ГЛАВА ПЯТАЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Рассмотренные масляные и воздушные выключатели имеют ряд недостатков. Баковые масляные выключатели имеют большую массу и габаритные размеры, требуют ухода за маслом, взрыво- и пожароопасны. Маломасляные выключатели имеют значительно меньший объем масла, чем баковые, но обладают другим недостатком: количество операций ограничено, так как при частых отключениях небольшое количество масла быстро загрязняется частицами сажи, образующимися при горении дуги. Для работы воздушного выключателя необходим источник сжатого воздуха. Однако они применяются при больших номинальных токах отключения, больших номинальных напряжениях и в случаях, не требующих частых коммутаций электрической цепи.
Электромагнитный выключатель для своей работы не требует масла или сжатого воздуха, может совершать большое количество включений и отключений без ревизии и находит применение при ПНОм=6^-20 кВ при частых коммутациях электрической цепи.
Эскиз контактной и дугогасительной систем электромагнитного выключателя ВЭМ.-6 представлен на рис. 5.1, а и б. На стальной раме 1 с помощью изоляторов 2 укреплены ДУ 3 и катушка магнитного дутья 4 с полюсами 6. Подвижный контакт 5 вращается на опорном изоляторе 10 с помощью изоляционной тяги. Выключатель имеет основную 7 и дугогасительную 8 системы контактов. При размыкании дугогасительных контактов 8 между ними возникает дуга, которая под действием электродинамических сил контура и тепловых потоков перемещается вверх и занимает положение, обозначенное сплошной линией АЕЖ. При этом участок дуги АЕ шунтируется дугогасительной катушкой 4. Так как сопротивление катушки мало, то дуга на участке АЕ гаснет и катушка включается последовательно в цепь. Теперь дуга горит между рогом 9 и рогом подвижного контакта 8 (положение Б). Под действием магнитного поля, создаваемого катушкой 4 и полюсами 6, дуга затягивается в керамическое ДУ 3.
Дуга, втягиваясь в камеру, принимает форму зигзага и длина ее значительно увеличивается.
Рис. 5.1. Электромагнитный выключатель ВЭМ-6 на напряжение 6 кВ, номинальный ток 1600 А и номинальный ток отключения 38,5 кА
Диаметр столба дуги dc больше, чем ширина щели δ. В результате после вхождения дуги в камеру ее сечение расплющивается, осуществляется хороший тепловой контакт с пластинами 11 керамической камеры ДУ. Высокая теплопроводность керамики обусловливает эффективное охлаждение дуги и повышение градиента Е. Падение напряжения на дуге
Принципиальное отличие условий работы электромагнитного выключателя от воздушного заключается в том, что в первом напряжение на дуге соизмеримо с напряжением источника питания, в результате чего форма кривой тока резко искажается из-за нелинейности ВАХ дуги и ток значительно уменьшается. Поскольку активное сопротивление дуги соизмеримо с реактивным сопротивлением цепи высокого напряжения, уменьшается угол сдвига фаз между током и ЭДС системы. Все это создает условия для эффективного гашения дуги.
В воздушном выключателе мощность, выделяемая в дуге, пропорциональна ее длине и равна
где х — индуктивное сопротивление цепи.
ОСТАТОЧНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ДУ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
В ДУ электромагнитного выключателя после перехода тока через нуль между контактами аппарата наблюдаются две остаточные электрические проводимости: первая — по пути тока через газовый плазменный остаток, как и у других типов выключателей, вторая обусловлена накаленными до высокой температуры стенками камеры.
На рис. 5.9 представлена зависимость остаточной проводимости от времени, снятая для одного из образцов выключателя [3.1]. Кривая 1 — проводимость области остаточного ствола дуги. Эта проводимость спадает во времени с постоянной времени τ~ 35-38 мкс, причем к моменту времени t=100 мкс она равна нулю. Кривая 2 — проводимость, обусловленная раскаленным следом дуги на поверхности стенок камеры.
Рис. 5 9. Изменение остаточной проводимости после прохода тока через нуль в ДУ электромагнитного выключателя
Эта составляющая проводимости спадает с большой постоянной времени (τст=200 мкс) и медленно уменьшается во времени. Суммарная проводимость изображена кривой 3. Остаточный ток определяется суммарной проводимостью.
Повторное зажигание дуги может возникнуть либо в результате теплового пробоя газового промежутка, либо в результате развития разряда по нагретой поверхности керамики. Для снижения постоянной времени газового промежутка τ может быть рекомендовано уменьшение ширины щели δ. Снижение проводимости накаленных стенок наталкивается на большие трудности, особенно при больших токах отключения. Процессу отключения помогает относительно низкое возвращающееся напряжение из-за малого фазового угла. Кроме того, остаточная проводимость демпфирует процесс восстановления напряжения.
Описанный выше процесс изменения остаточной проводимости межконтактного промежутка в значительной степени ограничивает номинальное напряжение электромагнитных выключателей, особенно при больших номинальных токах отключения.
