Phân tích ngắn gọn về máy cắt chân không

Máy cắt chân không đã được đưa vào sử dụng tại Trung Quốc trong gần 30 năm. Sự phát triển của Công tắc ngắt điện áp cao có hai bước nhảy vọt về mặt công nghệ. Lần đầu tiên là vào những năm 1970, khi máy cắt chân không thế hệ đầu tiên của Trung Quốc xuất hiện. Nó sử dụng cấu trúc tiếp xúc rãnh xoắn ốc Archimedean và vật liệu tiếp xúc là đồng-bitmut-bạc và đồng-bitmut-nhôm. Do hạn chế về tính chất vật liệu, khả năng cắt chỉ có thể đạt tới 20 kA. Một lần khác là vào đầu những năm 1980, khi các rãnh được cắt trên các tiếp điểm hình cốc để tạo ra từ trường ngang khi cắt, cho phép hồ quang quay trên các tiếp điểm, làm giảm hiện tượng cháy tiếp điểm và tăng tuổi thọ của tiếp điểm. Đồng thời, các vật liệu đồng-bitmut-antimon, đồng-bitmut-nhôm và đồng-crom đã được phát triển cho vật liệu tiếp xúc, tạo ra bước nhảy vọt lớn về tuổi thọ điện và tuổi thọ cơ học của máy cắt. Vào giữa đến cuối những năm 1980, Nhà máy công tắc Bắc Kinh đã giới thiệu Siemens 3AF của Đức, Nhà máy điện Nam Dương Quảng Châu đã giới thiệu Toshiba VK10J của Nhật Bản, EIB VB5 của Bỉ và ABB VD4, v.v., được thể hiện bằng các rãnh cắt trên các tiếp điểm đĩa hình cốc để tạo ra từ trường dọc khi ngắt, làm cho hồ quang khuếch tán và giảm thiểu sự cháy. Các vật liệu tiếp xúc đều được làm bằng vật liệu đồng-crom (CuCr) mới, có giá trị cắt rất thấp, thường chỉ 3 ~ 5 A. Do đó, quá điện áp hoạt động có thể được hạn chế trong mạch cảm ứng và sự cố đánh thủng nặng của tải điện dung hầu như không tồn tại và điện áp chịu được tần số công suất sau khi hồ quang về cơ bản không bị giảm, điều này khắc phục được ba khuyết điểm chính của công tắc chân không trong những năm 1970 và đầu những năm 1980: ① Điện áp chịu được tần số công suất đặc biệt thấp sau khi hồ quang sự cố bị ngắt; ② Sự cố đánh thủng nặng thường xảy ra khi ngắt tải điện dung; ③ Quá điện áp hoạt động đặc biệt cao trong mạch cảm ứng. Điều này đã gây ra cơn sốt công tắc chân không ở Trung Quốc. Hiện tại, có hơn 350 nhà sản xuất sản xuất máy cắt chân không và có hơn 50 loại máy cắt chân không, có thể nói là đầu tiên trên thế giới.

1 Các loại và sự khác biệt của máy cắt chân không trong nước ở giai đoạn này

1.1 Các loại

Máy cắt chân không hiện đang sản xuất tại Trung Quốc có thể được chia thành ba loại:

Loại đầu tiên là cấu trúc chia tách, được thiết kế dựa trên máy cắt dầu thấp ban đầu loại SN10. Nó chủ yếu dùng để chuyển đổi thiết bị đóng cắt dầu thấp cũ và cũng được lắp đặt trên thiết bị đóng cắt mới, chẳng hạn như ZN7-10X, ZN13-10X, ZN19-10X, ZN28-10A, v.v.; Loại thứ hai là cấu trúc chắp vá với các cơ cấu mô hình độc lập, bao gồm CD10, CD17, CT8, CT17, CT19 và các cơ cấu khác cùng bộ ngắt chân không và trục, lò xo, v.v. để tạo thành một máy cắt mạch, chẳng hạn như ZN7-10, ZN13-10X, ZN19-10X, ZN28-10A, v.v. -10, ZN19-10, ZN28-10, v.v.; Loại thứ ba là cấu trúc tích hợp, đặc điểm là không có cơ cấu độc lập và tổn thất truyền động thấp của máy cắt mạch chân không. Loại máy cắt này chủ yếu dựa trên công nghệ nhập khẩu, chẳng hạn như máy cắt chân không ZN12-10, là máy cắt chân không Siemens 3AF do Nhà máy đóng cắt Bắc Kinh giới thiệu, máy cắt chân không ZN18-10, là máy cắt chân không Toshiba VK10J do Nhà máy điện Quảng Châu Nam Dương giới thiệu, máy cắt chân không VD4 của Công ty TNHH máy đóng cắt Hạ Môn ABB, máy cắt chân không nam châm vĩnh cửu VM1 và máy cắt chân không VS1 do Công ty Senyuan thiết kế.

