Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог
В распределительных системах среднего напряжения (от 3,6 кВ до 12 кВ) коммутационные аппараты часто понимают неправильно. В то время как вакуумные автоматические выключатели (ВАВ) привлекают внимание к защите от повреждений. вакуумный контактор это настоящая рабочая лошадка промышленной автоматизации. Вакуумный контактор, предназначенный для высокочастотных коммутаций - часто выполняющих тысячи операций в месяц, - преодолевает разрыв между простыми ручными разъединителями и защитой цепей в тяжелых условиях.
Однако отношение к контактору как к автоматическому выключателю - это залог неудачи. От неправильного применения категорий использования до неудачного согласования предохранителей - от инженерных нюансов зависит, прослужит ли пускатель двигателя двадцать лет или выйдет из строя при вводе в эксплуатацию. В этом руководстве для инженеров и специалистов по закупкам рассматриваются анатомия, номиналы и критические схемы управления вакуумных контакторов среднего напряжения.
Вакуумный контактор среднего напряжения - это электромагнитное коммутационное устройство, разработанное специально для долговечности. В отличие от автоматического выключателя, который использует пружинный механизм с накопленной энергией для периодического прерывания мощных токов короткого замыкания, контактор использует магнитную систему с соленоидным приводом для многократного переключения токов нагрузки. Это фундаментальное различие ставит механический ресурс, обычно рассчитанный на 300 000-1 000 000 циклов, на первое место по сравнению с мощностью устранения неисправностей, присущей VCB.
Основу устройства составляет вакуумный прерыватель (VI) - герметичная керамическая камера, в которой находятся контакты. Когда на электромагнитную катушку подается напряжение, она тянет за собой якорь, замыкая контакты с помощью калиброванной нажимной пружины. Эта пружина очень важна: она обеспечивает низкое сопротивление контактов при нормальной работе и предотвращает размыкание контактов под действием высоких электромагнитных сил при пусковых импульсах. Когда катушка обесточивается, возвратные пружины заставляют якорь возвращаться назад, разъединяя контакты для разрыва цепи.
Внутри прерывателя поддерживается высокий вакуум, обычно в пределах 10-2 Па и 10-4 Па. Когда контакты разъединяются, дуга из паров металла, создаваемая током нагрузки, быстро распространяется в этот вакуум. Поскольку нет газа для ионизации, диэлектрическая прочность в открытом контактном промежутке восстанавливается почти мгновенно - часто в течение микросекунд после перехода тока через ноль. Это позволяет контактору гасить дугу при относительно небольшом контактном зазоре, обычно от 4 мм до 8 мм в зависимости от номинального напряжения (7,2 кВ против 12 кВ).
Очень важно отличать этот механизм от механизма вакуумного выключателя. В VCB используется механическая защелка и система отключения, предназначенная для удержания контактов в замкнутом состоянии даже при потере управляющего напряжения, а размыкание происходит только тогда, когда защитное реле сигнализирует о неисправности. Стандартный вакуумный контактор “электрически удерживается”, то есть автоматически размыкается при падении управляющего напряжения, что делает его по своей сути отказоустойчивым для систем управления двигателями, где неожиданный перезапуск может быть опасен.
Понимание этого внутренняя архитектура вакуумного прерывателя Это первый шаг на пути к соответствию устройства его применению.
[Экспертный взгляд] Почему материал контактов имеет значение
- Автоматические выключатели (CuCr): В VCB обычно используются медно-хромовые контакты. Они оптимизированы для высокой диэлектрической прочности, чтобы прерывать замыкания 25 кА+, но могут свариваться при слишком частом переключении.
- Контакторы (WCAg): В вакуумных контакторах часто используется карбид вольфрама-серебро. Этот материал более твердый и устойчивый к эрозии во время повторяющихся “ударов” при запуске двигателя, хотя и обладает меньшей предельной разрывной способностью.
- Компромисс: Вы не можете поменять местами прерыватели между выключателем и контактором. Металлургия настроена на рабочий цикл (защита против выносливости).
Указанное в техническом паспорте значение “400 А” фактически бессмысленно без учета категории использования. Определено под МЭК 62271-106 (адаптация концепций из IEC 60947-4-1), эти категории определяют тяжесть электрического напряжения, воздействующего на контакты. Неправильное указание категории является основной причиной преждевременной контактной сварки на промышленных предприятиях.
