고전압 DC 릴레이 수명에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?

고전압 DC 계전기는 원래 전력 산업, 항공 및 우주 산업에서 주로 사용되었습니다. 최근 몇 년 동안 전기 자동차가 점차 증가하고 있으며 구동 전력 분배 시스템은 고전압 DC 계전기의 매우 중요한 응용 시나리오가 되었습니다. 고전압은 24V, 48V 저전압 시스템을 기준으로 합니다. 일부 저속 전기 자동차는 60V 및 72V 시스템의 전원 구성을 선택합니다. 일반적으로 고속 승용차의 전압은 200V 이상이며, 버스는 600V 이상에 도달할 수 있습니다. 이 전압 위상의 요구 사항을 충족하는 릴레이를 고전압 DC 릴레이라고 합니다.

고전압 DC 계전기의 수명에는 기계적 수명과 전기적 수명의 두 가지 매개변수가 포함됩니다. 기계적 수명에 영향을 미치는 요인으로는 접점의 재질, 개폐기구의 설계 및 제조수준 등이 있습니다. 전기적 수명의 병목현상은 주로 접점수명입니다.

1. 자기장 아크가 접점의 전기적 수명에 미치는 영향

아래 그림과 같이 계전기의 자기 블로우 설계 원리를 설명합니다. 그림에 표시된 전류 방향에 따라 왼쪽 정적 접점은 오른손 법칙을 사용하여 코일 자기장의 방향을 결정합니다. 아크는 정적 접점 사이의 매체를 통과하는 전압에 의해 형성된 이온화 채널의 전류입니다. 전자기 상호 작용의 법칙을 완전히 따릅니다. 아크에 의해 생성된 자기장이 그림에 나와 있습니다. 호의 힘 방향을 결정하려면 왼손 법칙을 사용하십시오. 힘의 방향은 그림에서 F로 표시됩니다.

자기 부는 것은 영구 자석이나 전자석을 사용하여 자기장을 생성하는 것입니다. 자기장이 아크와 상호 작용하는 방향은 회로를 동적 및 정적 접점에서 멀리 끌어당기는 것입니다.

가동접점의 빠른 이동과 자기분출효과의 적용으로 아크가 신장되고 아크저항이 급격하게 증가하여 아크전류가 급격하게 감소하고 아크의 열효율이 저하된다. 온도가 낮아짐에 따라 매질의 이온화 정도가 감소하고 아크 채널의 전기 전도도가 감소합니다. 아크가 동시에 당겨지면 아크가 바깥쪽으로 이동하는 과정에서 아크를 절단하고 아크를 냉각시키는 다른 수단을 사용하여 아크가 더 빨리 소멸됩니다.

아크 시간을 줄이는 것은 접점을 보호하는 중요한 수단입니다. 좋은 자기 타격 설계는 확실히 릴레이의 수명을 연장시킵니다. 자기 송풍은 공간 요구 사항이 덜 민감한 고전력 계전기 및 접촉기에 널리 사용되는 반면, 소형 계전기에서는 유사한 장치가 개별 제품에 대해 설계되었습니다.

2. 주변 기압이 접점의 전기적 수명에 미치는 영향

아크 발생 시간을 단축하기 위해 위에서 언급한 자기 송풍 방식을 사용하여 아크를 끌어당기는 것 외에도 좁은 공간에서 아크를 소호하는 데 자주 사용되는 방법에는 접점 개폐 환경을 변경하고 밀봉된 아크 소호실에 이온화 에너지가 높은 가스, 또는 아크 소화실을 진공화합니다.

고압 가스 아크의 원인

이온화 에너지. 기체 원자가 전자를 잃고 양이온이 되는 과정에서 전자에 대한 핵의 인력, 즉 전자를 원자 궤도 밖으로 끌어당겨 자유 전자가 되는 에너지를 극복해야 합니다. 이것이 그러한 원소의 이온화 에너지입니다. 이온화 에너지가 높을수록 원자가 덜 쉽게 이온화되고, 양이온이 되기가 덜 쉬우며, 금속성은 더 약해집니다. 반대로 전자를 더 쉽게 잃고 양이온이 될수록 금속성은 더 강해집니다. 주기율표에서 가장 높은 이온화 에너지는 헬륨이므로 밀봉된 아크 소화 챔버에 헬륨을 채울 수 있어 릴레이의 아크 소멸 능력이 향상됩니다.

고압 가스 환경에서 아크 발생 원인을 설명하는 많은 연구가 있습니다. 일반적인 요점은 다음과 같습니다. 고압 가스실에서 아크 발생은 두 단계로 수행됩니다. 캐소드 접점은 온도 또는 전압의 작용 하에서 전자를 방출하고 애노드에 의해 수신되어 첫 번째 항복을 형성합니다. 아크의 초기 형성은 고온 및 이온화된 가스 양이온을 가져오고, 아크의 이온 경로는 더욱 확장되어 더 큰 아크를 형성합니다.

진공 아크의 원인

진공 상태에서는 더 이상 이온화될 수 있는 매체가 없습니다. 아크를 태우는 것은 어렵지만 여전히 탈 수 있습니다. 동적 접점과 정적 접점이 분리되는 순간 접점의 금속이 기화하여 금속 이온 채널을 형성하고 채널에 아크가 형성됩니다. 이러한 이온 채널이 어떻게 형성되는지에 대한 여러 가지 설명이 있습니다.

