Axiale magnetische veldcontacten: waarom hoogspanningsstroomonderbrekers de voorkeur geven aan deze structuur

Het moment eenhoog-stroomonderbrekeropent, vormt zich tussen de contacten een boog die bestaat uit metaaldamp-die temperaturen bereikt van meer dan tienduizend graden-. Als deze boog ongecontroleerd gaat, kan deze diepe putten in de contactoppervlakken branden of deze zelfs dichtlassen. De kracht van axiale magnetische veldcontacten (AMF) ligt in hun vermogen om de boog te dwingen zich gelijkmatig te verspreiden in plaats van zich op één plek te concentreren.

Thermal protection and magnetic protection: How do the dual insurance functions in a circuit breaker?

De boog ‘uitspreiden’ in plaats van ‘clusteren’

Langs de as van de contacten wordt een axiaal magnetisch veld aangelegd. Geladen deeltjes binnen de boog bewegen in spiraalvormige banen, waardoor de energie gelijkmatig over het gehele contactvlak wordt verdeeld. In plaats van verankerd te blijven aan één enkel punt, beweegt de boogwortel snel over het contactoppervlak. Daarentegen zijn transversale magnetische veldcontacten (TMF) afhankelijk van de Lorentz-kracht om de boog in een cirkelvormige beweging aan te drijven; Hoewel dit een aanzienlijke beweging genereert, blijft de boog relatief geconcentreerd, waardoor het moeilijk wordt het risico op anodevlekken te beperken. AMF-contacten hanteren een andere aanpak: in plaats van prioriteit te geven aan de boogsnelheid, zorgen ze ervoor dat de boog gespreid blijft, waardoor ablatie wordt geminimaliseerd.

Hoe hoger de spanning, hoe voordeliger AMF wordt

Hoogspanningsvacuümonderbrekers vereisen grote contactafstanden en moeten bestand zijn tegen hoge herstelspanningen. Grote gaten verzwakken vaak de controle van het magnetische veld over de boog. AMF-contacten hebben hier een inherent voordeel: het aantal spoelwindingen kan worden vergroot en de gleufhoeken van kom-vormige contacten kunnen worden aangepast om te compenseren voor magnetische veldverzwakking-aanpassingen die structureel moeilijk te bereiken zijn met TMF-contacten. AMF-contacten zijn echter niet zonder nadelen; het geleidingspad is langer, wat resulteert in een hogere sluitweerstand en mogelijk van invloed is op de stroomdraagcapaciteit. De technische oplossing is een dubbel-circuitontwerp: de stroom vloeit tijdens het sluiten door de hoofdgeleidende staaf en wordt pas op het moment van openen naar de AMF-spoel geschakeld om de boog te doven-waardoor de twee functies effectief worden gescheiden.

Hoewel AMF-contacten niet zonder beperkingen zijn, zijn ze in de context van hoge-spanningsonderbrekingen door hun evenwicht tussen boogcontroleprecisie en contactlevensduur een voordeligere keuze dan TMF-contacten.