真空遮断器の開閉方法と過渡過程はどのようなものですか?

第1部真空遮断器の開閉方法

ブレーカーの「開閉」は、単に「開く」「閉じる」だけではありません。動作時の回路状態に応じて、主に以下の方法に分けられます。

1. クロージング（クローズドオペレーション）

これは、サーキットブレーカーを開状態から閉状態に切り替えるプロセスです。

A. プロセス: 動作機構 (バネ機構や永久磁石機構など) は、真空遮断器の可動接点を駆動して、非常に高速で固定接点に向かって移動します。

B. 重要なポイント: 接点が接触しようとしている瞬間、非常に高い電界強度により、プレブレークダウンが発生する可能性があります。-。つまり、接点が物理的に接触する前に、ギャップが電界によって破壊され、最初に電流が流れます。これにより、接点にわずかな腐食が発生します。正常に投入するには、回路ブレーカーが投入の瞬間に発生する可能性のある巨大な短絡電流 (つまり、投入容量) に耐える必要があります。-

operating mechnism

2. ブレーキング（開動作）

これは最も核心的で複雑な機能であり、負荷電流または故障電流が発生したときに回路を切断することを指します。

プロセス：

A. 接点の分離: 制御システムの下で、可動接点が固定接点から分離し始めます。

B. アークの消滅: 真空アークは、電極から蒸発した金属蒸気によって維持されます。交流電流が自然にゼロと交差すると、アークは一時的に消えます。このとき、真空の高い絶縁性能により、アークギャップ内の金属蒸気が非常に速い速度で拡散・凝縮し、金属粒子に戻りシールドや接触面に付着します。アークギャップはすぐに高真空状態に戻り、回復電圧に耐え、最終的に回路を遮断することができます。

3. 負荷切り替えなし-

これは、電流が流れない「無負荷線路」または「無負荷変圧器」を切り替えることを指します。-電流が非常に小さいかゼロであっても、電磁エネルギーは線路または変圧器の巻線に蓄積されます。スイッチング中に電流遮断が容易に発生し、動作過電圧が発生する可能性があります。-

A. 電流遮断-: 真空アークの不安定性により、電流が自然にゼロと交差する前に、電流値が非常に小さい場合 (通常は数アンペアから数十アンペア)、真空アークが突然消え、電流が強制的にゼロに「遮断」されることがあります。インダクタ電流は急激に変化できないという原理 (U=L * di/dt) により、インダクタ (トランス巻線など) に非常に高い誘導過電圧が発生します。

4. 容量性電流スイッチング

これは、スイッチングコンデンサバンク (無効電力補償装置など) または無負荷の長いケーブル線を指します。これらの負荷は容量性です。

A. リスク: 容量性電流の位相は電圧より 90 度進むため、容量性電流の遮断は比較的簡単です。電流がゼロを超えると、電源電圧はピーク値に達します。サーキットブレーカーがアークを消滅させた後は、コンデンサの電荷を解放することができず、この DC 電圧 (ピーク電圧) が維持されます。

B. 深刻な故障: これが主なリスクです。サーキットブレーカーの接点間の絶縁回復強度が不十分な場合、電力周波数サイクルの半分後に、電源電圧が逆ピークに達すると、接点間の電圧差がシステム相電圧のピーク値の 2 倍に達し、接点が再び故障する可能性があります。つまり、再故障です。-。再ブレークダウンは、コンデンサ電圧に高周波振動を引き起こし、非常に高い再ブレークダウン電圧を生成し、コンデンサとシステムの絶縁を著しく脅かします。-真空遮断器は非常に強力な消弧能力があるため、最新の設計では再故障する可能性が非常に低くなります。{10}

パート 2: 一時的なプロセス

過渡プロセスとは、ある安定状態から別の安定状態に移行する、開閉動作の瞬間における回路内の電圧と電流の急激な変化を指します。これらのプロセスは短時間ではありますが、非常に高い過電圧と過電流が発生し、機器の絶縁を脅かす可能性があります。真空遮断器の動作における主な過渡プロセスは次のとおりです。

1. 短絡電流を遮断するときの過渡プロセス-

核となる物理現象: 過渡回復電圧 (TRV)

説明: 電流がゼロを超えてアークが消えた後に接点間に現れる電圧は、回復電圧と呼ばれます。この電圧はすぐに電源周波数供給電圧に安定するわけではなく、高周波発振の形でゼロから徐々に電源周波数電圧に回復します。-。この高周波発振電圧は TRV と呼ばれます。

原因: 回路内のインダクタンスと浮遊容量が発振ループを形成します。電流が遮断されると、システムに蓄積されたエネルギーがインダクタとコンデンサの間で交換され、減衰振動が生成されます。

重要: TRV の上昇率 (du/dt) とピーク値は、サーキットブレーカーの消弧能力を厳しくテストするものです。- TRVの上昇速度が破断部の絶縁耐力（絶縁強度）の回復速度を超えるとアークが再点火し、遮断故障につながります。真空遮断器は、誘電回復速度が非常に速いため、非常に急な TRV に耐えることができます。

2. 小さな誘導電流を遮断するときの過渡プロセス (無負荷変圧器など)

核となる物理現象: 電流遮断と過電圧-

プロセス: 電流遮断-の発生: 真空サーキットブレーカーは、電流が自然にゼロを超える前に（非常に小さな電流値で）アークを強制的に消し、電流 i₀ を遮断します。

エネルギーの蓄積: この時点で、トランス巻線 (大きなインダクタンス L) に蓄えられた磁気エネルギー 1/2 * L * i₀² は、回路を通じて放出できません。

過電圧の発生: この磁気エネルギーは、トランス巻線自体の接地に対する浮遊容量 C に伝達され、電気エネルギー 1/2 * C * U² に変換されます。

真空遮断器は、まさにこれらの過渡プロセスにおける優れた性能（急速な誘電回復と強力な遮断容量）により、中電圧分野で支配的な技術となっています。{0}}

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