סקירה כללית:
מפסק הוואקום הוא מרכיב הליבה של מתג המתח הבינוני והגבוה. תפקידו העיקרי הוא לכבות במהירות את הקשת ולדכא את הזרם לאחר ניתוק מפסק המתח הבינוני והגבוה דרך הבידוד המעולה של הוואקום בצינור כדי למנוע תאונות.
מפסק הוואקום משמש בעיקר במערכת בקרת הולכת וחלוקת כוח, המשמש גם במטלורגיה, כרייה, נפט, כימיקלים, רכבת, שידור, תקשורת, חימום תעשייתי בתדר גבוה ומערכות חלוקת חשמל אחרות. יש לו את המאפיינים של חיסכון באנרגיה, חיסכון בחומרים, מניעת שריפות, חסין פיצוץ, גודל קטן, חיים ארוכים, עלות תחזוקה נמוכה, פעולה אמינה וללא זיהום.
סוּג:
מפסקי ואקום מחולקים למפסקי קשת למפסקי ואקום ולמפסקי קשת עבור מתגי עומס. מפסקי ואקום משמשים בעיקר בתחנות משנה ומתקני רשת במשק החשמל, מפסקי קשת למתגי עומס משמשים בעיקר למשתמשי קצה של רשת החשמל.
מִבְנֶה:
מפסק ואקום מורכב בעיקר ממעטפת בידוד אטומה, מעגל מוליך, מערכת מיגון, מגעים, מפוח וחלקים אחרים ליצירת מפסק ואקום של מעטפת קרמית.
מערכת בידוד אטומה לאוויר:
מעטפת הבידוד האטומה מזכוכית או קרמיקה, מכסה הקצה הנעים, מכסה הקצה הקבוע ומפוח הנירוסטה יוצרים מערכת בידוד אטומה.
על מנת להבטיח אטימות אוויר טובה בין זכוכית, קרמיקה ומתכת, בנוסף לתהליך פעולה קפדני במהלך האיטום, נדרש גם שחדירות הגז של החומר עצמו תהיה קטנה ככל האפשר ושחרור האוויר הפנימי צריך להיות מוגבל ל ערך מינימלי.
מפוח הנירוסטה יכול לא רק לבודד את מצב הוואקום בתוך מפסק הוואקום מהמצב האטמוספרי החיצוני, אלא גם לאפשר למגע הנע ולמוט המוליך הנע לנוע בטווח מוגדר כדי להשלים את פעולות הסגירה והשבירה של מתג הוואקום .
מערכת מוליכה:
המוט המוליך הקבוע, משטח הקשת הקבוע, המגע הקבוע, המגע הנייד, משטח הקשת הנעים והמוט המוליך הנעים מהווים את מערכת ההולכה של תא הכיבוי של הקשת.
ביניהם, המוט המוליך הקבוע, משטח הקשת הקבוע והמגע הקבוע נקראים ביחד האלקטרודה הקבועה, והמגע הנע, משטח הקשת הנע והמוט המוליך הנע נקראים ביחד האלקטרודה הנעה, מפסק הוואקום המורכב. על ידי מפסק הוואקום, ומתג עומס הוואקום בעת סגירה עם מגע הוואקום, מנגנון ההפעלה סוגר את שני המגעים באמצעות תנועת המוט המוליך הנע, ומשלים את חיבור המעגל.
על מנת להקטין ככל האפשר את התנגדות המגע בין שני המגעים ולשמור אותה יציבה ולהיות בעלת חוזק מכני טוב כאשר תא כיבוי הקשת נתון לזרם דינמי ויציב, מתג הוואקום מסופק עם שרוול מנחה בקצה אחד של המוט המוליך הנע, ומשתמש בסט קפיצי דחיסה. שמור על לחץ מדורג בין שני המגעים. כאשר מתג הוואקום שובר את הזרם, שני המגעים של תא כיבוי הקשת מופרדים ונוצרת קשת ביניהם, והקשת נכבית כאשר הזרם חוצה באופן טבעי את האפס, ושבירת המעגל הושלמה.
מערכת מיגון:
מערכת המיגון של מפסק הוואקום מורכבת בעיקר מצילינדר מיגון, מכסה מיגון וחלקים נוספים.
הפונקציות העיקריות של מערכת המיגון הן:
1. מנע מהמגעים לייצר כמות גדולה של אדי מתכת והתזות טיפות במהלך תהליך הקשתות, מזהם את הדופן הפנימית של בית הבידוד והימנעות מהפחתת חוזק הבידוד של בית מפסק הוואקום או הבזק.
