การวิเคราะห์สั้นๆ ของเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศ

เบรกเกอร์วงจรสูญญากาศมีการใช้งานในประเทศจีนมาเกือบ 30 ปีแล้ว การพัฒนาสวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูงมีการพัฒนาทางเทคโนโลยีที่สำคัญสองประการ ประการแรกคือในปี 1970 เมื่อเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศรุ่นแรกของจีนปรากฏขึ้น โดยใช้โครงสร้างหน้าสัมผัสแบบร่องเกลียวแบบอาร์คิมิดีส และวัสดุหน้าสัมผัสคือทองแดง-บิสมัท-เงิน และทองแดง-บิสมัท-อลูมิเนียม เนื่องจากข้อจำกัดของคุณสมบัติของวัสดุ จึงสามารถตัดกระแสไฟได้เพียง 20 kA อีกครั้งหนึ่งคือในช่วงต้นทศวรรษ 1980 เมื่อมีการตัดร่องบนหน้าสัมผัสรูปถ้วยเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กขวางเมื่อตัด ทำให้อาร์คหมุนบนหน้าสัมผัสได้ ลดการเผาไหม้ของหน้าสัมผัสและเพิ่มอายุการใช้งานของหน้าสัมผัส ในเวลาเดียวกัน วัสดุทองแดง-บิสมัท-แอนติโมนี ทองแดง-บิสมัท-อลูมิเนียม และทองแดง-โครเมียมได้รับการพัฒนาสำหรับวัสดุหน้าสัมผัส ทำให้มีอายุการใช้งานทางไฟฟ้าและอายุการใช้งานเชิงกลของเบรกเกอร์วงจรเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในช่วงกลางถึงปลายทศวรรษ 1980 โรงงานสวิตช์ปักกิ่งได้เปิดตัว Siemens 3AF ของเยอรมัน โรงงานไฟฟ้า Guangzhou Nanyang ได้เปิดตัว Toshiba VK10J ของญี่ปุ่น EIB VB5 ของเบลเยียม และ ABB VD4 เป็นต้น ซึ่งแสดงด้วยร่องที่ตัดบนหน้าสัมผัสแผ่นดิสก์รูปถ้วยเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กตามยาวเมื่อเกิดการแตก ทำให้ส่วนโค้งกระจายตัวและลดการเผาไหม้ให้น้อยที่สุด วัสดุสัมผัสทั้งหมดทำจากวัสดุทองแดง-โครเมียม (CuCr) ใหม่ ซึ่งมีค่าตัดขาดต่ำมาก โดยทั่วไปเพียง 3~5 A ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าเกินในการทำงานจึงจำกัดได้ในวงจรเหนี่ยวนำ และการสลายตัวของโหลดความจุที่หนักหน่วงแทบจะไม่มีอยู่เลย และความถี่ของพลังงานที่ทนต่อแรงดันไฟฟ้าหลังจากส่วนโค้งนั้นแทบจะไม่ลดลงเลย ซึ่งเอาชนะข้อบกพร่องหลักสามประการของสวิตช์สูญญากาศในช่วงทศวรรษ 1970 และต้นทศวรรษ 1980 ได้: ① ความถี่ของพลังงานที่ทนต่อแรงดันไฟฟ้าต่ำเป็นพิเศษหลังจากส่วนโค้งที่ผิดพลาดถูกทำลาย ② มักเกิดการพังทลายอย่างหนักเมื่อตัดโหลดความจุ ③ แรงดันไฟฟ้าเกินในการทำงานนั้นสูงเป็นพิเศษในวงจรเหนี่ยวนำ สิ่งนี้ได้จุดชนวนให้เกิดกระแสสวิตช์สูญญากาศในประเทศจีน ปัจจุบันมีผู้ผลิตมากกว่า 350 รายที่ผลิตเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศ และมีเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศมากกว่า 50 ประเภท ซึ่งสามารถกล่าวได้ว่าเป็นรายแรกของโลก

1 ประเภทและความแตกต่างของเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศในประเทศในระยะนี้

