Гашение дуги в масляных выключателях
Механизм образования электрической дуги на контактах при разрыве цепей, нагруженных током, и некоторые способы гашения дуги рассмотрены в § 2-2. Эти способы в отдельности недостаточны для гашения дуги в аппаратах высокого напряжения. Ниже рассматриваются условия и средства гашения дуги в масляных выключателях.
Рис. 3-3. Гашение дуга в масляной среде.
Использование действия давления. Давление в области горения дуги -способствует деионизации газового пространства. При увеличении давления сокращаются пути свободного пробега частиц. Заряженные частицы газа сближаются, что вызывает их рекомбинацию, т. е. восстановление атомов из электронов и ионов и потерю заряда.
Примером использования дугогасящего действия давления может служить принцип свободного гашения дуги в маслонаполненных выключателях.
В выключателях этого рода применяется трансформаторное масло, обладающее газогенерирующими свойствами.
При разрыве контактов в масляной среде образуется область, немедленно заполняющаяся газом, генерируемым маслом под действием высокой температуры дуги (рис. 3-3). Отрывающиеся от стенок газового пузыря частицы газа образуют подвижную турбулентную газовую среду. Интенсивное движение газа и давление на газовый пузырь со стороны окружающего масла способствуют деионизации газового пространства и ускоряют гашение дуги. Рассмотренный принцип носит название свободного гашения дуги, поскольку здесь отсутствуют дополнительные средства форсированного гашения.
Способ свободного гашения дуги прежде применялся в выключателях типа ВМБ-10 с большим объемом масла на напряжение до кВ. Β настоящее время эти выключатели вследствие их недостаточной эксплуатационной надежности—взрывоопасности — полностью вышли из употребления; выпуск их прекращен, и они заменены более
совершенными конструкциями.
Форсировка гашения дуги в узких щелях и газовое дутье
В пространствах, представляющих собой узкую щель, напряжение горения дуги значительно выше, чем в свободной дуге. Объясняется это факторами интенсификации образования и движения газов, а также благоприятными условиями деионизации на стенках суженных камер. Поэтому при прочих равных условиях гашение дуги в узкой щели происходит с большей интенсивностью.
Принцип газового дутья основан на том, что поток газа с беспорядочным вихреобразным движением нарушает структуру дуги и снижает концентрацию ионов в дуговом пространстве. Газовое дутье осуществляется в особых камерах за счет газогенерирующей среды пространства около контактов. Газогенерирующим материалом помимо минерального (трансформаторного) масла может быть твердое вещество: фибра, органическое стекло и др.
Другим видом дутья является принудительное дутье. При этом поток сжатого газа, подаваемый в дуговое пространство, обеспечивается внешним источником.
Способ форсированного гашения используется с применением особых дугогасительных камер (рис. 3-4).
Рис. 3-4. Гашение дуги в камере.
а —замкнутые контакты; б —первая стадия: размыкание контактов и образование дуги; в —вторая стадия: гашение дуга поперечным дутьем в узкой щели.
Камера представляет собой пакет изоляционных пластин различной формы, помещаемый в маслонаполненный бак. В наборе пластины образуют ряд боковых щелей и общее центральное отверстие для прохождения подвижного контакта. В начальной стадии размыкания контактов дуга возникает в верхней камере, где под действием высокой температуры дуги масло интенсивно разлагается, образуя газовый пузырь. Здесь газы, не имея выхода, оказываются под давлением. В следующей стадии опустившийся контакт открывает боковые щели, где дуга под действием поперечного дутья подвергается форсированному гашению.
В камерах подобного рода гашение дуги происходит поддействием трех факторов: давления, дутья и локализации дуги в узких щелях.
Конструкции масляных выключателей
Масляные выключатели на напряжение до 10 кВ. В качестве примера рассматривается конструкция наиболее распространенного малообъемного масляного выключателя типа ВМГ-10 (выключатель масляный горшковый). Выключатели рассчитаны на номинальное напряжение 10 кВ н ток 630 или 1000 А. В зависимости от номинального тока различают варианты исполнения выключателя: ВМГ-10-630 и ВМГ-10-1000.
