Необходимость работы выключателя в режиме АПВ применительно к масляным выключателям накладывает особые условия на конструкцию ДУ. Действительно, за время бестоковой паузы ДУ должно освобождаться от продуктов горения дуги, главным образом горячих газов, и заполняться холодным маслом. Если это условие из-за конструктивных особенностей камеры не может в достаточной степени выполняться, то необходимо, чтобы объем масла внутри ДУ был достаточным для надежной работы его в циклах АПВ.
В этой связи особое значение приобретает расчет объема масла, вытекающего из ДУ при отключении номинальных токов отключения. Расчет этот проводится параллельно с расчетом давления внутри ДУ.
В правильно сконструированной камере объем вытекшего в процессе отключения масла должен быть существенно меньше объема масла в ДУ.
При работе выключателя в режиме АПВ, а также в режимах частых коммутаций, как показали исследования, можно ожидать изменения дугогасительных характеристик, изменения условий пробоя промежутка между сближающимися контактами при включении, изменения электрической прочности внутренней изоляции, а также износа стенок ДУ и контактов.
Ухудшение дугогасительных характеристик, выражающееся в увеличении времени горения дуги, происходит при частых отключениях как токов нагрузки, так и токов КЗ. Основной причиной этого явления нужно считать снижение изоляционных характеристик масла, в котором накапливаются твердые продукты разложения дугой масла (сажа) и частицы металлов, унесенные с контактов.
Надо отметить, что несмотря на существенное уменьшение электрической прочности масла (в 3—4 раза) ДУ продолжает обеспечивать предписанный ему уровень отключающей способности и выключатель с достаточным объемом масла в ДУ способен отключать до 100 раз токи нагрузки и десятки раз номинальные токи отключения.
Электрическая прочность внутренней изоляции после многократных отключений токов КЗ может сохраняться на достаточно высоком уровне в ДУ с соответствующим объемом масла. Так, например, ДУ с объемом масла 16 л выдержало приложенное к нему длительное напряжение и соответствующий уровень коммутационных перенапряжений после 70 отключений тока около 11 кА, в то время как ДУ с объемом масла 3 л не выдержало испытания длительным приложением напряжения после 30 отключений тока 5 кА.
Наиболее существенно изменение изоляционных характеристик масла сказывается на процессах предварительного пробоя промежутка при включении выключателя.
Конструкции выключателя и привода к нему должны обеспечивать надежное включение на существующее в цепи КЗ. В процессе включения до момента физического замыкания контактов происходит электрический пробой промежутка и возникает дуга, которая вызывает разложение масла и образование газов, препятствующих движению подвижного контакта на включение. Кроме того, в замыкающихся контактах создаются электродинамические силы, препятствующие включению.
Длительность горения дуги, возникающей после пробоя промежутка, зависит от длины пробиваемого промежутка, которая в свою очередь определяется приложенным к промежутку напряжением, изоляционными свойствами среды, заполняющей промежуток, и скоростью сближения контактов.
Если для чистого масла при напряжении 30 кВ была отмечена максимальная длина пробиваемого промежутка в 8 мм, то после многократных отключений, а также при испытании с повторяющимися циклами АПВ для маломасляных выключателей она значительно возрастала. В этих последних режимах возникали значительные пики давления (4—6 МПа), и для преодоления сил давления привод выключателя должен совершать дополнительную работу.
Для уменьшения времени горения дуги в процессе включения и связанных с нею последствий в виде эрозии контактов, а также в связи с процессами разложения масла и повышения давления скорость подвижных контактов в момент замыкания контактов в современных маломасляных выключателях должна быть от 4 м/с для выключателей на напряжение 10 кВ до 10 м/с для выключателей на напряжение 110 кВ.
Выделение в масле сажи в процессе многократных коммутаций приводит к ухудшению не только изоляционных, но и дугогасительных характеристик выключателя. Увеличение времени горения дуги как при включении, так и при отключении выключателя повышает износ изоляционных деталей ДУ и эрозию контактов. Поэтому для маломасляных выключателей рекомендуются довольно частые смены масла. Так, для выключателей серии ВМПЭ-10 рекомендуется менять масло после десяти отключений тока до 20 кА и шести отключений тока до 31,5 кА.
Эрозия контактов при частых коммутациях также является одним из факторов, определяющих срок службы между ревизиями выключателя при частых коммутациях. Применительно к масляным выключателям эрозия контактов исследована достаточно хорошо.
Для расчета эрозии контактов в масляном выключателе можно пользоваться формулой В. Пухера, позволяющей оценивать эрозию контактов (мг) в зависимости от действующего значения тока, кА, и времени, мс, горения дуги на контактах,
где k и а — постоянные коэффициенты.
Для контактов из меди а=1,58; k= 2,15; из медно- вольфрамовой композиции (70 % вольфрама по массе) а= = 1,81; £=0,274.
Хорошие результаты дает расчет эрозии для контактов из медно-вольфрамовой композиции (70 % вольфрама по массе) по формуле, полученной И. Л. Шлейфманом,
где k=0,38 для ламелей неподвижного контакта и k=0,46 для наконечника подвижного контактного стержня; коэффициент 1,35 учитывает возможные отклонения эрозии от средних значений.
Эти формулы позволяют определить допустимое количество отключений при заданном токе и времени горения дуги, если известны размеры дугостойких накладок. Предельное количество коммутаций определяется полным износом дугостойких накладок.
