Quali fattori influenzano la durata del relè CC ad alta tensione?

I relè CC ad alta tensione erano originariamente utilizzati principalmente nell'industria energetica e nell'industria aeronautica e aerospaziale. Negli ultimi anni, i veicoli elettrici sono gradualmente aumentati e la guida dei sistemi di distribuzione dell'energia è diventata uno scenario applicativo molto importante per i relè CC ad alta tensione. L'alta tensione è relativa ai sistemi a bassa tensione da 24 V, 48 V. Alcuni veicoli elettrici a bassa velocità scelgono la configurazione di alimentazione dei sistemi a 60 V e 72 V. Generalmente, la tensione delle autovetture ad alta velocità è superiore a 200 V e l'autobus può raggiungere più di 600 V. I relè che soddisfano i requisiti di questa fase di tensione sono chiamati relè CC ad alta tensione.

Relè CC ad alta tensione, la durata comprende due parametri di vita meccanica e vita elettrica. I fattori che influenzano la vita meccanica includono il materiale dei punti di contatto, il livello di progettazione e produzione del meccanismo di apertura e chiusura, ecc. Il collo di bottiglia della vita elettrica è principalmente la vita dei contatti.

1.Effetto della formazione di archi del campo magnetico sulla durata elettrica dei contatti

Come mostrato nella figura seguente, viene spiegato il principio del design del soffio magnetico nel relè. Il contatto statico sinistro, secondo la direzione della corrente mostrata in figura, utilizza la regola della mano destra per determinare la direzione del campo magnetico della bobina. Un arco è una corrente in un canale di ionizzazione formato da una tensione che attraversa il mezzo tra i contatti statici. Obbedisce completamente alla legge dell'interazione elettromagnetica. Il campo magnetico generato dall'arco è mostrato in figura. Utilizzare la regola della mano sinistra per determinare la direzione della forza dell'arco. La direzione della forza è indicata con F in figura.

Il soffiaggio magnetico consiste nell'utilizzare un magnete permanente o un elettromagnete per generare un campo magnetico. La direzione in cui il campo magnetico interagisce con l'arco è quella di allontanare il circuito dai contatti dinamici e statici.

Con il rapido movimento del contatto mobile e l'applicazione dell'effetto di soffiaggio magnetico, l'arco viene allungato e la resistenza dell'arco aumenta rapidamente, provocando una brusca diminuzione della corrente dell'arco e una diminuzione dell'efficienza termica dell'arco. Il grado di ionizzazione del mezzo diminuisce al diminuire della temperatura e diminuisce la conduttività elettrica del canale dell'arco. Se l'arco viene tirato contemporaneamente, durante il processo di spostamento verso l'esterno, con altri mezzi per tagliare l'arco e raffreddare l'arco, l'arco si spegnerà più velocemente.

Ridurre la durata dell'arco è un mezzo importante per proteggere i contatti. Un buon design del soffio magnetico prolungherà sicuramente la vita del relè. Il soffiaggio magnetico è stato ampiamente utilizzato nei relè e nei contattori ad alta potenza con requisiti di spazio meno sensibili, mentre nei relè di piccole dimensioni sono stati progettati dispositivi simili per singoli prodotti.

2. Influenza della pressione dell'aria ambiente sulla durata elettrica dei contatti

Per ridurre la durata dell'arco, oltre a utilizzare il suddetto metodo di soffiaggio magnetico per tirare l'arco, i metodi spesso utilizzati per estinguere gli archi in spazi ristretti includono la modifica dell'ambiente di apertura e chiusura dei contatti, il riempimento della camera di estinzione sigillata dell'arco con un gas con elevata energia di ionizzazione, oppure La camera di estinzione dell'arco viene evacuata.

Cause degli archi di gas ad alta pressione

Energia ionizzata. Nel processo in cui gli atomi gassosi perdono elettroni e diventano cationi, è necessario superare l'attrazione del nucleo verso gli elettroni, cioè l'energia che estrae gli elettroni dagli orbitali atomici per diventare elettroni liberi. Questa è l'energia di ionizzazione di tali elementi. Quanto maggiore è l'energia di ionizzazione, tanto meno facilmente gli atomi si ionizzano, tanto meno facilmente diventano cationi, e tanto più debole è la metallicità; al contrario, quanto più facilmente perdono elettroni e diventano cationi, tanto più forte è la loro metallicità. Nella tavola periodica, l'energia di ionizzazione più alta è l'elio, quindi l'elio può essere riempito nella camera di estinzione dell'arco sigillata, migliorando la capacità del relè di estinguere l'arco.

Esistono molti studi che spiegano le cause degli archi elettrici in ambienti con gas ad alta pressione. Il punto generale è il seguente. In una camera a gas ad alta pressione, l'arco viene eseguito in due fasi. Il contatto del catodo emette elettroni sotto l'azione della temperatura o della tensione e viene ricevuto dall'anodo per formare la prima rottura; la formazione iniziale dell'arco porta cationi di gas ionizzati e ad alta temperatura, e il percorso ionico dell'arco viene ulteriormente espanso per formare un arco più massiccio.

Cause dell'arco sottovuoto

In condizioni di vuoto non esiste più alcun mezzo che possa essere ionizzato. È difficile bruciare un arco, ma può ancora bruciare. Nel momento in cui i contatti dinamici e statici vengono separati, il metallo sui contatti vaporizza, formando un canale ionico metallico e nel canale si forma un arco. Esistono diverse spiegazioni su come si forma un tale canale ionico.