첫 번째는 고온 방출 전자의 이론을 설명하는 것입니다. 캐소드 접점에는 스팟이라고 불리는 원래의 결함이 있는 것으로 여겨집니다. 스폿 위치 저항이 상대적으로 크고 통전 과정에서 국지적 온도가 상대적으로 높은 것으로 간주됩니다. 동적 및 정적 접점이 분리되려고 할 때 고온 부분이 양극으로 전자를 방출하여 초기에 아크를 형성하고 아크가 연소되고 접점 재료가 기화하고 추가로 금속 증기를 형성한 다음 진공에서 아크를 형성합니다.

전계 방출 이론에 대한 두 번째 설명은 동적 접점과 정적 접점 사이에 인가된 전압이 충분히 높을 때 음극이 전자를 방출할 수 있다는 것입니다. 동적 접촉과 정적 접촉이 분리되려고 할 때 일반적으로 서로 최종 접촉 위치가 있게 되며 이 면은 확실히 작습니다. 전계 방출 전자 흐름은 이 극도로 작은 면적을 통해 양극으로 흐르고, 엄청난 전류 밀도로 인해 음극과 양극 모두에 극적인 열 효과가 발생하여 그 지점부터 점차적으로 접점 전체로 용융이 확산되고, 접촉면이 녹습니다. 금속 증기를 생성합니다. 더 나은 이온화 환경에서는 전자 흐름의 규모가 확장되어 진공 아크가 형성됩니다.

진공도: 일반적으로 진공도가 높을수록 파손될 가능성이 적고 아크를 형성하기가 더 어렵습니다. 이상적인 조건에서 절연 내력은 0.1mm당 10,000V 수준에 도달할 수 있습니다. 그러나 진공도가 특정 수준에 도달하면 더 이상 진공도를 높여도 항복 전압을 줄이는 데 도움이 되지 않습니다. 위의 곡선에서 볼 수 있듯이 진공과 항복전압의 관계를 보여줍니다. 항복전압이 낮을수록 아크를 형성하고 유지하기가 더 쉬워집니다. 즉, 아크 시간이 길어집니다. 진공도는 공기압으로 직접 측정됩니다. 공기압이 낮을수록 진공도는 높아집니다.

진공 밀봉된 아크 소화 챔버는 진공 아크 소화 챔버를 얻기 위해 우수한 재료와 밀봉 기술이 필요합니다. 세라믹 및 수지 밀봉 소호실, 두 가지 유형의 밀봉 소호실 기술이 동시에 사용되고 있으며 어느 누구도 뚜렷한 이점을 얻지 못했습니다.

세라믹 밀봉 아크 소화실은 세라믹의 고온 저항 특성을 사용하며 아크 온도는 매우 높습니다(중심은 5000°C에 도달할 수 있음). 일반적으로 재료는 이러한 온도를 견딜 수 없으며 세라믹은 이 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 그러나 세라믹은 기술적으로 밀봉하기가 어렵습니다.

수지로 만든 소호실은 세라믹보다 밀봉 기술이 우수하지만 고온 저항이 부족합니다.

3. 접점의 전기적 수명에 대한 기계적 매개변수의 영향

접점의 전기적 수명과 관련된 구조적 매개변수에는 접점 면적, 차단 메커니즘, 접점 접촉 압력 등이 포함됩니다.

동적 및 정적 접점의 더 큰 접촉 영역인 접촉 영역은 전류에 대한 더 큰 경로를 제공하고 접촉 저항을 줄이며 온도 상승을 줄일 수 있습니다. 릴레이가 닫히거나 연결이 끊어지면 작은 아크의 열이 더 큰 접점에 의해 더 쉽게 분산되므로 접점이 녹을 위험이 줄어듭니다.

차단 메커니즘은 릴레이 설계의 또 다른 기술적 포인트입니다. 메커니즘 자체는 안정적인 동작 주기를 가지고 있습니다. 시작부터 최대 개방 위치까지 최종 이동까지 소요되는 시간은 아크 시간에 직접적인 영향을 미칩니다.

동적 및 정적 접점의 접촉 압력에는 동적 접점과 정적 접점 사이에 항상 접촉 저항이 있으며, 접촉 압력이 클수록 저항은 작아집니다. 큰 접촉 압력은 정상적인 작동 조건에서 릴레이의 전기 손실과 온도 상승을 줄일 수 있습니다. 상대적으로 작은 손상이나 접촉 표면의 돌출된 버는 큰 압력 하에서 심각한 부작용을 일으키지 않으며 여러 지점이 닫힌 후 접촉 사이의 충격이 이러한 작은 결함을 완화합니다.

4.소화실의 견고성

진공 차단기에서 절대적인 밀봉을 달성하는 것은 불가능하며 쉘 용접에서 공기 누출 가능성이 있습니다. 설계지표에는 허용공기누설계수가 포함되어 있어 만성적인 공기누설이 불가피합니다. 또한 전기 자동차에 릴레이를 사용하면 언제 어디서나 극심한 진동 환경에서 씰 품질을 심각하게 테스트할 수 있습니다.

밀봉된 캐비티에 점점 더 많은 공기가 유입되고 케이스의 밀봉이 악화됨에 따라 아크 소호실의 진공도가 점차 감소하여 아크 소호 능력이 점차 저하됩니다. 이는 계전기의 수명에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. .