6.3. Контактные системы вакуумных дугогасительных устройств
Работоспособность вакуумной ДУ в значительной мере зависит от материала и конструкции контактов, условия работы которых в вакууме отличаются от условий в других средах. В вакууме практически отсутствуют оксидные пленки на контактных поверхностях, резко возрастает склонность металлов к свариванию (торцевое контактирование и отсутствие разделения контактов на главные и дугогасительные). Контактное нажатие создается пружинами, расположенными вне камеры, а также сильфонами (собственное контактное нажатие).
Дуга горит в парах контактного материала, вследствие чего на ее характеристики влияют свойства контактного материала [10].
Влияние материала контактов на отключающую способность вакуумного ДУ можно проанализировать по зависимости вероятности успешного отключения F, %, от номинального тока I, А, представленной на рис. 6.5, где кривая 1 — материал контактов CuCr 75/25, кривая 2 — CuCr 33/67, кривая 3 — CuCrZn 65/24/11, кривая 4 — CuCrSb 68/24/8, кривая 5 — CuCrLi2O 76/23, 6/0,4, кривая 6 – WCu 70/30 (расстояние между контактами 1,5 мм, диаметр контактов 15мм, пик ПВН 35 кВ, частота ПВН 16-33 кГц) [10].
Характерно, что успешно используемые в ДУ газовых и маломасляных ВВ в качестве дугогасительных контактов WCu 70/30 (кирит) имеют наихудшие показатели для вакуумных ДУ (см. рис. 6.5, кривая 6 ).
К традиционным требованиям к контактным материалам в силовой высоковольтной аппаратуре (малое удельное сопротивление при протекании токов нагрузки, небольшое усилие отрыва при сваривании контактов, малый износ при отключении токов нагрузки и короткого замыкания) прибавляются специфические требования к контактным материалам, при которых ток среза минимальный, более высокая температура кипения всех компонентов композиционного материала (температура кипения компонентов не должна превышать 3000 К для обеспечения высокой отключающей способности); повышенная твердость (при этом не должны образовываться микроострия для обеспечения высокой электрической прочности межконтактного промежутка).
Рис. 6.5. Вероятность успешного отключения ВАВ с контактами из различных материалов от номинального тока
Однокомпонентные контактные материалы не удовлетворяют этим противоречивым требованиям. Так, тугоплавкие контактные материалы (например, вольфрам) обладают высокой дугостойкостью, однако имеют высокое значение среза тока, что является причиной возникновения значительных перенапряжений.
Для изготовления контактов используются в основном три разных композиции материалов, каждую из которых рекомендуется использовать для определенных коммутационных задач и номинальных параметров [5]. Контактные материалы разделяют на следующие группы по номинальным параметрам коммутационного аппарата: CuCr — для коммутации на более высоких напряжениях (до 145 кВ), CuTeSi и CuBi на средних напряжениях (до 24 кВ) и для более высоких отключаемых токов (до 200 кА), AgWC — для более низких напряжений (до 7,2 кВ).
Успехи порошковой металлургии позволяют улучшить свойства контактных материалов для ВАВ. В частности, используя добавку в композицию Te 0,1-4 %, можно уменьшить эрозию, а добавка Bi от 2,5 до 15 % уменьшает токи среза, используются также добавки W, Si, Ti, Zr или Sb и др. Известно, что для обеспечения низкого значения тока среза необходимо использовать материалы с высоким давлением паров. Металлокерамические композиции имеют средний ток среза значительно меньший (в 2–3 раза), чем однородные металлы, входящие в эти композиции.