов вблизи концевых заглушек на обоих концах вакуумного прерывателя может эффективно снизить интенсивность электрического поля вблизи концевых заглушек вакуумного прерывателя.

Улучшение степени вакуума. Степень вакуума — важный параметр, отражающий качество вакуумного прерывателя. Степень вакуума качественного вакуумного прерывателя находится в диапазоне от 10^-4 до 10^-2 Па, то есть от 10^-6 до 10^-4 мм рт. ст. Как показано на рисунке 2, когда давление в вакуумном прерывателе превышает 10^-2 Па, его способность выдерживать напряжение быстро снижается.

Поверхность контактов должна быть гладкой и ровной. При необходимости заусенцы на поверхности контактов следует удалить путем обработки.

Улучшение коаксиальности. Направляющая втулка может эффективно обеспечить коаксиальность вакуумного прерывателя, но иногда коаксиальность все еще не находится в наилучшем состоянии и требует тщательной регулировки. Улучшение коаксиальности обеспечивает эффективный контакт подвижных и неподвижных контактов, что может снизить контактное сопротивление, уменьшить тепло, выделяющееся при замыкании контактов, и эффективно снизить повреждения поверхности, вызванные сваркой при их размыкании.

Во-вторых, с точки зрения внешнего корпуса вакуумного прерывателя, следует обратить внимание на следующие аспекты:

• Увеличение длины пути утечки. Особенно при миниатюризации продукта эта цель может быть эффективно достигнута путем проектирования внешнего корпуса в виде волнистой формы.

• Сохранение чистоты внешнего корпуса и внимание к условиям эксплуатации. Особенно для вакуумных выключателей, используемых на открытом воздухе в загрязненных и влажных условиях, необходимо предпринимать меры для поддержания чистоты внешнего корпуса.

• Для высоковольтных и больших по емкости вакуумных прерывателей добавление силиконовой смазки между внешней поверхностью вакуумного прерывателя и изоляционной фарфоровой втулкой может эффективно улучшить диэлектрическую прочность внешней поверхности вакуумного прерывателя. Кроме того, необходимо выбирать материалы с высокой диэлектрической прочностью, чтобы улучшить способность внешнего корпуса вакуумного контактора переменного тока выдерживать напряжение.

3. Заключение

Улучшение внутренней изоляции вакуумного прерывателя, снижение поверхностной проводимости внешнего корпуса вакуумного прерывателя и улучшение способности внешнего корпуса вакуумного контактора переменного тока выдерживать напряжение могут значительно повысить способность вакуумного контактора переменного тока выдерживать напряжение и улучшить качество продукции.