VPLIV STEN OB KONTAKTIH Z OBLOKOM NA IZKLOPNO ZMOGLJIVOST NIZKONAPETOSTNEGA ODKLOPNIKA Martin Bizjak Iskra MIS, Kranj, Slovenija Kjučne besede: nizkonapetostni odklopnihc, napetost obleka, tokovna omejitev, kratki oblok, delitev obioka, deion komora, prepustni tok, joulski integral izklopa (integral l^t), vpliv plastične mase na izkiopno zmogljivost. Izvleček: Izklopna zmogljivost nizkonapetostnega odklopnika je odvisna od razvoja električnega obioka in njegovih značilnosti. Odklopnik naj pri izklopu kratkostičnega toka zagotovi čim manjšo amplitudo prepuščenega toka in čim manjši joulski integral (integral Pt). To je omogoča učinek tokovne omejitve kratkostičnega toka. Tokovno omejitev določa razvoj obiočne napetosti, ki naj dovolj hitro naraste preko neke kritične vrednosti. Hitrost naraščanja obločne napetosti in njena maksimalna vrednost sta odvisni od hitrosti odpiranja kontaktov, ki prekinjajo varovani tokokrog, formiranja zanke obioka med kontakti in delitve obioka na ustrezno število delnih oblokov. Računska simulacija poteka toka in napetosti obioka med kontakti z ad hoc računskim modelom razkrije, katere značilne količine obioka odločujoče vplivajo na tokovno omejitev pri izklopu. S simulacijo ponazorimo časovni potek obločne napetosti in prepuščenega toka, kot ga registriramo eksperimentalno na oscilogramu pri preizkusu izklopne zmogljivosti. Nekatere vrednosti, ki jih potrebujemo za računsko simulacijo najdemo v literaturi, druge pa vzamemo kot variabilne parametre. Iz primeriave simulacijskih in eksperimentalnih rezultatov sklepamo na vplive, ki so posledica hitrosti odpiranja kontaktov in značilnosti v odklopniku vgrajenega materiala. Tako je bil kvalitativno ugotovljen vpliv plastične mase iz obloge kontaktno-obločnega prostora (s primerjavo dveh vrst materiala) na izkiopno zmogljivost obravnavanega tipa odklopnika. The influence of lateral walls near arcing contacts on breaking capacity of low-voltage circuit-breaker Key words: low-voltage circuit breaker, arc voltage, current limiting, short arc, arc splitting, arc chute, let-through current, joule integral (Ft integral), influence of plastic material on breaking capacity. Abstract: The breaking capacity of low-voltage circuit breaker is closely related to the development of arc voltage and its magnitude during breaking of short-circuits current. The magnitude of let-through current shall be reduced and the joule integral minimized as well in orderte achieve significant current-limiting effect of circuit breaker. Current limiting requires the magnitude of arc voltage to increase in the sufficiently short time interval to the relatively stationary value above the certain critical voltage. Both of them are dependent on the movement of contact members during opening and on the elongation speed of arc column in the initial phase as well as on the subdividing of arc in the arc chute. Numerical simulation of the variation of arc voltage and let-through current during the breaking time reveals the influencing quantities of arc crucially affecting the current limiting action. The numerical procedure simulates the current and voltage waveforms normally recorded in oscillograms of breaking test shots. Some values necessary for the calculation were