Il primo è spiegare la teoria dell'emissione di elettroni ad alta temperatura. Si ritiene che vi siano difetti originali sui contatti catodici, chiamati macchie. Si ritiene che la resistenza della posizione del punto sia relativamente elevata e che la temperatura locale sia relativamente elevata durante il processo di energizzazione. Quando i contatti dinamici e statici stanno per separarsi, la parte ad alta temperatura emette elettroni all'anodo, formando inizialmente un arco, l'arco brucia, il materiale del contatto vaporizza, forma ulteriormente vapore metallico e quindi forma un arco nel vuoto;

La seconda spiegazione della teoria dell'emissione di campo è che il catodo ha la capacità di emettere elettroni quando la tensione applicata tra i contatti dinamici e statici è sufficientemente elevata. Quando i contatti dinamici e statici stanno per essere separati, generalmente ci sarà una posizione di contatto finale tra loro e questa faccia è decisamente piccola. Il flusso di elettroni che emettono campo scorre verso l'anodo attraverso questa area estremamente piccola, e l'enorme densità di corrente produce un drammatico effetto termico sia sul catodo che sull'anodo, facendo sì che la fusione si diffonda gradualmente all'intero contatto da quel punto, e il la superficie di contatto si scioglie. Genera vapore metallico. Un ambiente di ionizzazione migliore fa sì che la scala del flusso di elettroni si espanda, formando un arco di vuoto.

Grado di vuoto: in generale, maggiore è il grado di vuoto, minore è la probabilità che si rompa e più difficile è la formazione di un arco. In condizioni ideali, la rigidità dielettrica può raggiungere il livello di 10.000 V per 0,1 mm. Ma quando il vuoto raggiunge un certo livello, un ulteriore aumento non aiuterà a ridurre la tensione di rottura. Come mostrato nella curva sopra, mostra la relazione tra il vuoto e la tensione di rottura. Quanto più bassa è la tensione di rottura, tanto più facile sarà la formazione e il mantenimento dell'arco, ovvero tanto più lunga sarà la durata dell'arco. Il grado di vuoto viene misurato direttamente dalla pressione dell'aria. Minore è la pressione dell'aria, maggiore è il grado di vuoto.

Camera di estinzione ad arco sigillata sotto vuoto, per ottenere una camera di estinzione ad arco sotto vuoto, sono necessari buoni materiali e tecnologia di tenuta. Camere di estinzione dell'arco sigillate in ceramica e resina, due tipi di tecnologia delle camere di estinzione dell'arco sigillate vengono utilizzati contemporaneamente e nessuno ha ottenuto vantaggi evidenti.

La camera di estinzione ad arco sigillata in ceramica utilizza le caratteristiche di resistenza alle alte temperature della ceramica e la temperatura dell'arco è estremamente elevata (il centro può raggiungere i 5000 ° C). Generalmente i materiali non possono resistere a tali temperature e la ceramica può solo soddisfare questo requisito. Tuttavia, la ceramica è tecnicamente difficile da sigillare.

La camera di estinzione dell'arco in resina ha una tecnologia di tenuta migliore rispetto alla ceramica, ma la sua resistenza alle alte temperature è insufficiente.

3. Influenza dei parametri meccanici sulla vita elettrica dei contatti

I parametri strutturali legati alla vita elettrica dei contatti comprendono: area di contatto, meccanismo di interruzione, pressione di contatto, ecc.

L'area di contatto, l'area di contatto più ampia dei contatti dinamici e statici, può fornire un percorso più ampio per la corrente, ridurre la resistenza di contatto e ridurre l'aumento di temperatura. Quando il relè è chiuso o scollegato, il calore dell'arco piccolo verrà dissipato più facilmente dal contatto più grande, riducendo così il rischio di fusione del contatto.

Il meccanismo di interruzione è un altro punto tecnico nella progettazione dei relè. Il meccanismo stesso ha un ciclo d'azione stabile. Il tempo necessario dall'inizio al movimento finale fino alla posizione di massima apertura influisce direttamente sulla durata dell'arco.

Pressione di contatto dei contatti dinamici e statici, esiste sempre una resistenza di contatto tra contatti dinamici e statici, maggiore è la pressione di contatto, minore è la resistenza. Una grande pressione di contatto può ridurre la perdita elettrica e l'aumento di temperatura del relè in condizioni di funzionamento normali; Danni relativamente piccoli o bave sollevate sulla superficie di contatto non causeranno effetti negativi significativi sotto una pressione elevata e, dopo aver chiuso diversi punti, l'impatto tra i contatti attenuerà questi piccoli difetti.

4.La tenuta della camera di estinzione dell'arco

È impossibile ottenere una tenuta assoluta nell'ampolla sotto vuoto ed esiste la possibilità di perdite d'aria nelle saldature dell'involucro. Nell'indice di progettazione è stato incluso un coefficiente di perdita d'aria consentito e la perdita d'aria cronica è inevitabile. Inoltre, anche l'uso di relè nei veicoli elettrici e l'ambiente con forti vibrazioni in qualsiasi momento e luogo hanno messo a dura prova la qualità della tenuta.

Man mano che sempre più aria entra nella cavità sigillata e la tenuta della custodia peggiora, il grado di vuoto nella camera di estinzione dell'arco diminuisce gradualmente e la capacità di estinzione dell'arco si deteriora gradualmente, il che è un fattore importante che influisce sulla durata del relè .