Вакуумный выключатель работает в Китае уже почти 30 лет, и развитие вакуумного выключателя имеет два больших технологических скачка, один из которых приходится на 70-е годы 20 века, когда появился вакуумный выключатель китайского поколения. Он имеет контактную структуру спиральной канавки Архимеда, а контактными материалами являются медь-висмут-серебро и медь-висмут-алюминий, которые ограничены свойствами материала, а разрушающая способность может достигать только 20 кА. В другой раз в начале 80-х годов 20-го века на чашеобразном контакте была вырезана канавка, чтобы она создавала поперечное магнитное поле при разрыве, чтобы дуга вращалась на контакте, уменьшала прогорание контакта и увеличивала срок службы контакта.

В середине-конце 80-х годов 20-го века появление немецкого Siemens 3AF на Пекинском заводе коммутаторов, появление японского Toshiba VK10J на заводе электроприборов Guangzhou Nanyang Electric Appliance Factory, бельгийской компании EIB VB5 и ABB компании VD4 в качестве представителей, использование чашеобразных дисковых контактов для вырезания канавок, при разрыве продольного магнитного поля, чтобы дуга была диффузной, для ограничения уменьшения горения. Все контактные материалы изготовлены из медно-хромового (CuCr) нового материала, который имеет очень низкое значение перехвата, обычно всего 3 ~ 5 А. Поэтому в индуктивной цепи выработка рабочего перенапряжения может быть ограничена, большой пробой прерывистой емкостной нагрузки почти не происходит, а выдерживаемое напряжение частоты мощности после дуги в основном не снижается, что преодолевает три основных дефекта вакуумного выключателя в 70-х годах 20-го века и начале 80-х годов 20-го века: (1) выдерживаемое напряжение на частоте мощности особенно низкое после разрыва дуги неисправности; (2) Сильный пробой часто происходит при разрыве емкостных нагрузок; (3) В индуктивных цепях рабочее перенапряжение особенно высоко. Таким образом, в Китае была запущена лихорадка вакуумных выключателей, и количество производителей вакуумных выключателей превысило 350, а модели вакуумных выключателей достигли более 50 видов, которые, можно сказать, занимают первое место в мире.

1. Виды и отличия отечественных вакуумных выключателей на данном этапе

1.1 Виды

В настоящее время вакуумные выключатели, производимые в Китае, можно условно разделить на три категории:

Представляет собой разъемную конструкцию, которая спроектирована в соответствии с имитацией оригинального маслобойного устройства типа SN10, в основном для трансформации старого распределительного устройства маслобойного молота, а также устанавливается на новые распределительные устройства, такие как ZN7-10X, ZN13-10X, ZN19-10X, ZN28-10A и т.д.; Второй тип представляет собой лоскутную конструкцию с независимым модельным механизмом, который состоит из CD10, CD17, CT8, CT17, CT19 и других механизмов и вакуумных прерывателей и вращающихся валов, пружин и т.д., образующих автоматический выключатель, таких как ZN7-10, ZN13-10, ZN19-10, ZN28-10 и т.д.; Третий тип - это интегральная структура, которая характеризуется отсутствием независимого механизма, меньшими потерями при передаче вакуумного выключателя, такой автоматический выключатель в основном для внедрения технологий, приходящихся на основной корпус, такой как вакуумный выключатель ZN12-10 - это внедрение вакуумного выключателя Siemens 3AF, представленного Пекинским заводом переключателей, вакуумный выключатель ZN18-10 для Гуанчжоу Наньянский завод электроприборов, представленный вакуумным выключателем Toshiba VK10J, Xiamen ABB Switch Co., Ltd. Вакуумный выключатель VD4, Вакуумный выключатель с постоянными магнитами VM1 и вакуумный выключатель VS1, разработанные компанией Senyuan, и т. Д.

1.2 Третий тип отличается от первого и второго типов вакуумных выключателей

1) Автоматический выключатель с интегральной конструкцией, как правило, представляет собой один комплект четырехзвенной системы передачи; Разделенная структура и лоскутная структура представляют собой два набора четырехзвенных подключенных систем передачи или один набор пятизвенных и один набор четырехзвенных подключенных систем передачи.

2) Такт сжатия контакта автоматического выключателя с интегральной конструкцией обычно составляет 3 ~ 4 мм; Такт контактного сжатия автоматического выключателя с разъемной структурой и лоскутной структурой обычно составляет 6 ~ 10 мм.