1.1 ประเภท

เบรกเกอร์วงจรสูญญากาศที่ผลิตในประเทศจีนในปัจจุบันสามารถแบ่งได้คร่าวๆ เป็นสามประเภท:

ประเภทแรกคือโครงสร้างแยกซึ่งออกแบบตามเบรกเกอร์วงจรน้ำมันต่ำดั้งเดิมประเภท SN10 ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการแปลงสวิตช์เกียร์เบรกเกอร์วงจรน้ำมันต่ำแบบเก่า และยังติดตั้งบนสวิตช์เกียร์ใหม่ เช่น ZN7-10X, ZN13-10X, ZN19-10X, ZN28-10A เป็นต้น ประเภทที่สองเป็นโครงสร้างแบบผสมผสานที่มีกลไกแบบอิสระซึ่งประกอบด้วย CD10, CD17, CT8, CT17, CT19 และกลไกอื่น ๆ และตัวตัดสูญญากาศและเพลาสปริง ฯลฯ เพื่อสร้างเบรกเกอร์วงจรเช่น ZN7-10, ZN13-10X, ZN19-10X, ZN28-10A ฯลฯ -10, ZN19-10, ZN28-10 เป็นต้น ประเภทที่สามเป็นโครงสร้างแบบองค์รวมซึ่งโดดเด่นด้วยการขาดกลไกอิสระและการสูญเสียการส่งผ่านของเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศต่ำ เบรกเกอร์ประเภทนี้ส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยีนำเข้า เช่น เบรกเกอร์วงจรสูญญากาศ ZN12-10 ซึ่งเป็นเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศ Siemens 3AF ที่แนะนำโดย Beijing Switch Factory เบรกเกอร์วงจรสูญญากาศ ZN18-10 ซึ่งเป็นเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศ Toshiba VK10J ที่แนะนำโดย Guangzhou Nanyang Electric Factory เบรกเกอร์วงจรสูญญากาศ VD4 ของ Xiamen ABB Switch Co., Ltd. เบรกเกอร์วงจรสูญญากาศแม่เหล็กถาวร VM1 และเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศ VS1 ที่ออกแบบโดย Senyuan Company

1.2 ความแตกต่างระหว่างเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศประเภทที่สามกับประเภทแรกและประเภทที่สอง

1) เบรกเกอร์วงจรของโครงสร้างแบบรวมโดยทั่วไปเป็นชุดของระบบส่งกำลังแบบสี่ลิงก์ ในขณะที่โครงสร้างแบบแยกและโครงสร้างแบบปะติดปะต่อนั้นทั้งคู่เป็นระบบส่งกำลังแบบสี่ลิงก์สองชุดหรือชุดของระบบส่งกำลังแบบห้าลิงก์และชุดของระบบส่งกำลังแบบสี่ลิงก์

2) จังหวะการบีบอัดหน้าสัมผัสของเบรกเกอร์วงจรของโครงสร้างแบบรวมโดยทั่วไปคือ 3~4 มม. ในขณะที่จังหวะการบีบอัดแบบสัมผัสของเบรกเกอร์วงจรของโครงสร้างแยกและโครงสร้างปะติดปะต่อโดยทั่วไปคือ 6~10 มม.

3) เบรกเกอร์วงจรของโครงสร้างรวมได้รับการออกแบบตามข้อกำหนดโดยรวมของเบรกเกอร์วงจรในวงจรควบคุม ในขณะที่เบรกเกอร์วงจรของโครงสร้างแยกและโครงสร้างปะติดปะต่อได้รับการออกแบบโดยเลียนแบบ (การแยกเลียนแบบ SN10-10) และชั่วคราว (การแยกและกลไกการทำงานรวมกัน)

2 การออกแบบการเพิ่มประสิทธิภาพเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศ

