تحليل موجز لقاطع الدائرة الفراغية

تُستخدم قواطع الدائرة الفراغية في الصين منذ ما يقرب من 30 عامًا. وقد شهد تطوير مفتاح فصل الجهد العالي قفزتين تكنولوجيتين رئيسيتين. كانت الأولى في سبعينيات القرن الماضي، عندما ظهر الجيل الأول من قواطع الدائرة الفراغية في الصين. ويستخدم هيكل اتصال أخدود حلزوني أرخميدس، ومواد الاتصال هي النحاس-البزموت-الفضة والنحاس-البزموت-الألومنيوم. ونظرًا لقيود خصائص مادته، لا يمكن أن تصل سعة القطع إلا إلى 20 كيلو أمبير. وفي وقت آخر كان في أوائل الثمانينيات، عندما تم قطع الأخاديد على نقاط الاتصال على شكل كوب لتوليد مجال مغناطيسي عرضي عند القطع، مما يسمح للقوس بالدوران على نقاط الاتصال، مما يقلل من احتراق نقاط الاتصال ويزيد من عمرها. وفي الوقت نفسه، تم تطوير مواد النحاس-البزموت-الأنتيمون والنحاس-البزموت-الألومنيوم والنحاس-الكروم لمواد التلامس، مما أدى إلى قفزة كبيرة في العمر الكهربائي والعمر الميكانيكي لقاطع الدائرة. في منتصف إلى أواخر الثمانينيات، قدم مصنع مفاتيح بكين جهاز Siemens 3AF الألماني، وقدم مصنع قوانغتشو نانيانغ للكهرباء جهاز Toshiba VK10J الياباني، وEIB VB5 البلجيكي، وABB VD4، وما إلى ذلك، والتي تم تمثيلها بأخاديد مقطوعة على جهات اتصال القرص على شكل كوب لتوليد مجال مغناطيسي طولي عند الانقطاع، مما يجعل القوس منتشرًا ويقلل من الاحتراق. جميع مواد التلامس مصنوعة من مواد النحاس والكروم (CuCr) الجديدة، والتي لها قيمة قطع منخفضة للغاية، وعادة ما تكون 3 ~ 5 أمبير فقط. لذلك، يمكن الحد من الجهد الزائد للتشغيل في الدائرة الحثية، ويكون الانهيار الثقيل للحمل السعوي غير موجود تقريبًا، ولا يتم تقليل جهد تحمل تردد الطاقة بعد القوس بشكل أساسي، مما يتغلب على العيوب الرئيسية الثلاثة لمفاتيح الفراغ في السبعينيات وأوائل الثمانينيات: ① يكون جهد تحمل تردد الطاقة منخفضًا بشكل خاص بعد كسر قوس العطل؛ ② غالبًا ما يحدث انهيار شديد عند كسر الحمل السعوي؛ ③ يكون جهد التشغيل الزائد مرتفعًا بشكل خاص في الدائرة الحثية، مما أدى إلى انتشار استخدام مفاتيح التفريغ في الصين. يوجد حاليًا أكثر من 350 مصنعًا ينتجون قواطع الدائرة التفريغية، ويوجد أكثر من 50 نوعًا من قواطع الدائرة التفريغية، والتي يمكن اعتبارها الأولى من نوعها في العالم.

1. أنواع واختلافات قواطع الدائرة التفريغية المحلية في هذه المرحلة

1.1 الأنواع

يمكن تقسيم قواطع الدائرة التفريغية المنتجة حاليًا في الصين تقريبًا إلى ثلاث فئات:

النوع الأول هو هيكل منفصل، مصمم بناءً على قاطع الدائرة الأصلي منخفض الزيت من النوع SN10. يُستخدم هذا النوع بشكل أساسي في تحويل معدات مفاتيح قواطع الدائرة منخفضة الزيت القديمة، كما يُستخدم في معدات المفاتيح الجديدة، مثل ZN7-10X وZN13-10X وZN19-10X وZN28-10A، إلخ. النوع الثاني هو هيكل مرقع مع آليات نموذجية مستقلة، ويتكون من CD10، CD17، CT8، CT17، CT19 وآليات أخرى وقاطع فراغ وعمود، زنبرك، وما إلى ذلك لتشكيل قاطع دائرة، مثل ZN7-10، ZN13-10X، ZN19-10X، ZN28-10A، إلخ. -10، ZN19-10، ZN28-10، إلخ. النوع الثالث هو هيكل متكامل، يتميز بعدم وجود آليات مستقلة وفقدان نقل منخفض لقواطع الدائرة الفراغية. يعتمد هذا النوع من قواطع الدائرة بشكل أساسي على التقنيات المستوردة، مثل قاطع الدائرة الفراغية ZN12-10، وهو قاطع دائرة فراغية من نوع Siemens 3AF من إنتاج مصنع بكين للمفاتيح، وقاطع الدائرة الفراغية ZN18-10، وهو قاطع دائرة فراغية من نوع Toshiba VK10J من إنتاج مصنع قوانغتشو نانيانغ للكهرباء، وقاطع الدائرة الفراغية VD4 من إنتاج شركة شيامن ABB للمفاتيح المحدودة، وقاطع الدائرة الفراغية VM1 ذو المغناطيس الدائم، وقاطع الدائرة الفراغية VS1 من إنتاج شركة Senyuan.

