4.3. Динамические характеристики элегазовых дугогасительных устройств
В современных ДУ ВЭ используется система продольного одностороннего газового дутья (рис. 2.2) или система двустороннего дутья (потоки газа направлены в противоположные стороны). В ВЭ на средние классы напряжения применяются ДУ с использованием эффекта автогенерации и электромагнитного дутья (рис. 2.3).
Представленные принципы дугогашения нашли применение в ряде конструкций ДУ ВЭ.
Автокомпрессионные ДУ. На принципиальной схеме ДУ двустороннего дутья ВЭ с одной ступенью давления (см. рис. 4.10) показаны положения ДУ: «включено» — слева, «отключено» — справа [3]. Когда ВЭ находится во включенном положении, главные контакты 1, 2 и дугогасительные контакты 5, 7 находятся в замкнутом состоянии. В полости К давление элегаза постоянно р = const и равно номинальному давлению рb заполнения ВЭ. При подаче команды на отключение внешний привод обеспечивает перемещение сверху вниз подвижной системы ВЭ: подвижного главного контакта 2, дугогасительного контакта 7 и штока 4, которые жестко связаны между собой и через тягу с силовым приводным механизмом. В начале размыкаются главные контакты 1, 2, а затем — дугогасительные контакты 5, 7. Вся подвижная система перемещается относительно неподвижного поршня 3, при этом происходит сжатие элегаза в полости К (обеспечивается принцип автокомпрессии).
Дугогасительные контакты 5, 7 (см. рис. 4.10) размыкаются с задержкой по ходу. После размыкания контактов 5, 7 начинается истечение элегаза через сопло в подвижном контакте 7 и изоляционное сопло 8 (организуется двустороннее продольное дутье), а дуга 9 горит между оконечностью 6 неподвижного дугогасительного контакта 5 и подвижным дугогасительным контактом 7.
После окончания перемещения подвижной системы истечение элегаза затухает, и давление в полостях ДУ становится равным исходному.
Рис. 4.10. Схема ДУ двустороннего дутья ВЭ с одной ступенью давления
Типичные динамические характеристики при отключении автокомпрессионного ВЭ с одной ступенью давления двустороннего дутья (см. рис. 4.11): РК — размыкание дугогасительных контактов и начало дутья; а — переход тока через нуль при Iд = 50 кА; б — переход тока через нуль при Iд = 30 кА и 10 кА [3]. Пневматический привод обеспечивает перемещение подвижной системы ВЭ (кривая x) и рост давления элегаза р = Dр + рb (см. рис. 4.11, кривая 4) в камере сжатия до максимального давления рм = 0,92 МПа (сопло диаметром 29 мм, исходное давление в ДУ рb = 0,6 МПа). При отключении токов Iд = 10 кА, 30 кА (действующие значения) давление в камере сжатия (см. рис. 4.11, кривые 2, 3) достигало уровня 1,22 и 1,51 МПа соответственно. Характерно, что при Iд = 50 кА (кривая 1) амплитуда давления была лишь 1,4 МПа, при этом уменьшилась и продолжительность повышенного давления. Перепад давлений р/рb обеспечивает массовый расход газа для организации двустороннего продольного дутья в сопловых элементах ДУ, при этом его величина и продолжительность определяют отключающую способность ВЭ.
Однако представленные зависимости изменения давления в камере сжатия К (см. рис. 4.11) являются усредненными, а не действительными кривыми, которые имеют значительные пульсационные составляющие в зависимости от местоположения датчика давления в камере сжатия.
Рис. 4.11. Динамические характеристики при отключении автокомпрессионного ВЭ
В целях повышения отключающей способности ВЭ в конструкцию ДУ (см. рис. 4.10) вводят полость автогенерации Г, которая способствует локализации тепловой нагрузки от дуги отключения и дополнительному дутью за счет эффекта газогенерации изоляционных стенок данной полости Г, что способствует увеличению перепада давления в области нуля тока, а, следовательно, и эффективности дугогашения.
Автогенерирующие ДУ для ВЭ на средние классы напряжения. Совершенствование ВЭ связано с понижением энергоемкости приводного механизма, а, следовательно, и стоимости ВЭ. Однако понижение энергоемкости привода вызывает уменьшение перепада давления в момент гашения дуги, что снижает отключающую способность ВЭ. Повышение эффективности использования дугогасящих свойств элегаза при горении электрической дуги в сопловом канале возможно путем введения дополнительных фторопластовых элементов, что позволяет при малой энергоемкости привода обеспечить необходимый перепад давлений элегаза в момент гашения дуги. В данном случае энергия дуги частично используется для создания дополнительного газового дутья за счет использования эффекта автогенерации (массового расхода элементарного углерода и CF4 с внутренней поверхности изоляционного сопла и фторопластовых элементов ДУ под влиянием излучения).
Рис. 4.12. Схемы ДУ с использованием эффекта автогенерации
На рис. 4.12 представлены принципиальные схемы конструкций ДУ с использованием эффекта автогенерации для средних классов напряжения. При горении электрической дуги отключения 3 между контактами 1 и 2 в камере VH повышается давление под влиянием высокой температуры электрической дуги 3 и газогенерации фторопластовых поверхностей камеры VH и сопла 4 конструкции ДУ. Данные ДУ при отключении имеют два динамических этапа: «накачка» — сопло 4 закрыто контактом 2, происходит увеличение давления в камере VH; «газовое дутье» — при движении контакта 2 вправо сопло 4 открывается, и начинается истечение газа в бак выключателя Vб через сопло 4 (см. рис. 4.12).
В современных конструкциях ВЭ принцип автогенерации в сочетании с принципом автокомпрессии нашел широкое применение в ВЭ всех классов напряжения (от 6 до 500 кВ на один разрыв).