Analiza łuku w komorze próżniowej w osiowym polu magnetycznym

Abstract

Badania komór próżniowych są wykonywane w celu optymalizacji parametrów wyłączników. Głównym celem jest zmniejszenie wymiarów i zwiększenie zdolności łączeniowej w całym zakresie napięć znamionowych wyłączników. W artykule przedstawiono wyniki obliczeń rozkładu indukcji magnetycznej dla dwu rodzajów styków w dwóch konfiguracjach, tj. styków cewkowych typu ¼ zwoja w położeniu bazowym i po obróceniu styku jednego względem drugiego o 45°, jak i styków cewkowych typu ½ zwoja w położeniu bazowym i po obróceniu styku jednego względem drugiego o 90°. Obliczenia wykazały, że obrót styków względem siebie powoduje zmianę rozkładu indukcji na powierzchniach nakładek stykowych. W przypadku styku cewkowego typu ¼ zwoja indukcja magnetyczna maleje. Powierzchnia, na której wartość indukcji osiąga znaczne wartości również maleje dla tego układu stykowego. W przypadku styku cewkowego typu ½ zwoja obrót styku o 90° powoduje powiększenie powierzchni, na której wartość indukcji przekracza 4 mT/kA. Indukcja bowiem rozłożona jest nierównomiernie na powierzchni nakładki stykowej i jej wartość maleje w kierunku krawędzi styku. Należy stwierdzić, że obrót styku jednego względem drugiego powinno się dobierać każdorazowo dla osiągnięcia największego natężenia pola magnetycznego. W obliczeniach dotyczących styków cewkowych typu ¼ zwoja z odstępem międzystykowym 12 mm, założono, że przewodność w całej przestrzeni międzystykowej jest stała i wynika z napięcia łuku. Przy prądzie 25 kA maksymalna indukcja magnetyczna zmienia się od 180 mT na powierzchni nakładki stykowej do 148 mT w środku odległości pomiędzy stykami. W celu zbadania rozkładu łuku pomiędzy stykami wykonano pomiary dla różnych ich typów w rozbieralnej komorze próżniowej przy prądzie zwarciowym do 15 kA. Rozwój łuku dyfuzyjnego badano przy użyciu kamery do zdjęć szybkich. Zmierzono rozkład osiowego pola magnetycznego dla modeli styków cewkowych typu ¼ zwoja z nakładkami o różnych nacięciach, tj. z nacięciami promieniowymi wykonanymi pod kątem 30° w stosunku do promienia styków, z nacięciami w kształcie łuku, oraz dla styków bez nacięć. Styki z nacięciami wykonanymi pod kątem 30° do promienia styku, miały największe na całej powierzchni styków natężenie pola magnetycznego. Podczas pomiarów styki były zwarte przy pomocy centralnego kołka prze-wodzącego. Jak wynika z obliczeń podczas montażu należy zwrócić uwagę na wzajemne usytuowanie styków, aby zapobiec zmniejszeniu wartości pola magnetycznego. W rozbieralnej komorze próżniowej zbadano rozwój łuku dyfuzyjnego w przestrzeni międzystykowej oraz rozkład stóp łuku na powierzchni styków.Vacuum circuit breaker chambers (VCBC) are subject of a continuous study to optimize parameters of circuit breakers. The aim is to reduce the size and to increase the breaking ability in the whole range of rated voltages. In optimization attention is paid to reach a uniform distribution of the magnetic field over the contact plate surface. The influence of slits in the contact plates, and the rotation angle between contacts upon the magnetic field distribution (MFD) was analyzed. Field tests of different contact sets were made, using a dismountable vacuum chamber. The tests were conducted at short circuit currents up to 15 kA. A high speed video camera was used to monitor the arc developed between contacts