A auštos įtampos kontaktorius yra vienas svarbiausių jungiklių bet kurioje pramoninėje elektros sistemoje. Nepriklausomai nuo to, ar jis naudojamas elektromobilių įkrovimo infrastruktūroje, pramoninėje įrangoje ar energijos kaupimo sistemose, aukštos įtampos kontaktorius turi užtikrinti patikimą ir pakartotinį jungimo veikimą sunkiomis elektrinėmis ir šiluminėmis sąlygomis. Aukštos įtampos kontaktoriaus parinkimas ir eksploatacija nesuprantant jo pagrindinių veikimo nulemiančių veiksnių dažnai sukelia ankstyvą gedimą, saugos pavojus ir brangų prastovų laiką.
Norint suprasti, kas lemia aukštos įtampos kontaktoriaus veikimą, reikia sistemingai ištirti jo konstrukcijos elementus, medžiagas, eksploatacijos aplinką ir elektrinius parametrus. Šiame straipsnyje nagrinėjami pagrindiniai veiksniai, kurie tiesiogiai įtakoja aukštos įtampos kontaktoriaus veikimą realiose pramoninėse aplikacijose, padedant inžinieriams ir pirkimų specialistams priimti informuotus sprendimus.
Kontaktinės medžiagos ir konstrukcijos aukštos įtampos kontaktoriuje
Kontaktinės medžiagos vaidmuo
Kontaktinė medžiaga aukštos įtampos kontaktoriuje, matyt, yra vienintelis svarbiausias veiksnys, įtakojantis jungiklio ilgaamžiškumą. Aukštos įtampos kontaktorių konstrukcijose plačiai naudojami sidabro pagrindu sukurti lydiniai, įskaitant sidabro kadmio oksidą ir sidabro stangio oksidą, nes jie puikiai derina lankų atsparumą, mažą kontaktinę varžą ir mechaninį dėvėjimąsi toleruojančią savybę. Naudodamas prastesnės kokybės kontaktinę medžiagą, aukštos įtampos kontaktorius per lankų susidarymo metu patiria greitesnį dėvėjimąsi, dėl ko tiesiogiai sutrumpėja jo tarnavimo laikas ir laikui bėgant blogėja jungimo patikimumas.
Taip pat svarbi yra kontaktų geometrija. Didesnio kontakto paviršiaus ploto aukštos įtampos kontaktorius suteikia lygesnę srovės pasiskirstymą, sumažindamas vietinį įkaitimą ir lankų pažeidimus. Inžinieriai, renkantys aukštos įtampos kontaktorius dažnai jungiamiems įrenginiams, turi labai atidžiai vertinti kontaktinės medžiagos technines charakteristikas, nes jos nustato komponento deklaruotą jungimo pajėgumą ir numatomus techninės priežiūros intervalus.
Kontaktų tarpelis ir lanko nutraukimas
Fizinis kontaktų tarpas, kai aukštos įtampos kontaktorius yra atvirame būsenoje, nulemia, kaip veiksmingai jis nutraukia srovę ir atlaiko dielektrinį įtampą. Ypač nuolatinės srovės (DC) sistemose aukštos įtampos kontaktorius turi sukurti pakankamą kontaktų atstumą, kad išgesintų lanką be jo pakartotinio užsidegimo. Daugelis šiuolaikinių aukštos įtampos kontaktorių konstrukcijų įtraukia hermetiškai užsandrintas dujų pripildytas kameras, dažniausiai naudojant vandenilį ar azotą, kad pagreitintų lanko aušinimą ir pagerintų nutraukimo našumą įtampomis iki 800 VDC ar aukštesnėmis.
