Стартовая >> Статьи >> Основные трудности но пути создания высоконадежных дугогасительных камер для вакуумных выключателей

Основные трудности но пути создания высоконадежных дугогасительных камер для вакуумных выключателей

Действие высоковольтных вакуумных выключателей основано на совершенно новых принципах гашения дуги по сравнению с гашением дуги в масляных или элегазовых выключателях. В этих выключателях отключение тока происходит следующим образом. В момент расхождения контактов выключателя их площадь соприкосновения уменьшается, плотность тока резко возрастает, металл контактов плавится и испаряется в вакууме. Это приводит к образованию между ними проводящего мостика, целиком состоящего из паров металла электродов. Возникающая при этом так называемая вакуумная дуга между контактами поддерживается не за счет ионизированных газов, как во всех остальных типах дугогасительных устройств, а только за счет ионизированных паров металла, попадающих в межконтактный промежуток с поверхностей, обжигаемых дугой контактов. В момент первого же перехода тока через нуль дуга гаснет, и парообразование прекращается.

Восстановление электрической прочности вакуума происходит очень быстро: уже через 10 мкс после перехода тока через нуль она достигает своего полного значения 100 кВ/мм. Такая высокая скорость восстановления электрической прочности вакуума обусловлена исключительно высокой скоростью диффузии электрических зарядов из ствола дуги вследствие малой плотности газа в замкнутом сосуде с электродами. Если ко времени восстановления электрической прочности вакуума расстояние между контактами окажется достаточным для того, чтобы электрическая прочность межконтактного промежутка превысила величину восстанавливающегося напряжения, дуга погаснет окончательно; в противном случае произойдет повторный пробой промежутка и повторное зажигание дуги.

Кажущаяся простота построения вакуумных выключателей, для создания которых, казалось бы, достаточно поместить в вакуумную камеру два металлических контакта и эффективно управлять одним из них в процессе включения и отключения тока, однако, вовсе не означает легкости создания высоконадежных конструкций таких выключателей. И об этом убедительно свидетельствует весь 80-летний исторический путь развития этих выключателей.

 

дугогасительная камера выключателя

Устройство вакуумного выключателя (разработка 30-е годы XX века), способного отключать небольшие токи при напряжениях до 40 кВ, показано на рис.1, на котором обозначено:
1 - привод;
2 - изоляционная тяга;
3 - подвижный контакт;
4 - дуга;
5 - неподвижный контакт.

Достаточно мощные вакуумные выключатели в те годы так и не были созданы из-за несовершенства технологии изготовления вакуумной аппаратуры и, прежде всего, из-за возникших в то время технических трудностей по поддержанию высокого вакуума в герметизированной дугогасительной камере. Они могли коммутировать лишь небольшие токи - порядка единиц ампер при напряжении около 1 кВ. Поэтому масляные выключатели долгое время являлись единственным видом отключающих устройств в электрических сетях высокого напряжения.

Для создания надежно работающих вакуумных дугогасительных камер, способных отключать большие токи при высоком напряжении электрической сети, потребовалось выполнить обширную программу исследовательских работ. В ходе проведения этих работ примерно к 1957 г. были выявлены и научно объяснены основные физические процессы, происходящие при горении дуги и вакууме.

Для этого потребовалось провести большой комплекс исследований в области особо чистых металлов, необходимых для создания электродов, разработать технологические процессы, способные обеспечить тщательную дегазацию дугогасительной камеры, полное удаление молекул газа с поверхности ее конструктивных элементов, а также газа, абсорбированного металлическими частями, предложить эффективные меры борьбы против сваривания контактов из особо чистых металлов и решить еще целый ряд других очень сложных проблем.

Переход от единичных опытных образцов вакуумных выключателей к их серийному промышленному производству занял еще два десятилетия, поскольку потребовал проведение дополнительных интенсивных исследований и разработок, направленных, в частности, на отыскание эффективного способа предотвращения опасных коммутационных перенапряжений, возникавших из-за преждевременного обрыва тока до его естественного перехода через нуль, на решение сложных проблем, связанных с распределением напряжения и загрязнением внутренних поверхностей изоляционных деталей осаждавшимися на них парами металла, проблем экранирования и создания новых высоконадежных сильфонов и др.

В настоящее время многие страны мира, в том числе и страны СНГ, наладили промышленный выпуск высоконадежных быстродействующих вакуумных выключателей, способных отключать большие токи в электрических сетях высокого напряжения.

Достоинства дугогасительных камер вакуумных выключателей

Дугогасительные камеры вакуумных выключателей, по сравнению с выключателями других типов, отличаются следующими преимуществами:
• быстродействием (время отключения не превышает одного периода - 20 мкс);
• автономностью работы, независимостью от посторонних источников энергии; отсутствием необходимости применять для дугогашения какие-либо газы или жидкости; отсутствием выхлопа наружу из дугогасительной камеры пламени или раскаленных газов;
• отсутствием необходимости в процессе эксплуатации осуществлять за ними надзор или их обслуживать; не меньшим сроком службы, чем у выключателя, на котором они установлены;
• возможностью ориентировать камеры в пространстве в любом произвольном рабочем положении, что позволяет создавать различные компоновки распределительных устройств;
• полной взрыво- и пожаробезопасностью, возможностью работы в агрессивных средах, а также в широком диапазоне изменения температур окружающей среды;
• исключительно высокой коммутационной способностью;
• относительно малой мощностью привода;
• бесшумностью оперирования.
Из всех перечисленных выше достоинств вакуумных дугогасительных камер следует обратить внимание на сверхбыстродействие отключения ими больших токов: отключение происходит всего лишь за один период и даже меньше.

При таком быстродействии достигается:
• увеличение запаса устойчивости параллельной работы электростанций и систем, а значит, увеличивается пропускная способность линий электропередачи;
• уменьшаются повреждения электрической дугой изоляторов и проводов линий;
• уменьшается опасность прикосновения к заземленным частям распредустройств;
• уменьшаются механические напряжения в элементах оборудования, вызываемые электродинамическими силами.
Чтобы более полно понять, за счет чего достигаются отмеченные выше достоинства дугогасительных камер, а следовательно, и самих вакуумных выключателей, рассмотрим основные особенности процесса горения и гашения дуги в вакуумных дугогасительных камерах, а также рассмотрим особенности конструктивного исполнения и технические параметры современных вакуумных выключателей, в частности, выпускаемых на Украине и в России.

 
« Определение состояния объекта по комплексу измеряемых параметров   Основы конструирования ГРУ с элегазовым заполнением »
электрические сети