found in literature, others are used for simulation as variable parameters. The mutual combination of experimental and simulation results led us to the conclusion which physical effects, either movement of contacts or characteristics of materials (metallic and non-metallic) are dominant at break. By this way a significant influence of plastic material forming lateral walls around arcing contacts on the breaking capacity of circuit breaker under discussion was indicated qualitatively by comparing effects of two types of plastics. 1. Uvod Pri nastanku nenormalnih stanj v nizkonapetostnem energetskem tokokrogu, kot je pojav prenapetosti ali tokovne preobremenitve v kratkem stiku, je treba tako stanje čim hitreje odpraviti ali tokokrog zaščititi pred njim. Prevelik tok skušamo hitro prekiniti z odklopnikom, kar pa v nizkonapetostnem energetskem tokokrogu traja vsaj toliko časa, da trenutna vrednost toka doseže prvo ničelno vrednost. To preide izmenični tok na »naravni« način v vsaki polperiodi izmeničnega toka in odklopnik bi lahko uspešno opravil izklop toka, če bi po prehodu toka skozi »naravno ničlo« obdržal tok na ničelni vrednosti še naprej. V tokokrogih z veliko razpoložljivo močjo (in z velikim razpoložljivim tokom /p v kratkem stiku) pa bi izklop trajal že predolgo in bi bil vpliv preobremenitve z joulskim integralom (integral l^t) in z konično vrednostjo Id prepuščenega toka že kritičen. Zato odklopnik pri operaciji izklopa omeji tok po amplitudi (ki je bistveno manjša od amplitude izmeničnega toka) in po času do prve tokovne ničle (bistveno krajši od trajanja poiperi-ode izmeničnega toka), po kateri mora biti tok prekinjen, to je: ostati na vrednosti nič. Izklop je opravljen z učinkom »tokovne omejitve« /1/. Časovni potek prepustnega toka od trenutka, ko se kontakti odklopnika začnejo odpirati, je odvisen predvsem od naraščanja napetosti med kontakti. Režo med razmikajoči-ma se kontaktoma kontaktnega para takoj premosti električni oblok. Kot aktivno komponento tokokroga ga izkoristimo za omejitev prepustnega toka izklopa /2/. Delovanje odklopnika v nenormalnih stanjih v tokokrogu, npr pri kratkem stiku, ne moremo poljubno preskušati »in situ«, ampak v simuliranih razmerah, kar lahko opravljamo v specializiranih preskuševališčih. Tak laboratorij razpolaga z viri izmeničnega enofaznega ali trifaznega toka velike kratkostične zmogljivosti z možnostjo nastavitve razpoložljivega toka na nekaj 10 kA ali celo več kot 100 kA in z nastavitvijo preskusne napetosti do 1000 V. Preskusni tokokrog, v katerem preskušamo delovanje odklopnika, vsebuje ohmske in induktivne komponente, s katerimi simuliramo razmere v realnem tokokrogu v kratkem stiku. Pogoje preskusa glede na namen odklopnika podajajo ustrezni elektrotehniški standardi /3/, /4/. S posebnim stikalom lahko vklopimo preskusni tok pri vnaprej izbranem faznem kotu sinusne napetosti vira, s čimer simuliramo nastanek kratkega stika pri poljubnem tokovnem faznem kotu. 2. Potek izklopa s tokovno omejitvijo Sposobnost odklopnika, koliko velik kratkostični tok še uspešno prekine in ostane v stanju delovanja, je podana z njegovo kratkostično izklopno zmogljivostjo. Zmogljivi od-klopniki opravijo izklop v prvi polperiodi izmeničnega toka. Tokokrogi, ki dajo v kratkem