AC-3 стандартная категория для двигателей с короткозамкнутым ротором: запуск двигателя и его отключение только после достижения полной скорости. В этом случае контактор выдерживает большой пусковой ток при замыкании, но прерывает относительно малый рабочий ток.
AC-4, Напротив, “инкейтинг” или “затыкание” - остановка двигателя во время его ускорения или быстрый реверс. Это часто встречается в кранах, подъемниках и шахтных конвейерах.
При использовании AC-3 контактор обычно должен выдерживать ток включения около 6 × In (номинальный рабочий ток), но пробивает только 1 × In. При использовании AC-4 контактор должен как включать, так и выключать ток заблокированного ротора. Это означает, что прерыватель прерывает 6 × In при высоком индуктивном коэффициенте мощности (часто cos φ ≤ 0,35). При этом выделяется значительно больше энергии дуги, что увеличивает скорость эрозии контактов в 10 и более раз по сравнению с режимом AC-3.
Переключение конденсаторных батарей представляет собой другую физическую задачу. В отличие от двигателей (индуктивных нагрузок), которые сопротивляются изменению тока, конденсаторы сопротивляются изменению напряжения, действуя почти как короткое замыкание в момент подачи напряжения.
При включении одной конденсаторной батареи пусковой ток ограничивается только сопротивлением сети. Однако при переключении "спина к спине" (включение блока параллельно с уже включенным) между блоками могут протекать высокочастотные пусковые токи. Эти переходные процессы могут достигать пиковых значений 100 × In с частотой более 2 500 Гц. Стандартные материалы контактов, такие как медно-вольфрамовые (CuW), предназначенные для коммутации двигателей, могут перегреваться или свариваться в таких условиях.
Инженеры, определяющие конденсаторные контакторы необходимо убедиться, что устройство соответствует классу C2 или AC-6b. Для них часто требуются специальные материалы для контактов и более высокие механические усилия фиксации для предотвращения отскока контактов во время сильного электромагнитного отталкивания, возникающего при броске напряжения.
Максимальная отключающая способность автономного вакуумного контактора обычно составляет всего 4-6 кА. В современных промышленных сетях, где токи повреждения часто превышают 31,5 кА, контактор не может безопасно прервать короткое замыкание. Попытка сделать это приведет к взрыву вакуумного прерывателя или привариванию контактов. Для решения этой проблемы в пускателях двигателей среднего напряжения используется архитектура “F-C”: токоограничивающие предохранители высокой пробивной способности (HRC) справляются с короткими замыканиями, а контактор - с коммутацией и перегрузками.
Важнейшей инженерной задачей является определение точка захвата. Это конкретное значение тока на кривой время-токовой характеристики (TCC), при котором время отключения предохранителя становится быстрее времени размыкания контактора.
Для безопасной координации ток поглощения (Iна) должно происходить при значении, меньшем, чем номинальная отключающая способность контактора. Рассмотрим систему, в которой контактор может отключать ток 4 кА. При возникновении тока повреждения 10 кА предохранитель должен расплавиться и очистить цепь за время, меньшее, чем требуется контактору для размыкания и разъединения контактов (обычно от 30 до 50 мс). Если реле защиты подаст сигнал на размыкание контактора при токе 10 кА до срабатывания предохранителя, контактор попытается прервать ток, превышающий его номинал, что приведет к отказу.
IEC 62271-106 предписывает определенные типы координации (тип A и тип C). Координация типа C предпочтительна для критических схемы защиты с использованием вакуумных контакторов, Это гарантирует, что после короткого замыкания, устраненного предохранителями, контактор будет продолжать работать, не требуя ремонта или замены контактов.
Подробные стандартные определения см. в разделе IEC 62271-106 Высоковольтные распределительные устройства и устройства управления который регулирует данные технические характеристики контактора.
[Экспертный взгляд] Ловушка “Striker Pin”
- Механизм: Большинство предохранителей MV имеют штифт-ударник, который выдвигается при перегорании предохранителя. Этот штифт ударяет по тяге, чтобы механически отключить контактор.