1.2 Sự khác biệt giữa loại thứ ba và loại máy cắt chân không thứ nhất và thứ hai

1) Máy cắt có cấu trúc tích hợp nói chung là một bộ hệ thống truyền động bốn liên kết; trong khi cấu trúc chia tách và cấu trúc chắp vá đều là hai bộ hệ thống truyền động bốn liên kết hoặc một bộ hệ thống truyền động năm liên kết và một bộ bốn liên kết.

2) Hành trình nén tiếp xúc của máy cắt có cấu trúc tích hợp nói chung là 3~4 mm; trong khi hành trình nén tiếp xúc của máy cắt mạch của cấu trúc tách và cấu trúc chắp vá thường là 6~10 mm.

3) Máy cắt mạch của cấu trúc tích hợp được thiết kế theo yêu cầu chung của máy cắt mạch trong mạch điều khiển; trong khi máy cắt mạch của cấu trúc tách và cấu trúc chắp vá được thiết kế bằng cách mô phỏng (máy cắt mạch tách mô phỏng SN10-10) và tạm thời (máy cắt mạch tách và cơ cấu vận hành được kết hợp).

2 Thiết kế tối ưu hóa máy cắt mạch chân không

2.1 Xử lý độ tin cậy của máy cắt mạch

Độ tin cậy của máy cắt mạch chân không là mối quan tâm sống còn của người dùng. Kể từ ngày máy cắt mạch chân không ra đời, tuổi thọ cơ học của máy đã tăng từ 2 đến 10 lần so với máy cắt mạch truyền thống. Trong những năm gần đây 

ars, có những sản phẩm có công suất 20.000 và 30.000 lần. Siemens có những sản phẩm có công suất 60.000 và 120.000 lần. 000 lần máy cắt chân không tuổi thọ cao, chủ yếu là do đặc tính vô song của hồ quang điện áp thấp ở trạng thái chân không và tuổi thọ sử dụng được tăng lên. Do đó, tuổi thọ cơ học và độ tin cậy của cơ cấu vận hành hợp tác với nó trở thành một vấn đề rất quan trọng. Độ tin cậy của sản phẩm chủ yếu được đảm bảo bởi chất lượng sản xuất và chất lượng thiết kế. Điều trước đây đòi hỏi nhà sản xuất phải có hệ thống đảm bảo chất lượng nghiêm ngặt, bao gồm quản lý, chất lượng và đào tạo nhân sự, việc áp dụng thiết bị mới và các yếu tố khác. Do đó, tại Trung Quốc, nơi chất lượng nhân sự không cao, ý thức trách nhiệm không mạnh lắm, quản lý tương đối lạc hậu và thiết bị đã lỗi thời, việc dựa quá nhiều vào độ tin cậy của sản phẩm là không thực tế. Độ tin cậy của sản phẩm nằm trên vai của nhà thiết kế. Thiết kế sản phẩm có độ tin cậy cao phải là cấu trúc thiết kế đơn giản, tức là sử dụng ít bộ phận hơn để đạt được các chức năng cần thiết của sản phẩm. Ngoài ra, thiết kế tối ưu của sản phẩm phải được sản xuất hàng loạt, có lợi cho việc cải thiện chất lượng và giảm chi phí sản xuất. Tất cả các máy cắt chân không nước ngoài đều thực hiện nguyên tắc này và độ tin cậy có thể được cải thiện từ hai khía cạnh.