stiku večji razpoložljivi tok (prospective current) /p, imajo zaradi večje induktivne komponente impedance manjši faktor moči, toda amplitudatoka v prvi polperiodi je lahko večja od amplitud v naslednjih periodah. Pri tokih nad 10 000 A pri nekaterih faznih kotih začetka kratkega stika je povečanje amplitude znatno. Na grafu Slike 1 je računsko simuliran vklop toka v pretežno induktivnem tokokrogu pri faktorju moči 0,3 in pri različnih vklopnih faznih kotih. Prva amplituda pri neugodnem vk-lopnem faznem kotu naraste glede na ostale za faktor 1,3. fazni kot [rd] Slika 1: Vklop toka v pretežno induktivnem tokokrogu (faktor moči 0,3) pri različnih vklopnih faznih kotih, računska simulacija Pri nenadnem povečanju toka, ki ga povzroči nenormalno stanje v tokokrogu, odklopnik reagira samodejno: pri nastavljenem faktorju nadtoka, ki je običajno med 10- in 15-kratnikom toka normalne obremenitve, sproži mehanizem za odpiranje kontaktov. Poleg tega ne glede na nastavljeno prožilno vrednost se na kontaktnem paru v stiku poveča odrivna sila zaradi toka, ki teče skozi majhno stično ploskev med kontaktnima površinama in ta prevlada nad silo kontaktnega stiska, tako da razmakne (odpre) kontaktaktni par (contact blow-off) /5/. V odklopniku za tok delovanja v normalnem stanju pri 25 A se odskok kontaktov zgodi pri trenutni vrednosti toka kakih 1000 A. Vgrajeni magnetni sprožnik deluje z nekaj več zakasnitve od trenutka, ko trenutna vrednost toka preseže nastavljeno vrednost: udarna igla kotve nadtokovnega magnetnega sprožnika, ki jo požene magnetno polje toka v njegovi tuljavi, pospeši odpiranje gibljivega kontakta do hitrosti nekaj m/s. Hkrati sprosti še napeto vzmet mehanizma za izklop, ki požene vklopno-izklopno ročičje, da dokončno razmakne kontakte in jih obdrži odprte na ustrezni medkontaktni razdalji izklopljenega stanja. Ta zadnji proces je zaradi vztrajnosti relativno velikih mas mehanizma najpočasnejši, vendar poteka v časovnem merilu milisekunde. Skupni učinek zaporednega delovanja vseh navedenih izklopnih dejavnosti je velika hitrost pri odpiranju gibljivega kontakta, ki doseže ob ločitvi kontaktnega para od 2 m/s do 5 m/s, v izklopljenem stanju pa je med njima razmik od 9 mm do 10 mm. V trenutku ločitve kontaktov napetost na kontaktnem paru takoj naraste na 10 V do 20 V in se na oscilogramu poteka napetosti na kontaktnem paru jasno opazi kot skokovita sprememba vrednosti. Velikost »stopnice« je odvisna le od vrste kontaktnega materiala, ker v reži velikosti 0,1 mm oblok gori v kovinskih parah s površine kontaktov. Med kontakti z materialom na osnovi srebra z dodatki, npr. Ag/Ni, Ag/C, in na bakru (Cu) znaša (16 ± 1) V /6/. Pri nekoliko večji reži velikosti kak milimeter napetost naraste na 30 V do 35 V; ta vrednost je odvisna tudi od vrste plina, ki obdaja kontakte, ker pri tej medkontaktni reži oblok gori pretežno v okoliškem mediju /7/. Dolžina obtočnega stolpca reda velikosti 1 mm pri napetostnem gradientu približno 2 V/ mm vzdolž reže /8/ prispeva k celotni napetosti zanemarljivo malo. Dokler dolžina obtočnega stolpca ne preseže kritične vrednosti, je obtok zasidran med kontakte in se ga ne da speljati drugam. Ko med odpiranjem kontaktov reža med kontaktnim parom naraste preko kritične dolžine (pribl. 