Автопневматический принцип гашения дуги в элегазовых выключателях используется очень широко. Различными фирмами созданы аппараты на напряжения 7,2—420 кв, разнообразные по конструктивному исполнению, параметрам и назначению.
На рис. 43 показан вид сбоку взрывобезопасного шахтного выключателя фирмы «Делль» на напряжение 7,2 кв, номинальный ток 400 а и мощность отключения 150 Мва. Для сокращения габаритов и удобства установки в шахтах все три полюса этого аппарата помещены в общем металлическом кожухе, имеющем форму параллелепипеда. Внутри кожуха на литых проходных изоляторах смонтированы дугогасительные камеры с металлическим неподвижным соплом (рис. 36, а). Выключатель управляется пружинным приводом, который расположен с наружной стороны кожуха. Вал, связывающий привод с механизмом выключателя, проходит через заднюю стенку. Уплотнением служит вращающийся гидравлический затвор.
Внутренняя полость кожуха заполнена элегазом при риз= 3,5 кГ/см2. Газ выполняет функции как изолирующей, так и дугогасительной среды. Герметичность обеспечивается прокладками из синтетического каучука. Если же в процессе эксплуатации случайно возникнут микроутечки и давление в кожухе будет понижаться, то предусмотренное на этот случай реле минимального давления вызовет срабатывание выключателя раньше, чем давление понизится до опасного уровня.
Следует, однако, отметить, что даже при раа= 1 кГ/см2 выключатель сохраняет еще половину своей номинальной отключающей способности.
При испытаниях этого выключателя время горения дуги не превышало 0,014 сек. Малая длительность горения дуги обеспечивает хорошие эксплуатационные качества выключателя. После 30 отключений полного тока короткого замыкания не было отмечено уменьшения дугогасительной способности аппарата, при этом износ контактов был незначительным.
Однополюсный выключатель той же самой фирмы на напряжение 25 кв, номинальный ток 400 а, мощность 200 Мва, предназначенный для установки на электровозах, снабжен автопневматическим дугогасительным устройством с подвижным изоляционным соплом, которое расположено внутри металлического герметического цилиндра, заполненного элегазом при риз= 3 кГ/см2. Подвод тока к дугогасительной камере осуществляется посредством герметических вводов. Механизмы управления и реле расположены под плитой, посредством которой выключатель монтируется на крыше электровоза. Аппарат снабжен быстродействующим отключением. Время отключения при коротком замыкании, включая и время действия защиты, составляет 0,03—0,04 сек.
Особенно благоприятной характеристикой выключателя является бесшумность работы и отсутствие внешних эффектов при отключениях, что особенно важно в условиях, когда имеется большое скопление людей вблизи места установки выключателя.
Выключатель для малогабаритных комплектных распределительных устройств фирмы «Делль» на напряжение 23 кв, номинальный ток 400 а и мощность отключения 250 Мва позволяет сократить ширину ячейки до 350 мм. Он состоит из герметического цилиндрического бака, заполненного элегазом при риз=3,5 кГ/см2, внутри которого смонтированы все три полюса, расположенные треугольником. Гашение дуги осуществляется авто- пневматическим устройством с металлическим соплом. Аппарат позволяет осуществлять циклы быстродействующего повторного включения, поскольку, как было указано в § 4, восстановление элегаза после прекращения действия дуги происходит практически мгновенно. Выключатель снабжен пружинным приводом. Длительность горения дуги не превышает 0,015 сек.
Выключатель для малогабаритных комплектных распределительных устройств фирмы «Вестингауз» предназначен для установки в сетях с напряжением 23—34,5 кВ[71]. Параметры этого аппарата приведены ниже:
Аппарат устроен следующим образом. На стальной раме с катками установлены три цилиндрических бака с вводами и механизм управления. Внутри баков смонтированы дугогасительные камеры с дутьем из-под поршня, устройство которых показано на рис. 44.
Управление работой поршня в этом аппарате комбинированное и производится от предварительно заведенной пружины и от электромагнитной силы, возникающей при протекании отключаемого тока по катушкам 4, 10 и 7. Катушки 4 к 10 жестко связаны с подвижной системой (токоведущей трубой 5, поршнем, подвижным токопроводом 6 и соединительными стержнями 9 и 12), а катушка 7 — с неподвижной (цилиндром, неподвижными главными контактами 8 и скользящими контактами 11). Принцип действия дугогасительного устройства становится понятным при совместном рассмотрении рис. 44 и 45, где показана схема прохождения тока в замкнутом положении аппарата и в процессе отключения.
Во включенном положении ток из левого ввода 1 через контакты 3 поступает в подвижной трубчатый токопровод 5 и далее через контакты 8 в правый ввод. В начале процесса отключения перемещение подвижной системы осуществляется под действием предварительно заведенных пружин приводного механизма. При этом размыкаются контакты 3 и 8, и на них возникает дуга. Под действием потока элегаза через кольцевой зазор между поршнем и трубой 5 дуга с контактов 3 сдувается на дугогасительные контакты 2 и ток с этого момента протекает по катушкам, между которыми возникают силы притяжения (между катушками 4 и 7) и отталкивания (между катушками 7 и 10).
При максимальном отключаемом токе результирующая сила взаимодействия между катушками составляет 90% общей действующей на поршень силы. В этом случае скорость перемещения поршня составляет 9 м/сек.
