Ce factori afectează durata de viață a releului DC de înaltă tensiune?

Releele DC de înaltă tensiune au fost utilizate inițial în principal în industria energetică și în industria aviației și aerospațială. În ultimii ani, vehiculele electrice au crescut treptat, iar sistemele de distribuție a energiei de conducere au devenit un scenariu de aplicare foarte important pentru releele DC de înaltă tensiune. Tensiunea înaltă este raportată la sistemele de joasă tensiune de 24V, 48V. Unele vehicule electrice cu viteză redusă aleg configurația de putere a sistemelor de 60V și 72V. În general, tensiunea mașinilor de mare viteză este peste 200V, iar autobuzul poate ajunge la mai mult de 600V. Releele care îndeplinesc cerințele acestei faze de tensiune sunt numite relee DC de înaltă tensiune.

Releu DC de înaltă tensiune, durata de viață include doi parametri de viață mecanică și de viață electrică. Factorii care afectează durata de viață mecanică includ materialul punctelor de contact, nivelul de proiectare și fabricație al mecanismului de deschidere și închidere etc. Blocajul duratei de viață electrică este în principal durata de viață a contactului.

1.Efectul arcului de câmp magnetic asupra vieții electrice a contactelor

După cum se arată în figura de mai jos, este explicat principiul designului de suflare magnetică în releu. Contactul static din stânga, conform direcției curentului prezentat în figură, folosește regula din dreapta pentru a determina direcția câmpului magnetic al bobinei. Un arc este un curent într-un canal de ionizare format dintr-o tensiune care străpunge mediul dintre contactele statice. Se supune complet legii interacțiunii electromagnetice. Câmpul magnetic generat de arc este prezentat în figură. Utilizați regula stângii pentru a determina direcția forței arcului. Direcția forței este indicată de F în figură.

Suflarea magnetică înseamnă utilizarea unui magnet permanent sau un electromagnet pentru a genera un câmp magnetic. Direcția în care câmpul magnetic interacționează cu arcul este de a trage circuitul departe de contactele dinamice și statice.

Odată cu mișcarea rapidă a contactului în mișcare și aplicarea efectului de suflare magnetică, arcul este întins și rezistența arcului crește rapid, ceea ce face ca curentul arcului să scadă brusc și eficiența termică a arcului să scadă. Gradul de ionizare al mediului scade pe măsură ce temperatura scade, iar conductivitatea electrică a canalului arcului scade. Dacă arcul este tras în același timp, în procesul de mișcare a arcului spre exterior, cu alte mijloace de tăiere a arcului și de răcire a arcului, arcul se va stinge mai repede.

Reducerea timpului de arc este un mijloc important de protejare a contactelor. Un design bun de suflare magnetică va prelungi cu siguranță durata de viață a releului. Suflarea magnetică a fost utilizată pe scară largă în releele și contactoarele de mare putere cu cerințe de spațiu mai puțin sensibile, în timp ce în releele mici, dispozitive similare au fost proiectate pentru produse individuale.

2. Influența presiunii aerului ambiental asupra duratei de viață electrică a contactelor

Pentru a scurta timpul de arc, pe lângă utilizarea metodei de suflare magnetică menționată mai sus pentru a trage arcul, metodele adesea utilizate pentru stingerea arcului în spații înguste includ schimbarea mediului de deschidere și închidere a contactului, umplerea camerei de stingere a arcului etanșat cu un gaz cu energie de ionizare mare, sau Camera de stingere a arcului este evacuată.

Cauzele arcurilor de gaz de înaltă presiune

Energie de ionizare. În procesul prin care atomii gazoși pierd electroni și devin cationi, este necesar să depășim atracția nucleului către electroni, adică energia care trage electronii din orbitalii atomici pentru a deveni electroni liberi. Aceasta este energia de ionizare a unor astfel de elemente. Cu cât energia de ionizare este mai mare, cu atât atomii sunt ionizați mai puțin ușor, cu atât devin mai puțin ușor cationi și cu atât metalitatea este mai slabă; dimpotrivă, cu cât pierd mai ușor electroni și devin cationi, cu atât metalicitatea este mai puternică. În tabelul periodic, cea mai mare energie de ionizare este heliul, astfel încât heliul poate fi umplut în camera de stingere a arcului etanș, ceea ce îmbunătățește capacitatea releului de a stinge arcul.

Există multe studii care explică cauzele arcului în medii cu gaz de înaltă presiune. Punctul general este următorul. Într-o cameră de gaz de înaltă presiune, arcul se realizează în două etape. Contactul catodului emite electroni sub acțiunea temperaturii sau tensiunii și este primit de anod pentru a forma prima defalcare; formarea inițială a arcului aduce temperaturi ridicate și cationi de gaz ionizat, iar calea ionică a arcului este extinsă și mai mult pentru a forma un arc mai masiv.

Cauzele arcului de vid

În condiții de vid, nu mai există un mediu care să poată fi ionizat. Este dificil să ardeți un arc, dar poate arde în continuare. În momentul în care contactele dinamice și statice sunt separate, metalul de pe contacte se vaporizează, formând un canal ionic metalic, iar în canal se formează un arc. Există mai multe explicații diferite pentru modul în care se formează un astfel de canal ionic.