- Риск: Если контактор размыкается одновременно при отключении предохранителя при низкочастотном повреждении дуга может перейти на контакты контактора, если предохранитель не погасил ее полностью.
- Исправление: Убедитесь, что механическая тяга имеет небольшую задержку или что выбор предохранителя предотвращает работу в “запрещенной зоне” (токи, которые расплавляют плавкий элемент, но не позволяют быстро погасить дугу).
Механизм работы определяет, как устройство управляет энергией для замыкания контактов и, что очень важно, как оно поддерживает это состояние. Если в вакуумных выключателях используются пружины с накопленной энергией, то в контакторах - электромагнитный привод, что делит их на две структурные категории.
Это стандарт для пускателей электродвигателей. Замыкающая катушка должна оставаться под напряжением, чтобы контакты оставались замкнутыми. Соленоид преодолевает усилие пружины открытия и прижимает якорь к магнитопроводу.
Для предотвращения перегорания катушки в этих механизмах используется схема “экономайзера”. Катушка потребляет высокую пусковую мощность (например, 800-1500 Вт) в течение примерно 100 мс, чтобы закрыть зазор, а затем переключается в режим удержания низкой мощности (например, 40-80 Вт), чтобы поддерживать контактное давление без перегрева. Основным преимуществом является встроенная функция отказоустойчивости: если управляющая мощность пропадает или падает ниже порога отключения (обычно 40% - 60% от Un), контактор автоматически размыкается. Это защищает двигатели от неожиданного перезапуска при восстановлении питания.
Контакторы с механической защелкой больше похожи на автоматические выключатели. На замыкающую катушку подается напряжение лишь на мгновение, чтобы втянуть якорь. После замыкания механическая защелка блокирует механизм, и катушка обесточивается.
Для размыкания контактора необходимо подать напряжение на отдельную катушку отключения, чтобы снять защелку. Такая конструкция потребляет ноль энергии в установившемся режиме и гарантирует, что выключатель останется замкнутым даже при сильных провалах напряжения или полной потере вспомогательного питания. Это делает контакторы с защелкой идеальными для трансформаторных фидеров или критических распределительных цепей, где непрерывность обслуживания имеет приоритет над логикой безопасности двигателя. Однако механическая сложность выше, а механизм обычно рассчитан на меньшее количество механических операций (например, 100 000) по сравнению с устройствами с электрическим удержанием.
В то время как первичные клеммы работают с киловольтами, надежность устройства полностью зависит от вторичной цепи управления. В промышленных распределительных щитах и центрах управления двигателями (ЦУД) логика управления устраняет разрыв между нажатием кнопки оператором и высоковольтным переключением.
В большинстве вакуумных контакторов среднего напряжения используются рабочие катушки постоянного тока, даже если питание подстанции переменное. Соленоиды переменного тока подвержены “гулу” или дребезгу - механической вибрации, вызванной прохождением магнитного потока через ноль. Эта вибрация вызывает фреттинг-износ якоря и микроперемещения контактов.
Чтобы устранить эту проблему, производители встраивают модуль мостового выпрямителя непосредственно в корпус контактора. Он преобразует входящий источник переменного тока (например, 230 В переменного тока) в пульсирующее постоянное напряжение для катушки. Магнитное поле постоянного тока обеспечивает постоянную, бесшумную силу удержания. Однако при этом возникает необходимость в обслуживании: выпрямитель является полупроводниковым компонентом, чувствительным к скачкам напряжения. При устранении неисправностей контактора, который отказывается замыкаться, виновником часто оказывается выпрямитель.
Вторичная цепь управляет безопасностью через вспомогательные контакты (NO/NC), механически связанные с якорем. Они используются для:
Для инженеров, разрабатывающих эти схемы цепей управления, Для контакторов с защелкой обязательна логика “антикачания”, чтобы предотвратить разрушительный цикл работы устройства при одновременной подаче команд замыкания и размыкания.
Стандартные характеристики калибруются для “нормальных условий эксплуатации”, обычно предполагающих высоту над уровнем моря < 1 000 метров и температуру от -5°C до +40°C. В реальных условиях развертывания в горнодобывающей промышленности или на высокогорных объектах инфраструктуры эти базовые значения часто нарушаются.