2.1.1 Thiết kế hệ thống thanh truyền đơn giản

Như đã giải thích ở trên, máy cắt chân không trong nước thường sử dụng cơ cấu vận hành công tắc dầu thấp ban đầu CD10, CT8 và CD17, CT17, CT19 cải tiến của nó, v.v. Tất cả đều là hệ thống cấu trúc năm liên kết và mục đích thiết kế của chúng là đáp ứng chức năng ngắt tự do và cấu trúc phức tạp. Một số thanh truyền giới hạn rất dễ vỡ. Ví dụ, thanh truyền vùng chết của CD10, cấu trúc nửa trục của CD17 và các nửa trục và tấm khóa khác nhau của CT17 và CT19. "Ngắt tự do" được đề xuất trong bối cảnh lịch sử kỹ thuật nhất định. Không những không thể thực hiện các thao tác mở bình thường mà còn gây ra tai nạn an toàn cá nhân cho người vận hành. Đối với cơ cấu điện từ, nguồn điện DC được điều khiển bởi contactor DC CZO-40C cũ và "thời gian mở" của nó (thời gian từ khi cắt nguồn điện cuộn dây điều khiển đến khi tách các tiếp điểm chính) là khoảng 150~200 ms. Nếu không có chức năng ngắt tự do, máy cắt được trang bị cơ cấu điện từ không thể thực hiện các thao tác mở bình thường, ngay cả khi contactor DC CZO-40D được thiết kế riêng cho máy cắt (thời gian tác động khoảng 70 ms), khi công tắc không dầu đóng hoặc mở, lõi sắt đóng chất lượng cao sẽ không được đặt lại kịp thời, điều này sẽ chặn đường di chuyển của thanh dẫn điện đang di chuyển, làm giảm tốc độ công tắc mở và ảnh hưởng đến hiệu suất ngắt. Máy cắt chân không không có những lo ngại như vậy. Sự phát triển của công nghệ đã khiến một số hạn chế nhất định không thể tránh khỏi việc biến mất. Tiêu chuẩn GB1984 và các điều kiện kỹ thuật đặt hàng của Bộ Điện lực đều đã hủy bỏ các hạn chế đối với cơ cấu điện từ có công tắc chân không bằng cách ngắt tự do. Do đó, CD17 mới thiết kế vẫn giữ chức năng ngắt tự do, điều này cho thấy tư duy của nhà thiết kế chưa đủ cởi mở. Việc ngắt tự do của cơ cấu lò xo CT17 và CT19 chỉ là thừa thãi, gây ra sự phức tạp không cần thiết trong cấu trúc và làm giảm độ tin cậy. Ngoài ra, có báo cáo ở nước ngoài (như Nhật Bản và Đức) rằng thiết bị ngắt tự do bị hủy bỏ để cải thiện độ tin cậy.

2.1.2 Thiết kế tích hợp

Ý tưởng sử dụng bộ ngắt chân không có bộ phận cơ cấu vận hành độc lập (điện từ hoặc lò xo) để tạo thành máy cắt là một khái niệm kế thừa từ công tắc không dầu. Bởi vì phương pháp này gây hại cho cả hiệu suất cơ học và điện trong lĩnh vực máy cắt chân không. Bất kể CD10, CD17, CT8, CT17 và CT19, chúng đều bao gồm hệ thống năm liên kết. Trục ra của nó không phải là trục chính của máy cắt, và trục ra của nó và trục chính của máy cắt phải tạo thành một bộ bốn liên kết khác để truyền lực đóng, làm cho cấu trúc phức tạp và tổn thất truyền lớn. Ngược lại, máy cắt mạch tích hợp (như ZN12, ZN18, VD4, VM1, VS1, trong đó ZN12, ZN18, VD4, VS1 được vận hành bằng lực lò xo; VM1 được vận hành bằng lực từ vĩnh cửu) bao gồm một bộ bốn liên kết, một trong số đó là trục chính của máy cắt mạch. Nó có cấu trúc đơn giản, tổn thất truyền tải thấp và độ tin cậy được cải thiện đáng kể. Do đó, loại máy cắt mạch chân không này nên được phát triển mạnh mẽ.

2.2 Xử lý tốt quá trình mở máy cắt mạch

Quá trình mở máy cắt mạch chân không không đơn giản như mọi người tưởng tượng. Cách xử lý các quá trình này là một