Primul este de a explica teoria electronilor de emisie la temperatură înaltă. Se crede că există defecte originale pe contactele catodului, care se numesc pete. Se consideră că rezistența poziției spotului este relativ mare, iar temperatura locală este relativ ridicată în timpul procesului de energizare. Când contactele dinamice și statice sunt pe cale să fie separate, partea de temperatură înaltă emite electroni către anod, formând inițial un arc, arcul arde, materialul de contact se vaporizează, formează în continuare vapori de metal și apoi formează un arc în vid;

A doua explicație a teoriei emisiei de câmp este că catodul are capacitatea de a emite electroni atunci când tensiunea aplicată între contactele dinamice și statice este suficient de mare. Când contactele dinamice și statice sunt pe cale să fie separate, va exista în general o poziție finală de contact unul cu celălalt, iar această față este pozitiv mică. Fluxul de electroni emițător de câmp curge către anod prin această zonă extrem de mică, iar densitatea uriașă de curent produce un efect termic dramatic atât asupra catodului, cât și asupra anodului, determinând ca topirea să se extindă treptat la întregul contact din acel punct, iar suprafața de contact se topește. Generați vapori de metal. Un mediu de ionizare mai bun face ca scara fluxului de electroni să se extindă, formând un arc de vid.

Gradul de vid: În general, cu cât este mai mare gradul de vid, cu atât este mai puțin probabil să se defecteze și cu atât este mai dificil să se formeze un arc. În condiții ideale, rigiditatea dielectrică poate atinge nivelul de 10.000 V la 0,1 mm. Dar când vidul atinge un anumit nivel, o creștere suplimentară nu va ajuta la reducerea tensiunii de defectare. După cum se arată în curba de mai sus, arată relația dintre vid și tensiunea de defecțiune. Cu cât tensiunea de întrerupere este mai mică, cu atât este mai ușor să se formeze și să se mențină arcul, adică cu atât timpul de arc este mai lung. Gradul de vid este măsurat direct prin presiunea aerului. Cu cât presiunea aerului este mai mică, cu atât este mai mare gradul de vid.

Camera de stingere a arcului sigilată în vid, pentru a obține o cameră de stingere a arcului cu vid, necesită materiale bune și tehnologie de etanșare pentru a se realiza. Camerele de stingere a arcului sigilate cu ceramică și rășină, două tipuri de tehnologie a camerelor de stingere a arcului sigilate sunt utilizate simultan și nimeni nu a obținut avantaje evidente.

Camera de stingere a arcului etanșat ceramică folosește caracteristicile de rezistență la temperaturi ridicate ale ceramicii, iar temperatura arcului este extrem de ridicată (centrul poate ajunge la 5000 ° C). În general, materialele nu pot rezista la astfel de temperaturi, iar ceramica poate îndeplini doar această cerință. Cu toate acestea, ceramica este dificil de sigilat din punct de vedere tehnic.

Camera de stingere a arcului din rășină are o tehnologie de etanșare mai bună decât ceramica, dar rezistența sa la temperaturi ridicate este insuficientă.

3. Influența parametrilor mecanici asupra duratei de viață electrică a contactelor

Parametrii structurali legați de durata de viață electrică a contactelor includ: zona de contact, mecanismul de rupere, presiunea de contact etc.

Zona de contact, zona de contact mai mare a contactelor dinamice și statice, poate oferi o cale mai mare pentru curent, poate reduce rezistența de contact și poate reduce creșterea temperaturii. Când releul este închis sau deconectat, căldura de la arcul mic va fi mai ușor disipată de contactul mai mare, reducând astfel riscul de topire a contactului.

Mecanismul de rupere este un alt punct tehnic în proiectarea releului. Mecanismul în sine are un ciclu de acțiune stabil. Timpul necesar de la început până la mișcarea finală până la poziția maximă deschisă afectează direct timpul de arc.

Presiunea de contact a contactelor dinamice și statice, există întotdeauna o rezistență de contact între contactele dinamice și statice, cu cât presiunea de contact este mai mare, cu atât rezistența este mai mică. Presiunea mare de contact poate reduce pierderea electrică și creșterea temperaturii releului în condiții normale de lucru; daune relativ mici sau bavuri ridicate pe suprafața de contact nu vor provoca efecte adverse semnificative la presiune mare și, după ce mai multe puncte sunt închise, impactul dintre contacte va netezi aceste mici defecte.

4. Etanşeitatea camerei de stingere a arcului

Este imposibil să se realizeze o etanșare absolută în întrerupătorul de vid și există posibilitatea de scurgere a aerului în sudurile învelișului. Un coeficient admisibil de scurgere a aerului a fost inclus în indicele său de proiectare, iar scurgerile cronice de aer sunt inevitabile. În plus, utilizarea releelor ​​în vehiculele electrice, mediul de vibrații severe în orice moment și loc, a testat serios și calitatea sigiliului.

Pe măsură ce din ce în ce mai mult aer intră în cavitatea sigilată, iar etanșarea carcasei se înrăutățește, gradul de vid în camera de stingere a arcului scade treptat, iar capacitatea de stingere a arcului se va deteriora treptat, ceea ce este un factor important care afectează durata de viață a releului. .