2. שפר את חלוקת השדה החשמלי בתוך מפסק הוואקום, מה שמועיל למזעור מעטפת הבידוד של מפסק הוואקום, במיוחד למזעור מפסק הוואקום במתח גבוה.
3. ספוג חלק מאנרגיית הקשת ועיבוי תוצרי קשת. במיוחד כאשר מפסק הוואקום שובר את זרם הקצר, רוב אנרגיית החום שנוצרת על ידי הקשת נספגת על ידי מערכת המיגון, מה שמועיל לשיפור חוזק ההתאוששות של המדיום בין המגעים. ככל שכמות תוצרי הקשת הנספגים על ידי מערכת המיגון גדולה יותר, כך האנרגיה הנספגת על ידי מערכת המיגון גדולה יותר, אשר משפיעה לטובה על הגדלת כושר השבירה של מפסק הוואקום.
מערכת קשר:
המגע הוא החלק בו נוצרת ומכבה הקשת, והדרישות לחומר ולמבנה גבוהות יחסית.
ישנן הדרישות הבאות לחומר המגע:
1. כושר שבירה גבוה. החומר עצמו נדרש להיות בעל מוליכות חשמלית גבוהה, מוליכות תרמית קטנה, קיבולת חום גדולה ויכולת פליטה תרמית נמוכה.
2. מתח פירוק גבוה. ככל שמתח השבר גבוה יותר, כך חוזק ההתאוששות הדיאלקטרי גבוה יותר, דבר המועיל לכיבוי קשת.
3. עמידות גבוהה בפני קורוזיה חשמלית. כלומר, הוא יכול לעמוד באבלציה של הקשת, וכמות אידוי המתכת קטנה.
4. יכולת נגד ריתוך.
5. ערך זרם חתך נמוך, בתקווה מתחת ל-2.5A.
6. תכולת גז נמוכה. ביניהם, תכולת גז נמוכה היא דרישה לחומרים המשמשים בתוך כל מפסקי הוואקום. במיוחד עבור נחושת, יש לדרוש נחושת נטולת חמצן עם תכולת גז נמוכה לעיבוד מיוחד. ההלחמה וכו' עשויים מסגסוגות כסף ונחושת.
חומרי המגע של מפסקי ואקום למפסקים הם לרוב סגסוגות נחושת-כרום, כאשר נחושת וכרום כל אחד מהווים 50%. יריעת סגסוגת נחושת-כרום מרותכת על משטחי התחת של המגעים העליונים והתחתונים, והעובי הוא בדרך כלל 3 מ"מ. השאר נקרא מושב המגע, שיכול להיות עשוי מנחושת נטולת חמצן.
עקרון עבודה:
מפסק הוואקום הוא מכשיר ואקום חשמלי המשתמש בתווך לכיבוי קשת מבודד בוואקום גבוה ומסתמך על זוג מגעים אטומים בוואקום כדי לממש את פונקציית ההדלקה והכיבוי של מעגל החשמל.
כאשר הוא מנתק כמות מסוימת של זרם, ברגע ההפרדה של המגעים הנעים והסטטיים, הזרם מתכווץ עד לנקודה שבה זה עתה נפרדו המגעים, וההתנגדות בין האלקטרודות עולה באופן דרמטי והטמפרטורה עולה במהירות עד למתכת האלקטרודה. מתאדה ונוצר בו זמנית. חוזק השדה החשמלי הגבוה במיוחד מוביל לפליטה חזקה במיוחד ופירוק פערים, וכתוצאה מכך לקשת ואקום.
כאשר זרם תדר הכוח קרוב לאפס, זוהי גם הגדלת מרחק המגע, והפלזמה של קשת הוואקום מתפשטת במהירות מסביב. לאחר שזרם הקשת חוצה אפס, המדיום במרווח המגע משתנה במהירות ממוליך למבודד, כך שהזרם מופרע. בשל המבנה המיוחד של המגעים, יווצר שדה מגנטי אורכי תקין במרווח המגע בזמן קשתות.
שדה מגנטי זה יכול לגרום לקשת להתפזר באופן שווה על משטח המגע ולשמור על מתח קשת נמוך, כך שלמפסק הוואקום תהיה קשת גבוהה יותר. לאחר מהירות התאוששות החוזק הדיאלקטרי, אנרגיית קשת קטנה וקצב קורוזיה קטן. בדרך זו, יכולתו וחיי השירות של מפסק הוואקום לקטוע את הזרם משתפרים.
