Стартовая >> Оборудование >> Выключатели >> Дугогасительные устройства воздушных выключателей

Дугогасительные устройства воздушных выключателей

В выключающих аппаратах, предназначенных для отключения токов в мощных электрических цепях высокого напряжения, дугогасительное устройство является главным элементом конструкции, в котором происходит основной процесс электродугового размыкания — гашение электрической дуги и последующее восстановление электрической прочности межконтактного промежутка.

 

Дугогасительные устройства воздушных выключателей
Рис. 1. Системы продольного воздушного дутья
Типичные схемы системы продольного воздушного дутья приведены на рис 1. Основными конструктивными параметрами таких систем являются: площадь сечения Sc и диаметр горловины dc сопла, площадь сечения 5ВС и диаметр горловины dBC вспомогательного сопла, расстояние между контактами zq, размеры элементов входной части дутьевой системы, форма контактов и диффузоров. Основным требованием при выборе оптимальных параметров дутьевых систем является минимальный расход газа, необходимый для гашения дуги, при целесообразном давлении в камере и заданных условиях восстановления напряжения. Расход газа в значительной мере определяется площадью сечения горловины сопла

где Еэф — напряженность электрического поля на эффективной части ствола дуги (во входной части сопла); /эф — эффективная длина дуги во входной части сопла; I — действующее значение тока отключения; рс — давление сжатого воздуха в горловине сопла; Руд — максимальная удельная мощность, отводимая через единицу площади сечения горловины сопла и отнесенная к давлению в горловине сопла.
Результаты исследований на физических моделях позволяют определить минимальные сечения сопел и эффективность дугогасительных устройств при одинаковом расходе газа для различных вариантов систем продольного воздушного дутья. Оптимальные условия гашения дуги в таких системах в значительной степени зависят от геометрических параметров входной части (перед горловиной сопла), которые должны удовлетворять двум основным требованиям: форма потенциального поля течения газа должна быть аэродинамически оптимальной, обеспечивающей лучшие условия коаксиальной стабилизации потоком ствола дуги; форма электрического поля в межконтактном промежутке должна быть оптимальной, обеспечивающей максимальную электрическую прочность холодного межконтактного промежутка (без дуги).
В системах несимметричного дутья (рис 1, г)эти требования могут быть выполнены более успешно по сравнению с системами одностороннего (рис 1, б) и двухстороннего (рис 1, в) продольного дутья. Оптимальное относительное расстояние z0/dc для систем одностороннего (рис 1, с) и несимметричного (рис 1, г) дутья составляет

Кроме того, для системы несимметричного дутья оптимальное соотношение площадей сечений SBC/SC ~ 0,25. При таких соотношениях размеров сопел и одинаковом расходе газа максимальная удельная мощность при одностороннем дутье при несимметричном дутье 
Руднес =11,3 кВт/(м2-Па), т.е. на 30% больше.
В системе двухстороннего дутья (рис. 1, в) при течении газа в середине промежутка между соплами образуется зона торможения, благодаря которой замедляются процессы распада остаточного ствола дуги и восстановления электрической прочности после перехода тока через нулевое значение. Для исключения этого явления длина Z\ (рис 1, а) конфузоров сопел должна быть возможно меньшей, а площадь сечения входной части дутьевой системы — равной сумме площадей минимальных сечений, т.е. z0 = dl/(2d{).
Удлиненная форма конфузора (рис. 2, б) являющаяся оптимальной для системы одностороннего дутья, непригодна в системах двухстороннего дутья. В конструкциях систем двухстороннего воздушного дутья с укороченным конфузором может быть достигнута такая же эффективность, как и у систем несимметричного дутья, т.е.

При выборе оптимальных параметров диффузоров дутьевых сопел обычно принимают число Маха Л/ =2, а угол расширения 2 а= 12° -5-30° (рис. 2, б). При больших значениях а оптимальная для гашения дуги сверхзвуковая скорость течения вплоть до выхода из сопла может быть получена только при больших избыточных давлениях в камере.
Системы двухстороннего дутья
Рис. 2. Системы двухстороннего дутья:
а — с укороченным конфузором; б — с удлиненным конфузором  
Поэтому укороченные сопла с большим углом расширения целесообразно применять в дутьевых системах воздушных выключателей, в которых используются высокие избыточные давления.
Отключающая способность дугогасительного устройства воздушного выключателя
Рис. 3. Отключающая способность дугогасительного устройства воздушного выключателя
Отключающая способность дугогасительных устройств с продольным газовым дутьем может быть охарактеризована зависимостью предельной скорости восстановления напряжения du/dt от давления р газа в сопле и скорости подхода тока к нулевому значению di/dt:

где т = 1,6; и = 1,3 — для воздуха; т = 2,68; и = 2,42 — для элегаза [77].
На рис 3 приведена зависимость du/dt =/(di/dt) в воздухе при давлении 1,6 МПа (кривая 1), а также зависимости скорости восстановления напряжения при отключении неудаленного КЗ без шунтирующего резистора (ШР) (прямая 2) и при наличии ШР с сопротивлением, равным 100 Ом (прямая 3).
Дугогасительные устройства воздушных выключателей можно классифицировать:
а)        по типу дутьевых систем (см. рис. 1).
б)        по способу приведения в движение подвижных дугогасительных контактов:
с приводом, расположенным отдельно от дугогасительного устройства;
с пневматическим приводом, встроенным непосредственно в дугогасительных устройствах.
в)        по общей компоновке конструкции и наполнению рабочих пространств дугогасительных устройствах при операции включения и отключения;
Конструкция дугогасителя воздушного выключателя с несимметричным дутьем
Рис. 4. Конструкция дугогасителя с несимметричным дутьем в металлической камере большого объема
г) по наличию встроенных шунтирующих резисторов: без встроенных резисторов и со встроенными резисторами.
В настоящее время в основном применяются дугогасительные устройства воздушных выключателей со встроенным пневматическим приводом. В качестве примера рассмотрим конструкцию дугогасительного устройства с несимметричным дутьем (рис. 4) для выключателя крупномодульной серии ВВБК. Межконтактный промежуток образован двумя неподвижными соплообразными контактами 2 и 3. Во включенном положении цепь тока создается подвижной контактной траверсой 1, приводимой в действие при отключении и включении пневматическим механизмом. С последним сопряжен главный дутьевой клапан б и пневматический механизм 5 управления клапаном дополнительного дутья через канал 4. В процессе отключения после открытия дутьевого клапана и последующего размыкания контактов дуга потоком воздуха и электродинамическими усилиями, возникающими в токоведущем контуре, перебрасывается в область дутьевого сопла, где происходит ее гашение.
При отключении больших токов сопло 3 дополнительного дутья в течение большей части полупериода тока закупорено дугой. Непосредственно в конце полупериода вступает в действие система дополнительного дутья, что вызывает более интенсивный распад остаточного ствола у оконечности контакта 3 и создает более благоприятные условия для гашения дуги. Воздушные выключатели с системой несимметричного дутья лучше справляются с отключением тока в наиболее тяжелых условиях восстановления напряжения — при неудаленном КЗ, чем воздушные выключатели с одностороннем дутьем.

 
« Дугогасительные вакуумные камеры Минусинского завода вакуумных выключателей   Значение относительной частоты отказов выключателей при КЗ »
электрические сети