3.2. Характеристики сжатого воздуха применительно к использованию в дугогасительных устройствах
Номинальные параметры ВОВ соответствуют ГОСТ 52565-06. К специфическим номинальным (нормированным) параметрам, характерным для ВОВ (ВВ с двумя ступенями давления), следует отнести номинальное давление сжатого воздуха рном (высокое давление в баке ВОВ).
Номинальное давление сжатого воздуха (избыточные давления по манометру в мегапаскалях) — это давление, при котором определены условия гашения дуги и оперирования приводом ВОВ. Приведем принятые в России номинальные давления 0,5; 1,0; 1,6; 2,0; 2,6; 3,0; 4,0.
Важной характеристикой сжатого воздуха, применяемого для ВОВ, является его относительная влажность aвл. (%), определяемая как отношение количества влаги gвл, содержащегося в воздухе при данной температуре, к наибольшему количеству влаги g100, которое в нем может содержаться при этой же температуре (100 %-ная влажность):
aвл = gвл100/g100. (3.1)
При большой влажности сжатого воздуха и значительных перепадах температуры окружающего воздуха в течение короткого времени часть влаги может выпасть на изоляционных частях ВОВ и привести к перекрытию по поверхности.
На рис. 3.3 показано изменение относительной влажности сжатого воздуха aвл, измеренное в двух резервуарах (кривые 1 и 2) ВОВ при изменении температуры окружающего воздуха от – 1 до – 20°С в течение 5 суток. Влажность воздуха, подаваемого в ВОВ, составляла 50 %. Следует отметить, что ГОСТ 15150-69 нормирует более существенное изменение температуры, а именно, 40 К в течение 8 ч, и более низкий нижний предел температуры (до – 60°С). Из рис. 3.3 видно, что уже при окружающей температуре – 20°С часть водяных паров конденсируется, приводя к существенному ухудшению изоляции [2].
Влажность сжатого воздуха мало сказывается на разрядном напряжении Uпер в промежутке между электродами. Однако она существенно влияет на Uпер по поверхности изоляционных элементов конструкции ДУ во влажном сжатом воздухе. В частности, при значительном увлажнении поверхности изолятора поверхностная пленка влаги обусловливает возникновение токов утечки; из-за загрязнения образуются зоны низкой проводимости, между которыми возникает коронный разряд. Высокое содержание азота в сжатом воздухе приводит к образованию оксидов азота, которые, взаимодействуя с влагой, образуют азотную и азотистую кислоты. В результате увеличивается поверхностная проводимость. Процесс развивается лавинообразно и заканчивается перекрытием по поверхности.
Рис. 3.3. Изменение относительной влажности сжатого воздуха и температуры в резервуарах ВОВ при эксплуатации
В эксплуатации применяются три способа осушки воздуха, подаваемого в ВОВ: химический, абсорбционный и термодинамический.
Первый основан на пропускании влажного воздуха через химические осушители, содержащие влагопоглощающее вещество, например, силикагель, а второй — на пропускании воздуха через специальные, например, керамические фильтры. Оба способа включают в себя обязательный процесс регенерации влагопоглощающего вещества, обычно при помощи подогревателей. Из-за относительно низкой пропускной способности и сложности эксплуатации эти способы не получили широкого распространения, однако к преимуществам их следует отнести отсутствие необходимости компрессоров высокого давления. Более распространена термодинамическая сушка, заключающаяся в комбинированном охлаждении и затем в пропускании сжатого воздуха через редукторный клапан.
Электрическая прочность воздуха высокого давления. Электрическая прочность промежутков, находящихся в сжатом воздухе, существенно зависит от материала, площади и состояния контактов (чистоты обработки), от давления, степени очистки и т. д. Перечисленные выше факторы снижают электрическую прочность промежутка. От этих факторов зависят статистические характеристики разрядных напряжений, а также вольт-секундные характеристики.
Рис. 3.4. Разрядная напряженность сжатого воздуха для различных электродных систем от избыточного давления
Материал электродов практически начинает сказываться на разрядном напряжении при давлениях свыше 1 МПа. Материалы, наиболее широко применяемые для электродов при одинаковой их конфигурации и одном и том же размере промежутка, можно в порядке возрастания разрядного напряжения расположить в следующий ряд: алюминий, медь, никель, латунь и сталь. Сравнение средней разрядной напряженности Е в сжатом воздухе для электродов из стали и алюминия при изменении избыточного давления р приведено на рис. 3.4 (кривые 1 и 2 — постоянное напряжение, предварительная очистка камеры, электроды из нержавеющей стали и алюминия соответственно; кривые 3 и 4 — импульсное напряжение (1,5/40 мкс, максимальное значение) и напряжение 50 Гц (амплитуда) соответственно (значения Е соответствуют 50 % вероятности разряда), применены сетчато-войлочный фильтр, предварительная очистка камеры, латунные электроды, шлифованные наждачной бумагой; 5 — то же, что и 4, но без фильтра [2].
Очистка сжатого воздуха от механических примесей является весьма эффективным средством повышения его электрической прочности. Из сравнения кривых 4 и 5 на рис. 3.4 видно, что при давлении 1 МПа очистка сжатого воздуха увеличивает его электрическую прочность на 20 %, а при давлении 2 МПа это увеличение составляет уже примерно 70 %. Таким образом, эффективность очистки воздуха резко увеличивается с повышением его давления. В указанных случаях очистка воздуха осуществлялась сетчато-войлочным фильтром, установленным на входе в камеру, многократной продувкой камеры.
Влияние температуры на разрядное напряжение промежутка в сжатом воздухе между двумя симметричными полыми медными электродами диаметром 70/40 мм при атмосферном давлении, из которых один подвергался нагреву, показано в табл. 3.2. Как видно из таблицы, разрядное напряжение Uраз промежутка при повышении температуры t одного из электродов от 20 до 500°С снижается в 2,6 раза при длине промежутка l = 5,7 мм и в 2 раза при длине промежутка 30 мм.
Таблица 3.2