Діелектрична стійкість вакуумних контакторів постійного струму та протидії

Під час роботи вакуумні контактори постійного струму часто піддаються різним перенапругам, таким як грозова перенапруга та перенапруга при комутації. Тому вакуумні контактори постійного струму повинні мати певну здатність витривати напругу.

Вакуумний контактор постійного струму складається з вакуумного преривача (його структура показана на рисунку 1), корпусу, електромагнітної системи, вторинного контуру та інших компонентів. Серед них, вакуумний преривач є "серцевиною" вакуумного контактора постійного струму, і його характеристики безпосередньо впливають на здатність контактора витривати напругу.

1. Впливові фактори та небезпеки

Після завершення проектування та виробництва вакуумного преривача, зазор d між рухомим та нерухомим контактами залишається незмінним. Тому величина пробивної напруги зазору в основному залежить від тиску p, тобто від ступеня вакууму в преривачі. Коли ступінь вакууму досить високий, відносна густина електронів дуже низька, і, звичайно, кількість заряджених частинок також невелика. Здатність газу до розряду дуже слабка, тому пробивна напруга велика, а здатність витривати напругу вакуумного преривача сильна. Тому, теоретично, чим вищий ступінь вакууму, тим нижчий тиск, тим вища диелектрична проникність зазору контактів, тим вища пробивна напруга, тим сильніша здатність витривати напругу вакуумного преривача, і в цей час, ток утечки менший.

Фактори, що впливають на здатність витривати напругу вакуумного преривача, окрім заряджених частинок, що існують в контактному зазорі (ступінь вакууму має ключове значення), також пов'язані з зовнішнім корпусом вакуумного преривача. Як показано на рисунку 1, зовнішній корпус вакуумного преривача виготовлений з кераміки або скла. Оскільки кераміка та скло — це гідрофільні діелектричні матеріали, вони мають сильну здатність поглинати воду, а вода поглинає забруднюючі речовини. Під дією прикладеної напруги, ці забруднюючі речовини легко іонізуються в заряджені частинки, що спричиняють поверхневий розряд, зменшуючи здатність витривати напругу вакуумного преривача. У цей час, диелектрична проникність оболонки зменшується, а ток утечки збільшується.

Під дією прикладеної напруги, головний контактний зазор вакуумного преривача та зовнішній корпус вакуумного преривача формують паралельний контур. Якщо поверхневий розряд вакуумного преривача розвивається до флютерингу, це свідчить про те, що вакуумний преривач пробивається вздовж поверхні оболонки, серйозно погіршуючи диелектричні властивості вакуумного преривача. Крім того, для вакуумного контактора постійного струму, якість зовнішнього корпусу також є фактором, що впливає на його здатність витривати напругу.

2. Міри покращення

Оскільки здатність витривати напругу вакуумного контактора постійного струму в основному залежить від вакуумного преривача, а фактори, що впливають на здатність витривати напругу вакуумного преривача, включають внутрішню частину преривача та зовнішній корпус, міри покращення повинні бути зосереджені на цих двох аспектах.

По-перше, з точки зору внутрішньої частини вакуумного преривача, необхідно звернути увагу на наступні аспекти:

Покращити фізичну структуру контактів, щоб електричне поле вакуумного преривача було максимально рівномірним. Коли контактний зазор вакуумного преривача визначений, покращення розподілу електричного поля в преривачі, щоб воно було більш рівномірним, допомагає підвищити здатність витривати напругу вакуумного преривача та зменшити ток утечки.

На практиці, спочатку, товщину контактів слід трохи збільшити, а гострі кути та ребра контактів треба згладити, щоб розподіл електричного поля в цих частинах не був надто концентрованим, що допомагає підвищити здатність витривати напругу вакуумного преривача. Крім того, для високонапружних та великого обсягу вакуумних преривачів, довкола контактів слід розробити екран рівномірності напруги, а на кінці екрана рівномірності напруги — допоміжний екран рівномірності напруги, щоб ефективно покращити розподіл електричного поля поблизу контактів. Розробка екранів на кінцях вакуумного преривача може ефективно знизити інтенсивність електричного поля поблизу кінців вакуумного преривача.

Покращити ступінь вакууму. Ступінь вакууму є важливим параметром, що відображає якість вакуумного преривача. Ступінь вакууму кваліфікованого вакуумного преривача має діапазон, від 10^-4 до 10^-2 Па, тобто 10^-6 до 10^-4 мм рт. ст. Як показано на рисунку 2, коли тиск вакуумного преривача перевищує 10^-2 Па, його здатність витривати напругу швидко знижується.

Поверхня контактів повинна бути гладкою та рівною. При необхідності, заусенці на поверхні контактів слід видалити через умовлення.

Покращити коаксіальність. Направляюча муфта може ефективно забезпечити коаксіальність вакуумного преривача, але іноді коаксіальність все ще не у найкращому стані і потребує аккуратного регулювання. Покращення коаксіальності забезпечує ефективний контакт рухомих та нерухомих контактів, що зменшує опір контактів, зменшує тепло, що виділяється при замиканні контактів, та ефективно зменшує поверхневі ушкодження, що виникають при відкритті контактів через зварювання.

По-друге, з точки зору зовнішнього корпусу вакуумного преривача, необхідно звернути увагу на наступні аспекти:

• Збільшити відстань по поверхні. Особливо в разі миніатюрізації продукту, цього цілі можна ефективно досягти, розробивши зовнішній корпус у вигляді хвилястої форми.

• Зберігати чистоту зовнішнього корпусу та звертати увагу на умови використання. Особливо для вакуумних вмикачів, використовуваних на відкритому повітрі в забруднених та вологих умовах, потрібно прийняти міри для збереження чистоти зовнішнього корпусу.

• Для високонапружних та великого обсягу вакуумних преривачів, додавання силиконової змазки між зовнішньою поверхнею вакуумного преривача та ізоляційним керамічним рукавом може ефективно підвищити диелектричну проникність зовнішньої поверхні вакуумного преривача. Крім того, необхідно вибирати матеріали з високою диелектричною проникністю, щоб підвищити здатність витривати напругу зовнішнього корпусу вакуумного контактора постійного струму.

3. Висновок

Шляхом покращення внутрішньої ізоляції вакуумного преривача, зменшення поверхневої провідності зовнішнього корпусу вакуумного преривача та підвищення здатності витривати напругу зовнішнього корпусу вакуумного контактора постійного струму, можна значно підвищити здатність витривати напругу вакуумного контактора постійного струму та підвищити якість продукту.