3) Автоматический выключатель с интегральной конструкцией спроектирован исходя из общих требований автоматического выключателя в контуре управления; Автоматические выключатели с раздельной и лоскутной структурой спроектированы методом имитации (имитация сплита SN10-10) и импровизации (совмещение сплит-механизма и рабочего механизма).

2 Оптимизированная конструкция вакуумного выключателя

2.1 Управление надежностью автоматического выключателя

Надежность вакуумного выключателя имеет жизненно важное значение для пользователя. Со дня появления вакуумного выключателя его механический ресурс подскочил с 2 000 раз до 10 000 раз по сравнению с традиционным автоматическим выключателем, а за последние годы продукции было 20 000 раз и 30 000 раз, а у зарубежной компании Siemens есть 60 000 раз и 120 000 раз долговечных вакуумных выключателей, что в основном связано с беспрецедентными характеристиками низковольтной дуги в вакуумном состоянии и увеличением срока службы. Поэтому механический ресурс и надежность рабочего механизма стали весьма проблематичными. Надежность продукта в основном гарантируется качеством изготовления и качеством дизайна, а первое требует от производителя наличия строгой системы обеспечения качества, которая включает в себя управление, качество и обучение персонала, использование нового оборудования и другие факторы. Поэтому в Китае качество кадров не очень высокое, чувство ответственности не очень сильное, менеджмент относительно отсталый, а оборудование устарело, слишком полагаться на надежность самого изделия нереально. Надежность изделия лежит на плечах конструктора. Конструкция изделия с высокой надежностью должна иметь простую конструкцию, то есть достигать необходимых функций изделия с меньшим количеством деталей. Кроме того, оптимизированная конструкция изделия должна быть серийной, что способствует повышению качества и снижению себестоимости продукции. Этот принцип реализован в зарубежных вакуумных выключателях, что позволяет повысить надежность по двум аспектам.

2.1.1 Упрощение конструкции системы рычажного механизма

Как уже упоминалось выше, в бытовых вакуумных выключателях обычно используется оригинальный безмасляный механизм управления выключателями CD10, CT8 и их усовершенствованные CD17, CT17, CT19 и т.д. Все они представляют собой пятизвенные структурные системы, и их конструктивные намерения заключаются в том, чтобы соответствовать сложной структуре с функцией свободного отключения. Некоторые из этих ограничивающих звеньев хрупки. Например, шатуна мертвой полосы CD10, полуосная структура CD17 и различные полуоси и косынки CT17 и CT19». «Свободное отключение» предлагается в определенном техническом и историческом контексте, который не только не может выполнять обычные операции открытия, но и вызывает несчастные случаи с личной безопасностью операторов. Для электромагнитного механизма источник питания постоянного тока управляется работой старого контактора постоянного тока CZO-40C, а его «время размыкания» (время от момента снятия питания катушки управления до отрыва главного контакта) составляет около 150~200 мс. Поскольку высококачественный закрывающий сердечник слишком поздно сбрасывать, он заблокирует маршрут движения токопроводящего стержня, снизит скорость открытия и переключения, а также повлияет на характеристики разрушения. Вакуумные выключатели не имеют таких проблем. Развитие технологий делает неизбежным то, что определенные ограничения исчезнут. Стандарт GB1984 и технические условия Министерства электроэнергетики отменили ограничение свободного отключения электромагнитного механизма с вакуумным выключателем. Поэтому вновь разработанный CD17 сохраняет функцию свободного отключения, что говорит о недостаточной открытости конструктора. Пружинный механизм СТ17 и СТ19 для включения в свободный спуск равносилен прибавке змейки, в результате чего излишняя сложность конструкции, снижение надежности, в зарубежных странах (таких как Япония, Германия) также есть сообщения об отмене устройств свободного отключения для повышения надежности.