Выключатель представляет собой конструкцию из трех маслонаполненных цилиндрических баков (рис. 3-5, 3-6). Внутри каждого цилиндра имеется неподвижный розеточный контакт, укрепленный на днище бака, вследствие чего корпус находится под напряжением и должен быть изолирован от общей конструкции выключателя (поэтому баки крепятся к раме на опорных изоляторах). Вторым контактом служит подвижный стержень. Подъем и опускание контактных стержней производятся одновременно поворотом общего вала; усилие подъема и опускания передается изолирующими рычагами, укрепленными с одной стороны на валу, а с другой — связанными шарнирно со стержнями.
Как в любых малообъемных выключателях, так и в описываемом масло быстро загрязняется и поэтому не выполняет функцию изолятора, а является газогенерирующей средой для гашения дуги. Изоляция стержня в разрыве контактов обеспечивается объемов воздуха в цилиндре. В выключенном положении стержень должен находиться выше уровня масла, контролируемого масломерным стеклом. Гашение дуги при разрыве контактов происходит, как показано на рис. 3-4.
Рис. 3-5. Разрез фазы выключателя ВМГ-10.
1 — бак сварной; 2 — расширительный объем; 3- маслоуказатель; 4 — жалюзи; 5 — маслоналивная пробка; 6 —изолятор; 7 —кронштейн; 8 — изоляционный цилиндр; 9 — бакелитовая трубка; 10 — контактные стержень; 11 — розеточный контакт; 12 — дугогасительная камера; 13 — маслоотделитель.
Внутренняя область бака сообщается с буферным (расширительным) объемом, внутри которого имеется маслоотделитель. Газы, образующиеся при разложении масла, удаляются через жалюзи в маслоотделителе. Во время горения дуги часть масла выплескивается в верхнюю область бака и через отверстие стекает в расширительный резервуар.
В установках напряжением 10 кВ применяются также выключатели серии ВМП-10 (выключатели масляные с подвесными полюсами). Они отличаются от выключателей ВМГ конструктивно, представляя собой аппараты повышенной надежности и механической стойкости. Принципы гашения дуги в выключателях ВМГ-10 и ВМП-10 одинаковы1.
Масляные выключатели на напряжение выше 10 кВ. Образцом такого аппарата может служить многообъемный выключатель типа МКП-35 (выключатель камерный подстанционный), рассчитанный на напряжение 35 кВ.
Выключатель состоит из трех отдельных одинаковых маслонаполненных баков, по одному на каждую фазу (рис. 3-7). Контактная система имеет два разрыва в каждой фазе и состоит из двух неподвижных контактов, выведенных через проходные изоляторы (вводы) к внешним зажимам, и двух подвижных, смонтированных на общем контактном мосту. Включение и отключение аппарата производятся подъемом и опусканием контактного моста под действием приводного механизма. Устройство дугогасительных камер и принцип гашения дуги аналогичны показанным на рис. 3-4.
1 Другой конструктивный вариант представлен выключателями ВМГ-133, выпуск, которых в настоящее время прекращен.
Рис. 3-6. Общий вид выключателя ВМГ-10.
1 — цилиндрический бак; 2 — опорный изолятор; 3—рама; 4— масляный буфер; 5 — контактный стержень; 6— вал; 7 — изоляционный рычаг; 8 — серьга; 9 — приводной рычаг; 10 — гибкая связь; 11 — верхний контакт; 12 — нижний контакт; 13 — отключающая пружина.
Рис. 3-7. Фаза масляного выключателя МКП-35.
1 — бак; 2 — контактный мост; 3 — труба с тягой контактного моста; 4 — встроенные трансформаторы тока; 5 —указатель уровня масла; 6 — приводной механизм тяги; 7 — ввод; 8 — крышка; 9 — уровень масла; 10 — дугогасительные камеры; 11— маслоспускной кран; 12 — нагревательный элемент.
Таблица 3-2
Масляные выключатели
Примечания: 1. Для выключателей с номинальным напряжением 10 кВ ток отключения указан для эксплуатационного напряжения 6 кВ.
2. Понятия о термической и электрической стойкости разъясняются в § 11-7.
Баки трех фаз подвешены к общей крышке, монтируемой на опорной конструкции выключателя. Для ремонта или ревизии любой из баков с маслом может быть опущен с помощью особой лебедки, установленной на раме выключателя и составляющей его принадлежность.
В масляных выключателях того же рода на напряжение 110 кВ (МКП-110) число дуговых разрывов составляет четыре на фазу.
В многообъемных выключателях масло выполняет функцию как изолирующей, так и газогенерирующей среды.
В табл. 3-2 приводятся технические данные некоторых типов масляных выключателей.