2 mm), lastno magnetno polje obtoka že lahko obtočni stolpec ukrivi v tok ali del zanke in ta se pod vplivom magnetnega polja giblje v smeri Biot-Savartove sile po podaljških kontaktnih delov, kontaktnih »rogov« in obtočnih letev. Potencialno razliko na kontaktnem paru z obtokom med njima podajamo kot »napetost obtoka«. V začetku odpiranja kontaktov v stanju negibljivega obtoka (1 ms do 2 ms od trenutka ločitve kontaktnega para) je približno sorazmerna naraščanju med-kontaktne reže (po oceni 2 V/mm x 5 m/s), v stanju gibljivega obtoka, pa začne naraščati veliko hitreje. Značilni časovni potek napetosti obtoka v stanju odpiranja kontaktov je razpoznaven na oscilogramih izklopa kot »stopnica« napetosti na kontaktnem paru pri prehodu napetostne razlike na sklenjenem kontaktnem paru zaradi toka skozi prehodno upornost na kontaktnem mestu, oz. pri zaprtih kontaktih, na napetost »kratkega obtoka« pri ločitvi kontaktnega para. Pogosto namesto enega kontaktnega para v odklopniku uporabljamo dvojni kontaktni par, ki prekine tokokrog na dveh zaporednih mestih. Gibljivi kontaktni del, lahek in za mehansko izvedbo enostavnejši »kontaktni mostiček«, premosti dva mirujoča kontaktna dela, tako da nastaneta pri izklopu dva zaporedna obtoka. Na oscilogramu obtočne napetosti se pri ločitvi kontaktnega mostička od mirujočih kontaktov opazi dve zaporedni napetostni »stopnici«, visoki po kakih 15 V . Med naraščanjem trenutne vrednosti toka se povečuje tudi presek električno prevodnega obtočnega stolpca. Prosto goreči obtok ima pri toku reda 1 kA do 10 kA premer med 10 mm in 20 mm /9/. Kontaktne dele nizkonapetostnega odklopnika obdajata bočno dve stranski steni, ki sta razmaknjeni za kakih 5 mm. Slika 2 prikazuje razporeditev sistema para mirujočih kontaktov (na sliki je zaradi preglednosti prikazan le eden od para) in kontaktnega »mostič-ka«, vloženih med stranski steni, ki se na obeh koncih podaljšujeta v deion komori s paketom kovinskih lamel, med katere se oblok razdeli na delne obloke. Dvojni kontaktni par poskrbi, da pri razmaknitvi kontaktnega mostička nastaneta dva izklopna obloka, med vsakim kontaktnim parom eden. Vsak od njiju nekaj časa gori med razmikajočim se kontaktnim mostičkom in mirujočim kontaktnim delom enega in drugega para, potem pa se začneta bolj ali manj sočasno premikati proti koncema kontaktnega mostička in proti obema deion komorama. Pred vstopom v komoro oba obloka gorita v prostoru med stranskima stenama. Skozi vsakega od obeh obločnih stolpcev tedaj teče tok velikosti nekaj kA in glede na toku ustrezni premer prosto gorečega obloka, povzet iz /9/, lahko ugotovimo, da ga stranski steni omejujeta s precej manjšim razmakom in stiskata njegov presek. Oblok se ob stiku s steno učinkovito hladi, pri tem pa se material stene na površini segreje na nekaj 100°C. Taka temperatura presega mejo termične obstojnosti večine plastičnih mas. Površina stranskih sten začne emitirati snovne komponente z izparevanjem in ab-lacijo. Napetostni gradient obločnega stolpca se zaradi vpliva sten lahko precej poveča in s tem tudi celotna napetost obloka/10/. tVobiok = 28 ■ ndo [V] (i: Slika 2: Gibljivi kontaktni mostiček med stenama kontaktno-obločnega prostora z parom deion komor Dokončno pa obločno napetost povečamo na