Que fatores afetam a vida útil do relé CC de alta tensão?

Os relés CC de alta tensão foram originalmente usados ​​principalmente na indústria de energia e nas indústrias de aviação e aeroespacial. Nos últimos anos, os veículos elétricos aumentaram gradualmente e a condução de sistemas de distribuição de energia tornou-se um cenário de aplicação muito importante para relés CC de alta tensão. A alta tensão é relativa aos sistemas de baixa tensão de 24 V e 48 V. Alguns veículos elétricos de baixa velocidade escolhem a configuração de potência dos sistemas de 60V e 72V. Geralmente, a tensão dos automóveis de passageiros de alta velocidade é superior a 200V e o ônibus pode atingir mais de 600V. Os relés que atendem aos requisitos desta fase de tensão são chamados de relés CC de alta tensão.

Relé DC de alta tensão, a vida inclui dois parâmetros de vida mecânica e vida elétrica. Os fatores que afetam a vida mecânica incluem o material dos pontos de contato, o nível de projeto e fabricação do mecanismo de abertura e fechamento, etc. O gargalo da vida elétrica é principalmente a vida do contato.

1.Efeito do arco do campo magnético na vida elétrica dos contatos

Conforme mostrado na figura abaixo, o princípio do projeto de sopro magnético no relé é explicado. O contato estático esquerdo, de acordo com a direção da corrente mostrada na figura, utiliza a regra da mão direita para determinar a direção do campo magnético da bobina. Um arco é uma corrente em um canal de ionização formada por uma tensão que rompe o meio entre os contatos estáticos. Obedece completamente à lei da interação eletromagnética. O campo magnético gerado pelo arco é mostrado na figura. Use a regra da mão esquerda para determinar a direção da força do arco. A direção da força é indicada por F na figura.

O sopro magnético consiste em usar um ímã permanente ou um eletroímã para gerar um campo magnético. A direção na qual o campo magnético interage com o arco é para afastar o circuito dos contatos dinâmicos e estáticos.

Com o rápido movimento do contato móvel e a aplicação do efeito de sopro magnético, o arco é esticado e a resistência do arco aumenta rapidamente, o que faz com que a corrente do arco caia drasticamente e a eficiência térmica do arco diminua. O grau de ionização do meio diminui à medida que a temperatura diminui e a condutividade elétrica do canal do arco diminui. Se o arco for puxado ao mesmo tempo, no processo de movimento do arco para fora, com outros meios de cortar o arco e resfriá-lo, o arco será extinto mais rapidamente.

A redução do tempo de arco é um meio importante de proteger os contatos. Um bom projeto de sopro magnético certamente prolongará a vida útil do relé. O sopro magnético tem sido amplamente utilizado em relés e contatores de alta potência com requisitos de espaço menos sensíveis, enquanto em relés pequenos dispositivos semelhantes foram projetados para produtos individuais.

2. Influência da pressão do ar ambiente na vida elétrica dos contatos

A fim de reduzir o tempo de arco, além de usar o método de sopro magnético mencionado acima para puxar o arco, os métodos frequentemente usados ​​para extinguir arcos em espaços estreitos incluem alterar o ambiente de abertura e fechamento do contato, preencher a câmara de extinção de arco selada com um gás com alta energia de ionização, ou A câmara de extinção de arco é evacuada.

Causas de arcos de gás de alta pressão

Energia de ionização. No processo em que os átomos gasosos perdem elétrons e se transformam em cátions, é necessário superar a atração do núcleo pelos elétrons, ou seja, a energia que puxa os elétrons para fora dos orbitais atômicos para se tornarem elétrons livres. Esta é a energia de ionização de tais elementos. Quanto maior a energia de ionização, menos facilmente os átomos são ionizados, menos facilmente eles se tornam cátions e mais fraca é a metalicidade; pelo contrário, quanto mais facilmente perdem elétrons e se transformam em cátions, mais forte é a metalicidade. Na tabela periódica, a energia de ionização mais alta é o hélio, então o hélio pode ser colocado na câmara selada de extinção do arco, o que melhora a capacidade do relé de extinguir o arco.

Existem muitos estudos que explicam as causas do arco voltaico em ambientes de gás de alta pressão. O ponto geral é o seguinte. Em uma câmara de gás de alta pressão, o arco voltaico é realizado em dois estágios. O contato catódico emite elétrons sob a ação da temperatura ou tensão e é recebido pelo ânodo para formar a primeira ruptura; a formação inicial do arco traz cátions de gás ionizado e de alta temperatura, e o caminho iônico do arco é ainda mais expandido para formar um arco mais massivo.

Causas do arco a vácuo

Sob condições de vácuo, não existe mais meio que possa ser ionizado. É difícil queimar um arco, mas ainda pode queimar. No momento em que os contatos dinâmicos e estáticos são separados, o metal dos contatos vaporiza, formando um canal de íons metálicos, e um arco é formado no canal. Existem várias explicações diferentes sobre como esse canal iônico é formado.

