2.6 Гашение дуги в трансформаторном масле

33

Простей­шее ДУ такого типа представлено на рис. 2.8,а. Дугогасительная камера 6 выполнена из прочного изоляционного материала (гетинакса или стеклотекстолита) и расположе­на в трансформаторном масле 1. При отключении подвиж­ный контакт 7 перемещается вниз с большой скоростью. Между ним и неподвижным контактом 2 загорается дуга 4. Под действием энергии дуги происходит взрывоподобное разложение масла на водород и газы в виде паров масла. Водород обладает исключительно высокой теплопроводно­стью и является одной из лучших дугогасящих сред. Тем­пература газа достигает 2000-3000 К. За сотые доли секунды давление поднимается до 2 -4 МПа. Образующийся газовый пузырь 5 стремится вырваться из камеры через щель 8. При этом происходит эффективное охлаждение ду­ги потоками газа, вытекающими из камеры со скоростью звука. Поскольку давление и эффективность гашения дуги зависят от ее энергии, то чем больше отключаемый ток, тем быстрее происходит гашение. Зависимость длительно­сти отключения от тока аналогична приведенной на рис. 2.5. При малом токе из-за недостатка энергии дуги про­цесс гашения затягивается, и для его ускорения необходи­мы специальные меры. На рис. 2.8,6 показано, что дуга 4 в нижней части объема камеры создает дополнительный объем газа, который гонит масло со скоростью V на дугу, затянутую в щель. В результате процесс дугогашения ускоряется.

Рис. 2.8 - ДУ масляных выключателей

В выключателях на напряжение 220—500 кВ приходится включать большое число камер последователь­но, так как каждая камера работает при напряжении не более 100 кВ. Простейшая камера (рис. 2.8, а) работает при напряжении не выше 10 кВ.

Освобождение газов из камеры после гашения дуги про­изводится через отверстие 3.

2.7 Гашение дуги в вакуумной среде

В вакуумном ДУ контакты расходятся в среде с давлением 10⁴ Па ( мм рт. ст.), при котором плотность воздуха мала. Длина сво­бодного пробега молекулы достигает 50, а длина свобод­ного пролета электрона 300 м. При таких условиях элек­трический пробой между электродами затруднен из-за отсутствия носителей зарядов. Пробивное напряжение про­межутка длиной 1 мм в вакууме достигает 100 кВ.

Процесс горения и гашения дуги в вакууме при перемен­ном токе происходит следующим образом. При размыкании контактов контактное нажатие непрерывно уменьшается, а переходное сопротивление контактов увеличивается и при нажатии, равном нулю, стремится к бесконечности. Даже при небольших токах в момент размыкания контактов из-за выделения большого количества тепла материал контак­тов плавится и образуется жидкий металлический мостик, который под действием высокой температуры нагревается и испаряется. При разрыве мостика загорается дуга, кото­рая горит в среде паров металлов электродов. Вакуумная дуга при токах менее 10 кА характеризуется малым падением напряжения, составляющим 20—30 В. После прохождения тока через нуль вакуумная дуга гаснет. Скорость диффузии зарядов очень высока из-за большой разницы плотностей частиц в дуге и окружающем ее вакууме. Практически через 10 мкс после нуля тока между контактами восстанавливается электрическая прочность вакуума. Быстрая диффузия частиц, высокие электрическая прочность вакуума и скорость ее восстановления обеспечивают гашение дуги при первом прохождении тока через нуль. Боль­шим достоинством этого ДУ является высокая скорость восстановления электрической прочности промежутка.

Вакуумные ДУ являются в настоящее время наиболее эффек­тивными и долговечными. Их срок службы без ревизии до­стигает 25 лет. Созданы ДУ на ток отключения до 100 кА при напряжении 10 кВ и на отключаемый ток 40 кА при на­пряжении 160 кВ.

Вакуумные ДУ могут применяться и для отключения постоянного тока. Для этого используются схемы, аналогичные показанной на рис. 2.9. На отключаемый вакуум­ным выключателем Q1 постоянный ток накладывается переменный ток ₂ контура LC, который начинает протекать после замыкания выключателя Q2. В результате суммирования токов и ₂ в один из моментов времени результиру­ющий ток проходит через нуль и дуга гаснет. После этого выключатель Q2 отключается. Конденсатор С заряжается от специального источника. Вследствие сложности схемы вакуумные выключатели постоянного тока применяются по­ка редко.

Рис. 2.9. - Схема для отключения цепи постоянного тока