želeno vrednost v deion komori, kjer oblok razdelimo na več zaporednih delnih obtokov. Napetost obloka L/obiok lahko uravnamo s številom lamel deion komore, ki določa število delnih oblokov ndo- Za oblok med jeklenimi lamelami z razmakom 2,5 mm je bila izmerjena napetost med 26,5 V in 27,5 V, pri ocenjenem gradientu 2,25 V/mm dolžine obloka /8/. Za delni oblok v deion komori nizkonapetostnega odklopnika, ki ima lamele običajno razmaknjene za 1 mm, lahko za oceno napetosti celotnega obloka (Jobiok vzamemo napetost delnega obloka 28 V, Uobiok pa je v približku (1) sorazmerna številu delnih oblokov ndo: Velikost napetosti obloka v deion komori in čas, v katerem to vrednost doseže, pogojujeta učinek tokovne omejitve pri izklopu. Z njim želimo doseči omejitev konične vrednosti prepuščenega toka /□ in čim manjši joulski integral \h, ki je določen z (2): I^t = edt (2) kjer je / = i(t) tok med skozi odklopnik od trenutka nastanka v času t = Odo trenutka to, ko i{t) doseže ničelno vrednost, i{to) = O, in jo obdrži poljubno dolgo, i(t >to)^O.Če je čas trajanja izklopa to krajši, je tudi vrednost l^t običajno manjša. 3. Ocena vplivov obločne napetosti na tokovno omejitev Vpliv velikosti napetosti obloka Uobiok in časa naraščanja Uobiok it) do Uobiok na potek prepuščenega toka i{t) pokaže računska simulacija izklopa, kot je prikazana na Slikah 3a, 3b, 3c, 3d, 3e in 3f. S simulacijo so raziskane razmere v pretežno induktivnem tokokrogu, ki ga napaja vir izmenične napetosti 50 Hz z vrednostjo Us = 230 V in pričakovano variacijo + 10%, pri razpoložljivem toku /p = 10 kA, kjer je faktor moči 0,45 z pričakovanim odstopanjem - 0,05. V neugodnem primeru pri Us = 253 V, faktor moči 0,40 kratek stik nastopi pri napetostnem faznem kotu 60°. Stikalna pot skozi odklopnik ima neko impedanco, ki je pretežno ohm-ska in je določena z zgornjo mejo dopustne disipacije P < 2,0 W pri nazivnem toku odklopnika /n. Ko trenutna vrednost i{t) doseže 1000 A (izmerjeno v primeru obravnavanega tipa odklopnika), se zaradi elektrodinamičnega (blow-off) učinka kontaktni par loči, napetost med kontakti t/obiok (f) takoj naraste od O v f = O na 15 V in narašča po t najprej linearno v skladu s predpostavko, da je v začetku odpiranje kontaktnega para linearno po času t, potem pa hitreje proti asimptotični vrednosti. Za presojo učinka hitrosti naraščanja Uobiok (t) proti Uobiok , je opravljena simulacija izklopa za asimptoto Uobiok (f) pri 1 ms in pri 2 ms. Simulacija izklopa za obe predpostavljeni vrednosti je prikazana na Slikah 3a, b in c za asimptoto t/obiok (f) pri 2 ms, na Slikah 3d, e in f pa pri 1 ms od nastanka kratkega stika. Po tem času se oblok nahaja v deion komori razdeljen med lamelami komore na delne obloke, zato je napetost obloka po času konstantna, Uobiok(f) = t^obiok. Vpliv vrednosti üobiok je obdelana s simulacijo pri vrednostih 250 V, 350 V in 500 V. Te vrednosti so izbrane glede na izbrano napetost vira Us = 253 V: prva je približno enaka Us, druga je blizu temenski vrednosti Us (358 V), zadnja pa je približno enaka 2 l/s. Rezultati simulacije za L/obiok = 250 V so prikazani na grafih Slike 3a in Slike 3d, za l/obiok = 350 V na grafih Slike 3b in Slike 3e, za L/obiok = 500 V pa na Sliki 3c in Sliki 3f. Napetost-/ira Napet.oWoka . PrefKišč.tok « Napefostvira v NapetobkÄa Ä Prepošč.tok Slika 3a: Simulacija izklopa ip = 10 kA pri Uobiok = 250 V, čas dviga Uobiok 2 ms. Slika 3d: Simulacija izklopa \p= 10 kA pri Uobiok = 250 V, čas dviga Uobiok 1 ms. « Napetost vka 7 Napet.ofafcka Ü Prepušč.tok o Napete « I a -7 Napeiobfol;a PfSpUSC.lOfc Slika 3b: Simulacija izklopa Ip = 10 kA pri Uobiok 350 V, čas dviga Uobiok 2 ms. Slika Se: Simulacija izklopa ip = 10 kA pri Uobiok 350 K čas dviga Uobiok 1 ms. SDOfl 450Q 400D asoo 3000 1500 1CCXI -ICKO -1K0 •2C-00 -25CO -3000 -35C0 p: 1 2 3 4 5 6 7 i {msl U N3peb:.5{ vira p Napet GbSokn A Prspusčtok Napc-fosJ vira v Napat c^bka ii F^epušč.tcA Slika 3c: Simulacija izklopa Ip = 10 kA pri Uobiok = 500 V, čas dviga Uobiok 2 ms. Slika 3f: Simulacija izklopa Ip = 10 kA pri Uobiok = 500 V, čas dviga Uobiok 1 ms. Pri presoji vplivov hitrosti razvoja obloka iz »kratkega« ob-loka do popolnoma na delne obloke v deion komori »razdeljnega« obloka iz rezultatov simulacije razberemo, da hitrost prehoda iz začetne faze obloka v končno vpliva predvsem na konično vrednost prepuščenega toka /d, če je L/obiok > L/s ■ V2. Če torej üobiok ne dosega vsaj temenske vrednosti vira Us, je učinek tokovne omejitve pri izklopu majhen in izklop bo mogoč šele v trenutku blizu prve naravne ničle sinusnega toka. Pri večanju Uobiok ^ 2 L/s je učinek tokovne omejitve že zelo velik, saj tok ;(f) upada od Id Ože s hitrostjo začetnega naraščanja proti /p. Večji učinek tokovne omejitve v praksi ni sorazmeren vložku, s katerim bi ga dosegli. Da omejimo joulski integral izklopa l^t, je treba predvsem zadostiti kriteriju, da je L/obiok večja ali vsaj približno enaka temenski vrednosti napetosti vira Us, velikost /d je v šibki korelaciji z vrednostjo l^t. Zato pri izklopu izmeničnega toka 50 Hz (s polperiodo 10 ms) čas naraščanja obločne napetosti pod 1 ms nima odločilnega vpliva na vrednost l^t, če vrednost L/obiok ne dosega kritične vrednosti, dokler ga omejujemo na vrednost, ki je za red velikosti manjša od trajanja ene polperiode izmeničnega toka. Pri ekstremno dolgih časih naraščanja Uobiok (f) ^ L/obiok v trajanju 1/2 polperiode ali dalj, seveda učinek tokovne omejitve na velikost l^t tudi pri preseganju kriterija za vrednost L/obiok nima uporabnega vpliva. 4. Rezultati preskusov izklopa velikih tokov Nizkonapetostni odklopniki za splošne namene zaščite inštalacij ali motorjev se izdelujejo za različne vrednosti na-zivnih tokov. Za določeno območje nazivnih tokov, npr. po stopnjah za/n od 2 A, 2,5 A, 4 A, 6,3 A, 10 A ... do zgornje vrednosti 25 A so istega tipa, to je iste velikosti in konstrukcije, za In od 63 A navzgor so drugega tipa, ki je večji in drugačne zgradbe. Zaradi funkcionalnih zahtev so včasih med različicami istega tipa, ki pripadajo različnim vrednostim /n, nekatere razlike v materialu in izvedbi posameznih vgrajenih delov. Pri večjih vrednostih nazivnih tokov so potrebni večji preseki vodnikov ali termično bolj odporen material in podobno. Zaradi neizbežnega kompromisa pri spremembi materiala se včasih na preskušanju prototipov ali izdelkov v redni proizvodnji pojavijo neželeni stranski učinki. Na osnovi rezultatov simulacije izklopa, kot so prikazani na Slikah 3(a ... f) so bile določene smernice za konstrukcijsko zasnovo