Ryšulio ir valdymo našumas
Ryšulio įtampa ir magnetinė trauka
Elektromagnetinė ritė yra tai, kas sukuria mechaninį veiksmą aukštos įtampos kontaktoriaus viduje. Ritė turi sukurti pakankamai stiprią magnetinę jėgą, kad patikimai uždarytų ir laikytų kontaktus prieš tampraus grąžinimo jėgos ir bet kokio kontakto šuoliavimo poveikį. Gerai suprojektuotos ritės aukštos įtampos kontaktorius veiks nuosekliai visame nustatytame ritės įtampos diapazone, paprastai pradedant nuo 24 V nuolatinės srovės pramoniniuose valdymo grandinėse, ir ištvers įtampos svyravimus be netikėtų išsijungimų. Ritės kokybė tiesiogiai veikia aukštos įtampos kontaktoriaus reagavimo laiką ir traukimo patikimumą kintamos maitinimo sąlygos metu.
Raidės varža ir induktyvumas taip pat veikia tai, kaip greitai aukštos įtampos kontaktorius užsidaro ir atsidaro. Taikymuose, kuriuose reikalingi greiti perjungimo ciklai, inžinieriai turi įvertinti, ar aukštos įtampos kontaktoriaus ritės konstrukcija gali išlaikyti reikalaujamą perjungimo dažnį be perkaitimo. Tolydžiai veikti skirtam aukštos įtampos kontaktoriui būtina turėti ritę, kurios nominalusis veikimo režimas yra 100 %, o ne tik periodinis veikimas, kad būtų užtikrintas ilgalaikis našumas.
Mechaninis grąžinimo mechanizmas
Grąžinimo spyruoklė aukštosios įtampos kontaktoriuje nulemia, kiek greitai atsiskleidžia kontaktai, kai apvija yra išjungiama. Jei aukštosios įtampos kontaktoriaus grąžinimo spyruoklė yra silpna arba nuovargiuota, kontaktų atsiskyrimas gali būti lėtas, dėl ko ilgėja lankų trukmė ir padidėja kontaktų erozija. Pramoninio lygio aukštosios įtampos kontaktorių konstrukcijose spyruoklės jėga projektuojama taip, kad tiksliai atitiktų apvijos traukos jėgą, užtikrinant greitą ir švarų atsiskyrimą net po tūkstančių perjungimo ciklų. Šis balansas yra kritinis našumo veiksnys, kuris pramoninio lygio aukštosios įtampos kontaktorių gaminius skiria nuo žemesnės kokybės alternatyvų.
Elektriniai parametrai ir aplinkos sąlygos
Elektros įtampa ir srovės rodikliai
Aukštosios įtampos kontaktorius turi būti parenkamas su charakteristikomis, viršijančiomis sistemos maksimalią darbinę įtampą ir nuolatinę srovės apkrovą. Aukštosios įtampos kontaktoriaus naudojimas arba artėjimas prie jo maksimalių nustatytų charakteristikų nuolat greitina dėvėjimąsi ir laikui bėgant gali pažeisti izoliacijos vientisumą. Nuolatinės srovės (DC) taikymo atveju aukštosios įtampos kontaktorius, kurio maksimali įtampa yra 800 VDC, užtikrina reikiamą saugos ribą, kad būtų galima tvarkyti trumpalaikius pernagrinėjimus, dažnai pasitaikančius akumuliatorių sistemose ir įkrovimo stotelėse. Aukštosios įtampos kontaktoriaus srovės charakteristikos, pvz., 350 A nuolatinė srovė, apibrėžia kontakto grupės ir autobusų šiluminį ribą, todėl aukšto aplinkos temperatūros sąlygomis dažnai rekomenduojama taikyti sumažintas charakteristikas.
Svarbu atskirti nuolatinės srovės nominaliąją vertę nuo aukštos įtampos kontaktoriaus įjungimo (pradžios) arba jungiamosios srovės nominaliosios vertės. Daugelyje pramoninių sistemų paleidimo metu susidaro reikšmingos įjungimo srovės. Aukštos įtampos kontaktorius, kuris negali išlaikyti šių įjungimo srovės viršūnių, gali patirti kontaktų suvirinimą – tai gedimo rūšis, kai kontaktai suvirinami vienas su kitu ir neleidžia aukštos įtampos kontaktoriui atsiverti, todėl pramoninėse energijos sistemose kyla rimta saugos grėsmė.