2.1 การจัดการกับความน่าเชื่อถือของเบรกเกอร์วงจร

ความน่าเชื่อถือของเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับผู้ใช้ ตั้งแต่วันที่เบรกเกอร์วงจรสูญญากาศถือกำเนิดขึ้น อายุการใช้งานเชิงกลของมันเพิ่มขึ้นจาก 2 เป็น 10 เท่าของเบรกเกอร์วงจรแบบดั้งเดิม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา 

ars มีผลิตภัณฑ์ที่มีความจุ 20,000 และ 30,000 เท่า ซีเมนส์มีผลิตภัณฑ์ที่มีความจุ 60,000 และ 120,000 ครั้ง เบรกเกอร์วงจรสูญญากาศอายุการใช้งานยาวนาน ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากลักษณะที่ไม่มีใครเทียบได้ของอาร์คแรงดันต่ำในสภาวะสูญญากาศและอายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น อายุการใช้งานเชิงกลและความน่าเชื่อถือของกลไกการทำงานที่ทำงานร่วมกับมันจึงกลายเป็นปัญหาที่สำคัญมาก ความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์นั้นรับประกันโดยคุณภาพการผลิตและคุณภาพการออกแบบเป็นหลัก อย่างแรกนั้นผู้ผลิตต้องมีระบบการประกันคุณภาพที่เข้มงวดซึ่งเกี่ยวข้องกับการจัดการ คุณภาพของบุคลากรและการฝึกอบรม การนำอุปกรณ์ใหม่มาใช้ และปัจจัยอื่นๆ ดังนั้น ในประเทศจีน ซึ่งคุณภาพของบุคลากรไม่สูงนัก ความรับผิดชอบไม่แข็งแกร่งนัก การจัดการค่อนข้างล้าหลัง และอุปกรณ์ก็ล้าสมัย การพึ่งพาความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์มากเกินไปจึงไม่สมจริง ความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ตกอยู่บนบ่าของผู้ออกแบบ การออกแบบผลิตภัณฑ์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงจะต้องมีโครงสร้างการออกแบบที่เรียบง่าย นั่นคือ การใช้ชิ้นส่วนน้อยลงเพื่อให้ได้ฟังก์ชันที่จำเป็นของผลิตภัณฑ์ นอกจากนี้ การออกแบบผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมที่สุดควรผลิตเป็นจำนวนมาก ซึ่งเอื้อต่อการปรับปรุงคุณภาพและลดต้นทุนการผลิต เบรกเกอร์วงจรสูญญากาศต่างประเทศทั้งหมดใช้หลักการนี้ และสามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือได้จากสองด้าน