kontaktno-obločnega sistema odklopnika za zaporedje nazivnih tokov In do 32 A. Odklopniki za nekaj največjih vrednosti /n so bili preskušeni na kratkostično izklopno zmogljivost v laboratorijskih pogojih pri nastavljeni napetosti vira 253 V z razpoložljivim tokom /p = 25 kA. Preskusi izklopa so bili opravljeni pri vklopnih faznih kotih laboratorijskega »kratkostičnega« toka a, a + 30° in a + 60°. Kot a je bil nastavljen na sinusoidi napetosti vira, vk-lopni fazni kot preskusnega toka pa je odvisen od fazne diference med napetostjo in tokom v preskusnem tokokrogu. Pri vsakem preskusu izklopa (operacija »O«) je bil posnet oscilogram prepuščenega toka /(/). Potek Uobiok {t) na oscilogramu ni bil registriran zaradi nevarnosti za merilni sistem, ker bi bilo treba za to meriti napetostno razliko med deloma kontaktnega para v prisotnosti obleka. Iz registriranih oscilogramov je bila določena vrednost /□, iz- klopni čas to, ki je časovni interval med vklopom preskusnega toka in dokončno prekinitvijo toka, ko tok doseže ničelno vednost in ostane na tej poljubno dolgo, s pomočjo vgrajenega integratorja izračunan joulski integral l^t. Preskus je bil opravljen na vsaj treh odklopnikih z istim na-zivnim tokom. Za preskušance z /n 14 A, 18 A, 23 A, 27 A in 32 A so merski rezultati urejeni kot zveza med izklopnimi količinami in nazivnim tokom In. [to, h, l^t} = f(/n). Grafično jih podaja Slika 4: za odklopnike nazivnih tokov In z vrednostjo 14 A, 18 A, 23 A, in 27 A korelacijo med izmerjenimi količinami to, h, l^t in In lahko prikažemo kot funkcijsko zvezo. Za /n = 32 A pa rezultati odstopajo od te za več, kot je interval deviacije izmerjenih vrednosti. o Amp.prep.tokal 7 Izklopnrčas a Integral Slika 4: Vrednosti značilnih izklopnih količin za odklopnike zln= 14A, 18A, 23A, 27A in 32A Razlog za opisano razlika je v zgradbi tipske različice odklopnika za /n = 32 A glede na različice za In < 32 A, kar se odraža tudi v zveznem spreminjanju izklopnih količin to, Id in l^tz/ndo 32 A in z nezveznostjo pri različici za 32 A. V tej je bilo treba zagotoviti večji kontaktni stisk in večjo odpornost kontaktov na zavaritev pri velikih tokih, zaradi velike termične obremenitve odklopnika pri nazivnih pogojih obremenitve pa je bilo treba izbrati za stene kontaktno-ob-ločnega prostora in nosilec gibljivega kontakta termično odpornejši plastični material. Ta običajno v stiku z vročim obločnim medijem manj degradira in zato manj emitira v plazmo obloka. Eksperimentalni rezultati (Slika 4) kažejo, da so se pri odklopniku za 32 A vse vrednosti prikazanih izklopnih količin prekomerno povečale glede na pričakovane, ki bi jih dobili z ekstrapolacije rezultatov za 14 A, 18 A, 23 A in 27 A. S pomočjo rezultatov simulacije izklopa, prikazanih na Slikah 3 (a - f), presojamo, daje pri odklopniku za 32 A povečanje vrednosti l^t verjetno posledica manjše L/obiok, kar hkrati podaljša tudi izklopni čas to, povečanje /d pa posledica počasnejšega naraščanja t/obiok it) do končne Ucbiok, ki ga pogojuje počasnejše odpiranje kontaktov Hipoteza, da ima v odklopniku za 32 A vgrajen plastični material za stene kontaktnega prostora manjši učinek gašenja obloka, je bila preverjena eksperimentalno na odklopniku za /n = 18 A. Ta v standardni izvedbi izkazuje dobro