1.2 الفرق بين النوع الثالث والنوعين الأول والثاني من قواطع الدائرة الفراغية

1) يتكون قاطع الدائرة في الهيكل المتكامل عادةً من نظام نقل رباعي الوصلات؛ بينما يتكون الهيكل المنفصل والهيكل المرقّع من مجموعتين من أنظمة نقل رباعية الوصلات أو مجموعة من خمس وصلات ومجموعة من أربع وصلات.

2) يتراوح شوط ضغط التلامس في قاطع الدائرة في الهيكل المتكامل عادةً بين 3 و4 مم. بينما يتراوح شوط ضغط التلامس لقاطع الدائرة في الهيكل المنقسم والهيكل المرقّع عادةً بين 6 و10 مم.

3) صُمم قاطع الدائرة في الهيكل المتكامل وفقًا للمتطلبات العامة لقاطع الدائرة في دائرة التحكم؛ بينما صُممت قواطع الدائرة في الهيكل المنقسم والهيكل المرقّع بطريقة التقليد (يُحاكي الهيكل المنقسم SN10-10) أو بطريقة مؤقتة (يُدمج الهيكل المنقسم وآلية التشغيل).

2) تحسين تصميم قواطع الدائرة الفراغية

2.1 التعامل مع موثوقية قواطع الدائرة

تُعدّ موثوقية قواطع الدائرة الفراغية ذات أهمية حيوية للمستخدمين. منذ اختراع قاطع الدائرة الفراغية، ازداد عمره الميكانيكي من ضعفين إلى عشرة أضعاف عمر قواطع الدائرة التقليدية. في السنوات الأخيرة 

ars، هناك منتجات بسعة 20،000 و 30،000 مرة. لدى Siemens منتجات بسعة 60،000 و 120،000 مرة. 000 مرة من قواطع الدائرة الفراغية طويلة العمر، والتي ترجع أساسًا إلى الخصائص الفريدة لأقواس الجهد المنخفض في حالة الفراغ وزيادة عمر الخدمة. لذلك، فإن العمر الميكانيكي وموثوقية آلية التشغيل التي تتعاون معها تصبح قضية مهمة للغاية. يتم ضمان موثوقية المنتج بشكل أساسي من خلال جودة التصنيع وجودة التصميم. يتطلب الأول من الشركة المصنعة أن يكون لديها نظام صارم لضمان الجودة، والذي يتضمن الإدارة وجودة الموظفين والتدريب واعتماد معدات جديدة وعوامل أخرى. لذلك، في الصين، حيث تكون جودة الموظفين منخفضة جدًا، والشعور بالمسؤولية ليس قويًا جدًا، والإدارة متخلفة نسبيًا، والمعدات قديمة، من غير الواقعي الاعتماد كثيرًا على موثوقية المنتج. تقع موثوقية المنتج على عاتق المصمم. يجب أن يكون تصميم المنتج عالي الموثوقية هيكلًا تصميميًا بسيطًا، أي باستخدام أجزاء أقل لتحقيق الوظائف الضرورية للمنتج. بالإضافة إلى ذلك، يجب إنتاج التصميم الأمثل للمنتج بكميات كبيرة، مما يُسهم في تحسين الجودة وخفض تكاليف الإنتاج. تُطبّق جميع قواطع الدائرة الفراغية الأجنبية هذا المبدأ، ويمكن تحسين الموثوقية من جانبين.