Большая высота над уровнем моря не влияет на работу внутреннего вакуумного прерывателя, но резко снижает диэлектрическую прочность внешнего воздушного зазора.
Согласно закону Пашена, напряжение пробоя газового промежутка зависит от произведения давления и расстояния между промежутками. На высоте 3 000 метров атмосферное давление падает примерно до 70 кПа (по сравнению с 101,3 кПа на уровне моря). Это снижает внешнюю диэлектрическую стойкость контактора. Чтобы сохранить тот же запас прочности (например, 75 кВ BIL для системы 12 кВ), инженеры должны применить поправочный коэффициент высоты над уровнем моря (Ka) к требованиям к изоляции. Для объекта на высоте 2 000 метров требуемое значение испытательного напряжения обычно увеличивается в раз Ka = 1,13, что означает, что оборудование должно быть испытано при напряжении примерно 85 кВ вместо 75 кВ на уровне моря.
На тяжелых промышленных объектах запуск крупных двигателей может вызвать кратковременные провалы напряжения. Если катушка вакуумного контактора чувствительна к таким колебаниям, сила магнитного притяжения может ослабнуть.
Стандартный соленоид рассчитан на надежную работу в диапазоне от 85% до 110% от номинального управляющего напряжения (Un). Если напряжение падает ниже 85% (например, < 187 В в цепи 220 В), якорь может не полностью прилегать к сердечнику. Это приводит к "зависанию контактов", когда главные контакты соприкасаются, но не имеют полного давления пружины, необходимого для работы с током. Это приводит к локальному перегреву и сварке. Для нестабильных сетей выпускаются высокопроизводительные катушки "широкого диапазона", способные поддерживать замыкание вплоть до 70% Un.
Стандартом, регулирующим эти экологические поправки, обычно является МЭК 62271-1, в котором изложены общие спецификации для всех распределительных устройств среднего напряжения.
Выбор подходящего вакуумного контактора среднего напряжения требует не только соответствия напряжению системы. Чтобы обеспечить долговечность, в спецификации закупки необходимо четко определить категорию использования и интерфейс управления.
В компании XBRELE мы разделяем производство вакуумных контакторов на различные серии, чтобы соответствовать этим требованиям. Наш стандарт JCZ5 Серия разработана для общего запуска двигателя, а специализированные модели для тяжелых условий эксплуатации оснащены усиленными механизмами защелок и первоклассными материалами контактов из карбида вольфрама. Перед отправкой каждое устройство проходит строгий протокол плановых испытаний:
Для OEM-производителей и изготовителей панелей мы предоставляем полную интеграционную поддержку, включая сертификаты типовых испытаний в соответствии с IEC 62271-106. Если вам нужен простой электрический блок для пускателя насоса или контактор с механической защелкой для критически важного фидера, наша команда инженеров поможет вам подобрать точную спецификацию.
Изучите каталог вакуумных контакторов XBRELEили свяжитесь с нашей командой инженеров сегодня, чтобы обсудить ваши конкретные требования к рабочему циклу.
Вакуумный контактор рассчитан на миллионы переключений при номинальном токе нагрузки, в то время как автоматический выключатель предназначен для прерывания огромных токов короткого замыкания, но имеет гораздо меньший механический ресурс.
Поскольку контакторы имеют низкую отключающую способность (обычно 4-6 кА), их необходимо использовать в паре с предохранителями HRC для безопасного устранения высокомагнитных повреждений, которые в противном случае могут разрушить контактор.
Использование контактора AC-3 для включения или отключения (AC-4) приведет к быстрой эрозии контактов и, вероятно, к привариванию контактов из-за сильной энергии дуги, возникающей при разрыве токов запертого ротора.
Да, но для трансформаторных фидеров предпочтительнее использовать контакторы с механической защелкой, чтобы выключатель оставался замкнутым при провалах напряжения или отключениях питания.
Высота над уровнем моря снижает изоляционные свойства воздуха вокруг контактора, поэтому устройство должно быть рассчитано на более высокий уровень изоляции или иметь пониженную мощность для предотвращения внешних вспышек.
Выпрямитель преобразует переменный ток для управления в постоянный для рабочей катушки, что устраняет механическую вибрацию (“гул”), связанную с соленоидами переменного тока, и продлевает срок службы механизма.