2.1.2 Проектирование полного цикла

Идея использования вакуумного прерывателя с независимым рабочим механизмом (электромагнитным или пружинным) для формирования автоматического выключателя является продолжением концепции безмасляного выключателя. Потому что этот метод используется в области вакуумных выключателей, независимо от того, вреден ли он для механических или электрических свойств. CD10, CD17, CT8, CT17 и CT19 состоят из пятиканальной системы. Его выходной вал не является главным валом автоматического выключателя, а выходной вал и главный вал автоматического выключателя должны образовывать еще один набор четырехзвенных для передачи замыкающего усилия, так что конструкция сложная, а потери при передаче большие. По сравнению с интегральными автоматическими выключателями (такими как ZN12, ZN18, VD4, VM1, VS1, где ZN12, ZN18, VD4, VS1 - усилие пружины; VM1 - это работа с постоянными магнитами) состоит из набора из четырех шатунов, один из которых является главным валом автоматического выключателя, конструкция проста, потери при передаче небольшие, а надежность значительно улучшена. Поэтому такие вакуумные выключатели следует энергично развивать.

2.2 Управление процессом открытия автоматического выключателя

Процесс открытия вакуумного выключателя не так прост, как думают люди, и то, как бороться с этими процессами, является важным показателем качества конструкции вакуумного выключателя.

2.2.1 Обработка начальной стадии открытия (стадия инициации дуги)

Современная теория доказывает, что начальная ступень (0 ~ 3 мм) вакуумного выключателя очень важна для разрушения. Ток дуги вакуумного выключателя всегда меняется с агломерационного типа на диффузионный в начале раскрытия, и чем быстрее процесс преобразования, тем лучше. В настоящее время все технические специалисты, занятые в этой отрасли, должны внедрить эту концепцию в конструкцию.

Существует три меры для ускорения преобразования дугового тока в начале раскрытия из агломерационного типа в диффузионный.

(1) Снижение качества движущихся частей: В процессе разработки вакуумных выключателей уменьшите качество движущихся частей за счет уменьшения токопроводящих зажимов, и в результате начальная скорость деления была улучшена в разной степени.

(2) Увеличьте силу упругости открывающейся пружины и сделайте так, чтобы она играла роль на начальном этапе открытия (0 ~ 3 мм).

(3) Такт контактного сжатия должен быть как можно меньше (2 ~ 3 мм), чтобы открывающаяся пружина могла как можно скорее участвовать в движении раскрытия. Потому что традиционный метод динамического и статического контактного контакта автоматического выключателя является вставным. При возникновении тока короткого замыкания электродинамическая сила заставляет цветок сливы касаться пальца, чтобы удерживать проводящий стержень, а силовая составляющая в направлении движения движущегося проводящего стержня равна нулю. Динамический и статический контактный режим вакуумного выключателя является плоским контактом, а его сильная электродинамическая сила является силой отталкивания движения контакта при возникновении тока короткого замыкания. Таким образом, отрыв контакта не должен ждать, пока раскрывающаяся пружина высвободит контактную пружину сжатия, а время ее отрыва и движения шпинделя не запаздывает (или задержка очень мала), если ход пружины сжатия небольшой, раскрывающаяся пружина может участвовать в движении как можно скорее. Для того, чтобы увеличить скорость начального счета. Поэтому сжатие контактной пружины сжатия вакуумного выключателя максимально мало (2~3 мм), так как первичным двигателем начальной ступени является сила отталкивания электродинамической силы, уменьшаемый диапазон масс движения - это целые движущиеся части. Видно, что разъемная структура и лоскутная структура пересаживаются в конструкцию вакуумного выключателя, потому что шатун слишком длинный и слишком большой, что не способствует улучшению начальной скорости деления вакуумного выключателя.

2.2.2 Обработка второй ступени открытия (ступень дугового гашения 3 ~ 8 мм)