Рис. 44. Дугогасительная камера
Рис. 45. Схема токопрохождения: а — путь тока в замкнутом положении выключателя; б — в процессе отключения (обозначения те же. что и на рис. 44)
При обесточенной же цепи движение подвижной системы, осуществляемое только силой пружин, происходит со скоростью лишь 2 м/сек. Необходимо отметить, что, поскольку контакты 2 во включенном положении аппарата не замкнуты, ток по катушкам протекает только в процессе отключения.
Механизм управления выключателя содержит отдельные включающие и отключающие пружины. Включающие пружины заводятся с помощью небольшого мотора. Отключающие пружины заводятся от включающих при замыкании аппарата.
Резервуары с дугогасительными камерами заполнены элегазом при давлении 5,25 кГ/см2. При этом давлении элегаз не сжижается до температуры 31 С. Резервуары с помощью трубок связаны с распределителем, который включает впускной клапан, манометр и реле давления, подающее сигнал о снижении давления и команду на отключение, если это снижение достигнет уровня, опасного с точки зрения отключающей способности.
Выключатель подвергался трехфазным и однофазным испытаниям на отключающую способность. После обширной серии трехфазных испытаний проверялось состояние контактов и изоляции. Было отмечено, что активная часть контактного материала после завершения очень широкой серии трехфазных испытаний выплавилась лишь на 1/3. Ухудшения внутренней изоляции после испытаний на отключающую способность не произошло. Установлено, что дугогасительная способность аппарата не ухудшается при понижении давления до 2,8 кГ/см2, при давлении же 2,45 кГ/см2 время горения дуги возросло на полпериода. Ни в одном из 400 опытов отключения чисто емкостной нагрузки мощностью 19750—39500 ква не наблюдалось повторных зажиганий, пробоев или больших перенапряжений. Долговечность контактов при этих испытаниях была оценена количеством проведенных операций (более 800). Установлена очень незначительная разница в уровне шума при отключении предельного тока и при размыкании обесточенной цепи. Практически единственный источник звука — механизм управления.
Итальянская фирма «Магрини» разработала серию выключателей, в основу построения которой положена дугогасительная камера с одним разрывом-модулем типа МНМ со следующими основными параметрами: номинальное напряжение U= 72-145 кв, номинальный ток I=1250—2000 а, номинальный ток отключения I откл = 31500 а [45].
Схематическое устройство выключателя и камеры автопневматического дутья с подвижным изоляционным соплом показано на рис. 46. В этом аппарате установлены две дугогасительные камеры, внутренние полости которых соединены между собой металлической трубкой, к тройнику которой через полый изолятор, рассчитанный на указанный класс напряжения, присоединен манометр и штуцер для дополнения элегаза. Посредством второго такого изолятора осуществляется управление механизмом отключения дугогасительных камер. При отключении предварительно заведенные пружины перемещают подвижной контакт вместе с цилиндром и изоляционным соплом вниз. Сжатый элегаз вытекает из сопла и гасит дугу. Для обеспечения равномерности распределения напряжения по дугогасительным разрывам применен емкостный делитель напряжения. Соответствующим увеличением числа последовательно включенных
Рис. 46. Выключатель типа МНМ: а — разрез полюса; б — дугогасительный модуль
1 — крышка; 2 — фильтр; 3 — кожух; 4 — изоляционный цилиндр; 5 —дугогасительный электрод; 6 — экран; 7 —фарфоровая покрышка; 8 — подвижный цилиндр; 9 — неподвижный поршень; 10 — неподвижный розеточный контакт;
11 — приводной механизм
дугогасительных камер и высоты опорной изоляции рабочее напряжение аппарата может быть повышено до 420 кВпри неизменном отключаемом токе.
Анализ результатов испытания дугогасительного модуля типа МНМ показал следующее:
1. Амплитуда восстанавливающегося напряжения не оказывает решающего влияния на исход дугогашения. Так, при отключении тока 30 ка длительность, горения дуги практически одинакова при восстанавливающихся напряжениях 92 и 62 кв, но при неизменной начальной скорости нарастания восстанавливающегося напряжения. Такие же результаты получаются и при меньших значениях токов и значениях восстанавливающегося напряжения 120 и 55 кв.
- При отключении токов, близких по величине к номинальному току отключения, длительность горения дуги растет с увеличением начальной скорости нарастания восстанавливающегося напряжения и не зависит от величины последнего в широких пределах. При отключении же токов не свыше 20 кВначальная скорость нарастания восстанавливающегося напряжения при изменении ее в широком диапазоне от 700 до 3000 в/мксек практически уже не сказывается на длительности горения дуги.
- При неизменной начальной скорости нарастания восстанавливающегося напряжения длительность горения дуги несколько возрастает при увеличении отключаемого тока.
- Специальными опытами было установлено, что если значение начальной скорости восстанавливающегося напряжения не превышает 1300 в/мксек, то выключатель не чувствителен к форме восстанавливающегося напряжения.
- При условиях работы средней тяжести выключатель сохраняет свою дугогасительную способность даже в случае, уменьшения давления в камере до атмосферного.
- После серии последовательных отключений с суммарным током в 400000 а состояние контактов и всего дугогасительного устройства оставалось таким, что условия его работы нисколько не ухудшились.
Разработанные в ВЭИ и установленные в опытную эксплуатацию элегазовые выключатели с дутьем из-под поршня имеют также хорошие эксплуатационные показатели.