2.1.1 การออกแบบระบบก้านสูบแบบง่าย

ดังที่อธิบายไว้ข้างต้น เบรกเกอร์วงจรสูญญากาศในประเทศโดยทั่วไปจะใช้กลไกการทำงานของสวิตช์น้ำมันต่ำดั้งเดิม CD10, CT8 และ CD17, CT17, CT19 ที่ได้รับการปรับปรุง ฯลฯ ทั้งหมดเป็นระบบโครงสร้างห้าลิงก์ และจุดประสงค์ในการออกแบบคือเพื่อตอบสนองฟังก์ชันการสะดุดฟรี และโครงสร้างมีความซับซ้อน ก้านสูบจำกัดบางส่วนนั้นเปราะบาง ตัวอย่างเช่น ก้านสูบโซนตายของ CD10 โครงสร้างครึ่งแกนของ CD17 และแกนครึ่งต่างๆ และแผ่นหัวเข็มขัดของ CT17 และ CT19 "การสะดุดฟรี" ได้รับการเสนอภายใต้ภูมิหลังทางประวัติศาสตร์ทางเทคนิคบางประการ ไม่เพียงแต่ไม่สามารถดำเนินการเปิดตามปกติ แต่ยังจะทำให้เกิดอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยส่วนบุคคลกับผู้ปฏิบัติงานอีกด้วย สำหรับกลไกแม่เหล็กไฟฟ้า แหล่งจ่ายไฟ DC จะถูกควบคุมโดยคอนแทคเตอร์ DC CZO-40C รุ่นเก่า และ "เวลาเปิด" (เวลาตั้งแต่ตัดแหล่งจ่ายไฟของคอยล์ควบคุมไปจนถึงการแยกหน้าสัมผัสหลัก) อยู่ที่ประมาณ 150~200 มิลลิวินาที หากไม่มีฟังก์ชั่นการสะดุดฟรี เบรกเกอร์วงจรที่ติดตั้งกลไกแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่สามารถดำเนินการเปิดตามปกติได้ แม้ว่าคอนแทคเตอร์ DC CZO-40D ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับเบรกเกอร์วงจร (เวลาดำเนินการอยู่ที่ประมาณ 70 มิลลิวินาที) เมื่อสวิตช์ไร้น้ำมันถูกปิดหรือเปิด แกนเหล็กปิดคุณภาพสูงจะไม่ถูกรีเซ็ตในเวลาที่กำหนด ซึ่งจะบล็อกเส้นทางการเคลื่อนที่ของแกนนำ ลดความเร็วของสวิตช์เปิด และส่งผลต่อประสิทธิภาพการตัด เบรกเกอร์วงจรสูญญากาศไม่มีความกังวลดังกล่าว การพัฒนาเทคโนโลยีทำให้ข้อจำกัดบางประการจะหายไปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ มาตรฐาน GB1984 และเงื่อนไขทางเทคนิคในการสั่งซื้อของกระทรวงพลังงานไฟฟ้าได้ยกเลิกข้อจำกัดเกี่ยวกับกลไกแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีสวิตช์สูญญากาศโดยการตัดการทำงานแบบอิสระ ดังนั้น CD17 ที่ได้รับการออกแบบใหม่จึงยังคงฟังก์ชันการตัดการทำงานแบบอิสระไว้ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความคิดของผู้ออกแบบนั้นไม่เปิดกว้างเพียงพอ การตัดการทำงานแบบอิสระของกลไกสปริง CT17 และ CT19 นั้นเป็นสิ่งที่ไม่จำเป็น ทำให้เกิดความซับซ้อนที่ไม่จำเป็นในโครงสร้างและลดความน่าเชื่อถือ นอกจากนี้ยังมีรายงานในต่างประเทศ (เช่น ญี่ปุ่นและเยอรมนี) ว่าอุปกรณ์ตัดการทำงานแบบอิสระถูกยกเลิกเพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือ

2.1.2 การออกแบบแบบบูรณาการ

แนวคิดในการใช้หน่วยตัดการทำงานสูญญากาศที่มีกลไกการทำงานอิสระ (แม่เหล็กไฟฟ้าหรือสปริง) เพื่อสร้างเบรกเกอร์วงจรเป็นแนวคิดที่สืบทอดมาจากสวิตช์ไร้น้ำมัน เนื่องจากวิธีการนี้เป็นอันตรายต่อประสิทธิภาพเชิงกลและไฟฟ้าในด้านเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศ ไม่ว่าจะเป็น CD10, CD17, CT8, CT17 และ CT19 พวกมันก็ประกอบด้วยระบบห้าลิงก์ เพลาส่งออกของมันไม่ใช่เพลาหลักของเบรกเกอร์วงจรและเพลาส่งออกและเพลาหลักของเบรกเกอร์วงจรจะต้องสร้างชุดลิงก์สี่ชุดอื่นเพื่อส่งแรงปิดซึ่งทำให้โครงสร้างซับซ้อนและการสูญเสียการส่งผ่านมีขนาดใหญ่ ในทางตรงกันข้ามเบรกเกอร์วงจรรวม (เช่น ZN12, ZN18, VD4, VM1, VS1 ซึ่ง ZN12, ZN18, VD4, VS1 ทำงานในแรงสปริง VM1 ทำงานด้วยแรงแม่เหล็กถาวร) ประกอบด้วยชุดลิงก์สี่ชุด ซึ่งหนึ่งในนั้นคือเพลาหลักของเบรกเกอร์วงจร มีโครงสร้างที่เรียบง่าย การสูญเสียการส่งผ่านต่ำ และความน่าเชื่อถือที่ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ดังนั้นเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศประเภทนี้ควรได้รับการพัฒนาอย่างจริงจัง

2.2 จัดการกระบวนการเปิดของเบรกเกอร์วงจรอย่างดี

กระบวนการเปิดของเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศไม่ได้ง่ายอย่างที่ผู้คนคิด วิธีจัดการกระบวนการเหล่านี้คือ