Когда контакт разделен на 3 ~ 4 мм, переход от дугового к диффузионному типу завершен, и это хорошее время для тушения дуги (расстояние раскрытия дуги подтверждено большим количеством испытаний равным 3 ~ 4 мм). L - расстояние раскрытия электричества), прочность изоляции между трещинами быстро восстанавливается, и разрыв успешный, чтобы сделать X быстрее, чем L, должна преобладать скорость второй ступени движущегося контакта (движущая сила второй ступени скорости движения в основном основана на пружине раскрытия). Средняя скорость открытия должна составлять 0,8 ~ 1,1 м/с, что переводится в среднюю скорость открытия 6 мм, которая широко используется сегодня, составляет около 11,0 ~ 1,3 мс, что почти принято вакуумными выключателями в стране и за рубежом. Однако это данные, измеренные для механической работы автоматического выключателя без нагрузки. При разрыве большого тока скорость открытия сильно превысит это значение. Это связано с тем, что сила отталкивания электродинамических сил участвует в движении. Поэтому в то же время подвижный контакт будет работать до 6 ~ 8 мм, значение L слишком велико, X не может превышать L в большинстве случаев, и дуга будет удлиняться на 3,3 или 6,6 мм, чтобы погаснуть, чтобы сократить время зажигания дуги, на втором этапе после размыкания следует принять меры по буферизации, а скорость движения проводящего стержня должна быть значительно снижена со временем. Ранний резиновый буфер (его можно рассматривать только как более поздний буфер) определенно не очень хорош, а масляный буфер (средний буфер) слишком поздний, и эффект не очень хороший. Пневматическая амортизация (полная амортизация) компании «Вестингауз» в Соединенных Штатах не имеет амортизирующей силы на второй ступени. Поэтому существующие буферные методы не могут удовлетворить технические требования современных вакуумных выключателей. Простой буфер, подходящий для этого требования, должен быть разработан как можно скорее. В настоящее время многие типы вакуумных выключателей в Китае используют усилие пружины раскрытия, рассчитанное на очень большое (намного большее, чем у аналогичных зарубежных продуктов).

2.2.3 Работа с третьей ступенью раскрытия (8~11 мм в стадии удара)

Из-за малого расстояния открытия вакуумного выключателя, короткого времени процесса размыкания, быстро движущийся контакт должен прекратиться за такое короткое время, независимо от того, какой способ используется, конечная скорость изменения скорости по-прежнему очень велика, и сильная вибрация неизбежна, поэтому повторный толчок обычно будет продолжаться в течение 30 мс. В настоящее время вакуумный выключатель в стране и за рубежом размыкается, и движущийся контакт обычно длится около 10 ~ 12 мс от разделения до входа в зону землетрясения, а время зажигания дуги в основном составляет 12 ~ 15 мс. Локальная поверхность контакта расплавленной дуги начинает охлаждаться и затвердевать после входа в зону землетрясения. Сильные афтершоки неизбежно приводят к тому, что жидкий металл летит мелко, образуя острые предметы на поверхности контакта и взвешенные частицы металла между контактами. Это одна из внешних причин сильного поломки. Однако этот конструктивный недостаток часто не в полной мере отражается в ограниченном типовом испытании. Поэтому люди долгое время не осознавали этого в полной мере.

Короче говоря, как разработчик вакуумного выключателя, следует обратить внимание на процесс открытия. Уменьшите массу движущихся частей и увеличьте начальную скорость деления. Уменьшите скорость открытия второй ступени во времени, сократите время зажигания дуги, заставьте дугу погаснуть перед входом в зону землетрясения, дайте определенное время охлаждения контактной поверхности, а также потребуют ослабления интенсивности вибрации, чтобы весь процесс открытия соответствовал вышеуказанному механизму, что способствует увеличению механического и электрического ресурса.

2.3 Работа с процессом закрытия вакуумного выключателя Процесс закрытия вакуумного выключателя намного проще, чем процесс переключения, а расстояние его пробоя очень мало (около 1 мм), и он не испаряется и не расширяет среду после пробоя дуги, как масло и автоматические выключатели SF6. Поэтому его скорость замыкания значительно ниже, чем у других автоматических выключателей. Электромагнитный механизм составляет 0,35 ~ 0,50 м/с, а пружинный механизм - 0,8 ~ 1,0 м/с. Таким образом, отскок должен контролироваться в определенном диапазоне». Определение «времени замыкающего дребезга» показано на рисунке 1 (схематическая диаграмма формы волны замыкания).Время замыкающего дребезга T=T1+T2.где T1 — время застоя контакта между подвижным контактом и статическим контактом до подпружинивания, а T2 — время, когда подвижный контакт отскакивает вверх и взлетает. T1 во время отскока при закрытии связано со скоростью закрытия, чем выше скорость закрытия, тем меньше значение T1, и наоборот, тем больше T1. Поэтому значение T пружинного механизма меньше, чем у электромагнитного механизма. Большое количество тестов показывает, что там, где отскок при закрытии происходит только один раз, T=1,8~2,6 мс; Когда люди пытаются устранить подпрыгивание и пытаются уменьшить значение T до менее чем 2 мс, они игнорируют, что это только механическая операция, когда нет нагрузки> Однако при замыкании места короткого замыкания и замыкании тока нагрузки ситуация иная, когда динамические и статические контакты входят в контакт при замыкании