A primeira é explicar a teoria da emissão de elétrons em alta temperatura. Acredita-se que existam defeitos originais nos contatos catódicos, chamados de manchas. Considera-se que a resistência da posição local é relativamente grande e a temperatura local é relativamente alta durante o processo de energização. Quando os contatos dinâmicos e estáticos estão prestes a ser separados, a parte de alta temperatura emite elétrons para o ânodo, formando inicialmente um arco, o arco queima, o material de contato vaporiza, forma ainda mais vapor metálico e depois forma um arco no vácuo;

A segunda explicação da teoria da emissão de campo é que o cátodo tem a capacidade de emitir elétrons quando a tensão aplicada entre os contatos dinâmicos e estáticos é suficientemente alta. Quando os contatos dinâmicos e estáticos estão prestes a ser separados, geralmente haverá uma posição final de contato entre si, e essa face é positivamente pequena. O fluxo de elétrons emissores de campo flui para o ânodo através desta área extremamente pequena, e a enorme densidade de corrente produz um efeito térmico dramático tanto no cátodo quanto no ânodo, fazendo com que a fusão se espalhe gradualmente por todo o contato a partir desse ponto, e o superfície de contato derrete. Gerar vapor metálico. Um melhor ambiente de ionização faz com que a escala do fluxo de elétrons se expanda, formando um arco de vácuo.

Grau de vácuo: Em geral, quanto maior o grau de vácuo, menor a probabilidade de quebra e mais difícil a formação de um arco. Em condições ideais, a rigidez dielétrica pode atingir o nível de 10.000 V por 0,1 mm. Mas quando o vácuo atinge um certo nível, um aumento adicional não ajudará a reduzir a tensão de ruptura. Conforme mostrado na curva acima, ela mostra a relação entre o vácuo e a tensão de ruptura. Quanto menor a tensão de ruptura, mais fácil será formar e manter o arco, ou seja, maior será o tempo de arco. O grau de vácuo é medido diretamente pela pressão do ar. Quanto menor for a pressão do ar, maior será o grau de vácuo.

A câmara de extinção de arco selada a vácuo, para obter uma câmara de extinção de arco a vácuo, requer bons materiais e tecnologia de vedação para ser alcançada. Câmaras de extinção de arco seladas com cerâmica e resina, dois tipos de tecnologia de câmaras de extinção de arco seladas estão sendo usadas simultaneamente e ninguém obteve vantagens óbvias.

A câmara de extinção de arco selada de cerâmica utiliza as características de resistência a altas temperaturas da cerâmica e a temperatura do arco é extremamente alta (o centro pode atingir 5000 ° C). Geralmente, os materiais não suportam tais temperaturas e a cerâmica pode simplesmente atender a esse requisito. No entanto, as cerâmicas são tecnicamente difíceis de selar.

A câmara de extinção de arco feita de resina possui melhor tecnologia de vedação do que a cerâmica, mas sua resistência a altas temperaturas é insuficiente.

3. A influência dos parâmetros mecânicos na vida elétrica dos contatos

Os parâmetros estruturais relacionados à vida elétrica dos contatos incluem: área de contato, mecanismo de interrupção, pressão de contato do contato, etc.

A área de contato, a maior área de contato dos contatos dinâmicos e estáticos, pode fornecer um caminho maior para a corrente, reduzir a resistência do contato e reduzir o aumento da temperatura. Quando o relé é fechado ou desconectado, o calor do pequeno arco será dissipado mais facilmente pelo contato maior, reduzindo assim o risco de derretimento do contato.

O mecanismo de interrupção é outro ponto técnico no projeto de relés. O próprio mecanismo possui um ciclo de ação estável. O tempo necessário desde o início até o movimento final até a posição aberta máxima afeta diretamente o tempo de arco.

Pressão de contato de contatos dinâmicos e estáticos, há sempre uma resistência de contato entre contatos dinâmicos e estáticos, quanto maior a pressão de contato, menor será a resistência. A grande pressão de contato pode reduzir a perda elétrica e o aumento de temperatura do relé em condições normais de trabalho; danos relativamente pequenos ou rebarbas elevadas na superfície de contato não causarão efeitos adversos significativos sob grande pressão e, após vários pontos serem fechados, o impacto entre os contatos suavizará esses pequenos defeitos.

4. A estanqueidade da câmara de extinção de arco

É impossível obter uma vedação absoluta no interruptor a vácuo e existe a possibilidade de vazamento de ar nas soldas do casco. Um coeficiente de vazamento de ar permitido foi incluído em seu índice de projeto e o vazamento crônico de ar é inevitável. Além disso, o uso de relés em veículos elétricos, o ambiente de vibração severa em qualquer hora e lugar, também testou seriamente a qualidade da vedação.

À medida que mais e mais ar entra na cavidade selada e a vedação da caixa piora, o grau de vácuo na câmara de extinção de arco diminui gradualmente e a capacidade de extinção de arco se deteriora gradualmente, o que é um fator importante que afeta a vida útil do relé .