2.1.1 تصميم نظام قضيب التوصيل المُبسّط

كما هو موضح سابقًا، تستخدم قواطع الدائرة الفراغية المحلية عمومًا آلية تشغيل مفتاح انخفاض الزيت الأصلية CD10 وCT8، بالإضافة إلى قواطعها المُحسّنة CD17 وCT17 وCT19، إلخ. جميعها أنظمة هيكلية خماسية الوصلات، وتهدف تصميماتها إلى تحقيق وظيفة التعطيل الحر، وتتميز بهيكلها المُعقّد. بعض قضبان التوصيل الحدية هشة. على سبيل المثال، قضيب التوصيل ذو المنطقة الميتة في CD10، وهيكل نصف المحور في CD17، وأنصاف المحاور وألواح الإبزيم المختلفة في CT17 وCT19. اقتُرح مفهوم "التعطيل الحر" بناءً على خلفية تاريخية تقنية مُحددة. لا يقتصر الأمر على عدم قدرته على إجراء عمليات الفتح الاعتيادية، بل قد يُسبب أيضًا حوادث سلامة شخصية للمشغلين. بالنسبة للآليات الكهرومغناطيسية، يتم التحكم في مصدر الطاقة المستمر بواسطة موصل التيار المستمر القديم CZO-40C، ويتراوح "زمن فتحه" (الزمن من فصل مصدر طاقة ملف التحكم إلى فصل نقاط التلامس الرئيسية) بين 150 و200 مللي ثانية. في حال عدم وجود وظيفة الفصل الحر، لا يستطيع قاطع الدائرة المجهز بالآلية الكهرومغناطيسية إجراء عمليات الفتح الاعتيادية، حتى مع موصل التيار المستمر CZO-40D المصمم خصيصًا لقواطع الدائرة (زمن العمل حوالي 70 مللي ثانية)، فعند إغلاق أو فتح المفتاح الخالي من الزيت، لن تتم إعادة ضبط قلب الإغلاق الحديدي عالي الجودة في الوقت المناسب، مما سيعيق مسار حركة قضيب التوصيل المتحرك، ويقلل من سرعة مفتاح الفتح، ويؤثر على أداء القطع. لا تُثير قواطع الدائرة الفراغية هذه المخاوف. لقد أدى تطور التكنولوجيا إلى اختفاء بعض القيود. ألغى معيار GB1984 والشروط الفنية للطلب الصادرة عن وزارة الطاقة الكهربائية القيود المفروضة على الآليات الكهرومغناطيسية المزودة بمفاتيح تفريغ عن طريق الفصل الحر. لذلك، يحتفظ CD17 المصمم حديثًا بوظيفة الفصل الحر، مما يدل على أن تفكير المصمم ليس منفتحًا بما يكفي. الفصل الحر لآليتي زنبرك CT17 وCT19 ليس إلا أمرًا غير ضروري، مما يسبب تعقيدًا غير ضروري في الهيكل ويقلل من الموثوقية. كما تشير تقارير في دول أجنبية (مثل اليابان وألمانيا) إلى إلغاء جهاز الفصل الحر لتحسين الموثوقية.

2.1.2 التصميم المتكامل

تُعد فكرة استخدام وحدة قاطع تفريغ مع آلية تشغيل مستقلة (كهرومغناطيسية أو زنبركية) لتشكيل قاطع دائرة مفهومًا موروثًا من المفتاح الخالي من الزيت. لأن هذه الطريقة تضر بالأداء الميكانيكي والكهربائي في مجال قواطع الدائرة الفراغية. بغض النظر عن CD10 وCD17 وCT8 وCT17 وCT19، فهي تتكون من نظام خماسي الوصلات. عمود الخرج ليس العمود الرئيسي لقاطع الدائرة، بل يجب أن يُشكّل مع العمود الرئيسي لقاطع الدائرة مجموعة أخرى من أربع وصلات لنقل قوة الإغلاق، مما يجعل هيكله معقدًا وخسارة النقل كبيرة. في المقابل، يتكون قاطع الدائرة المتكامل (مثل ZN12، ZN18، VD4، VM1، VS1، ومن بينها ZN12، ZN18، VD4، VS1 تعمل بقوة زنبركية؛ وVM1 تعمل بقوة مغناطيسية دائمة) من مجموعة من أربع وصلات، إحداها العمود الرئيسي لقاطع الدائرة. يتميز بهيكل بسيط، وخسارة نقل منخفضة، وموثوقية مُحسّنة بشكل كبير. لذلك، يجب تطوير هذا النوع من قواطع الدائرة الفراغية بشكل مكثف.

2.2 التعامل مع عملية فتح قاطع الدائرة بشكل جيد

عملية فتح قاطع الدائرة الفراغية ليست بالبساطة التي يتصورها البعض. كيفية التعامل مع هذه العمليات هي...