izklopno zmogljivost, ki dobro korelira z rezultati preskusov na odklopnlkih ostalih nazivnih vrednosti. Zato sta bili za preskus vpliva plastičnega materiala na izklopno zmogljivost odklopnika izdelani dve različica odklopnika za 18 A: prva, v kateri so bile stene kontaktno-obločnega prostora iz po-liamida (PA) in druga, v kateri je bil uporabljen polifenilen-sulfid (PPS). V obeh različicah odklopnika za 18 A so bili izdelani po trije preskušanci ene in druge verzije in preskušeni pri enakih pogojih. Izmerjene vrednosti značilnih izklopnih količin to, Id in l^t so prikazane na grafu Slike 5. Pri obeh verzijah je konična vrednost prepuščenega toka Id v mejah merske nenatančnosti enaka. Vrednost l^t pa je za preskušance z vgrajenim PPS materialom skoraj dvakrat večja, kot pri različici z vgrajenim PA materialom. Pri tem se je tudi izklopni čas to povečal iz povprečno 4 ms na povprečno 7 ms. Rezultati preskusa očitno kažejo kvalitativni vpliv materiala na stene kontaktno-obločnega prostora na izklopno zmogljivost odklopnika. plastična masa PA plastična masa PPS & ii Ampl.prep.foka 7 izMopni čos Ä Integra! i2t merilni inštrumentarij. Zato smo za razlago pojavov, ki so registrirani na oscilogramih, opravili še simulacijo izklopa z ad hoc računskim modelom. S hkratno obravnavo eksperimentalnih in simulacijskih rezultatov smo kvalitativno razpoznali vpliv plastičnega materiala za stene kontaktno-obločnega prostora na oblok pri izklopu kratkostičnega toka in izbrali za praktično uporabo ustreznejši material. 6. Literatura /1/ M. Lindmayer: Schaltgeräte, Springer, 1987 /2/ G. Burkinard: Schaltgeräte der Enenergietechnik, I.Auflage, VEB Verlag Technik, Berlin, 1985 /3/ Standard SIST EN 60947-2: 2006, Nizkonapetostni odkiopniki /4/ Standard SIST EN 60898-1: 2004, Inštalacijski odkiopniki /5/ E. Vinaricky: Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen, 2. Auflage, Springer, 2002 /6/ A. Erk, H. Finke: Über das Verhalten unterschiedlicher Kontaktwerkstoffe beim Einschalten prellender Starkstrom-Schaltglieder, ETZ-A 86 (1965), pp.297-302 /7/ E. Vinaricky: Das Abbrand- und Schweissverhalten verschiedener Silber-Grafit-Kontaktwerkstoffe in unterschiedlichen Atmosphären, disertacija, TH Wien, 1994 /8/ H. Klepp: Über den Einfluss der Löschkammerkonstruktion auf die Lichtbogelöschung in Schützen grosser Nennstromstärken, disertacija, TU Garolo-Wilhemina, Braunschweig, 1982 /9/ P. G. Slade: Electrical Contacts, Marcel Dekker, 1999 /10/ M. Bizjak: Model ablacijskostabiliziranega oblokavodklopniku, disertacija. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko in računalništvo, 1992 3 4 6 oznaka presKušanca Slika 5: Odvisnost značilnih izklopnih količin to, Id in Ft od vrste plastičnega materiala ob kontaktih, izklop Ip = 25 kA 5. Sklep Značilnosti izklopnega pojav pri preskusu kratkostične izk-lopne zmogljivosti se odražajo v oscilogramih časovnega poteka napetosti med kontakti in prepuščenega toka. Merjenje medkontaktne napetosti in napetosti obloka zahteva poseg v merjeni vzorec, ki ni zaželen, nevarno pa je tudi za dr. Martin Bizjak, univ. dipl. ing. fizike R&R, Iskra MIS, d. d. Ljubljanska cesta 24a 4000 Kranj e-mail: martin. bizjak@iskra-mis. si Prispelo (Arrived): 02.09.2008 Sprejeto (Accepted): 09.06.2009