Temperatūra, aukštis ir sandarinimas
Aplinkos temperatūra tiesiogiai veikia aukštos įtampos kontaktoriaus veikimą keliomis priemonėmis. Pakilus temperatūrai, sumažėja kontaktų srovės našumas, pagreitinamas izoliacijos senėjimas ir keičiama ritės varža. Pramonėje naudojamam aukštos įtampos kontaktoriui reikėtų atlikti išbandymus esant įvairioms temperatūroms – nuo šalto paleidimo sąlygų iki aukštų aplinkos temperatūrų pramonės patalpose. Užsandarintos aukštos įtampos kontaktorių konstrukcijos neleidžia patekti laidžiajam dulkių, drėgmei ir korozinėms duoms, kas yra būtina ilgalaikiam dielektrinio stiprio ir jungimo patikimumui užtikrinti.
Didesniuose aukščiuose sumažėjusi oro tankis mažina aukštos įtampos kontaktoriaus dielektrinį atlaikymą. Aukštybėse vykstantys pramoniniai projektai turi atsižvelgti į aukščio koregavimą (derating) parenkant aukštos įtampos kontaktorių, kad komponentas visą eksploatacijos laiką išlaikytų reikalaujamą įtampų izoliacijos charakteristiką.
Dažniausiai užduodami klausimai
Kas daro aukštos įtampos kontaktorių aptarnavimo nereikalaujančiu pramonėje?
Priežiūros nereikalaujantis aukštosios įtampos kontaktorius paprastai naudoja sandarią dėžutę, pripildytą lankui gesinti skirtu dujų mišiniu, ilgaamžius sidabro lydinio kontaktus ir ritę, pritaikytą nuolatiniam veikimui. Šios konstrukcinės savybės leidžia aukštosios įtampos kontaktoriui atlikti numatytą jungimo ciklų skaičių be periodinės patikros arba kontaktų keitimo, todėl sumažėja eksploatacijos prastovos ir bendros savininkystės sąnaudos reikalaujančiose pramoninėse sistemose.
Kaip nuolatinės srovės (DC) įtampa veikia aukštosios įtampos kontaktoriaus parinkimą palyginus su kintamosios srovės (AC) įtampa?
DC sistemos kelia didesnius lanko nutraukimo iššūkius nei AC sistemos, nes srovė nepraėja per natūralų nulinį tašką. Todėl DC programoms skirtas aukštosios įtampos kontaktorius turi turėti didesnį kontaktų tarpą, stipresnę lanko gesinimo galimybę ir aukštesnę DC įtampos klasę, kad saugiai nutrauktų apkrovos srovę. AC įtampos klasės aukštosios įtampos kontaktoriaus naudojimas DC sistemoje yra dažna ir rimta klaida, kuri sukelia kontaktų suvirinimą ir ankstyvą prietaiso gedimą.
Kokia yra nominalios izoliacijos įtampos reikšmė aukštos įtampos kontaktoriuje?
Nominali izoliacijos įtampa aukštos įtampos kontaktoriuje nustato maksimalią įtampą, kurią komponentas gali nepertraukiamai išlaikyti tarp įkrautų dalių ir žemės arba tarp polių be pertrūkio. Aukštos įtampos kontaktorius su didesne izoliacijos įtampos verte užtikrina didesnį saugumo rezervą taikymuose, kuriuose galimos laikinos viršįtampos, dalinės išlyginimo rizika arba sudėtingos aplinkos sąlygos, todėl tai yra būtinas parametras bet kurio pramoninio aukštos įtampos kontaktoriaus techninių reikalavimų nustatymo procese.
EN
