книги из ГПНТБ / Мирошниченко Р.И. Обратные зажигания в ртутных выпрямителях и борьба с ними

туре окружающей среды для двух типов катода показана

на рис. 5.

В практике эксплуатации ртутных выпрямителей часто наблюдаются случаи, когда о. з. возникает после спада нагрузки (перегрузки). Такиё о. з. объясняются тем, что резкий спад нагрузки сопровождается кратковременным повышением давления ртутного пара.

Как известно, количе­ ство тепловой ■энергии, выделяемой катодным пятном, пропорциональ­ но нагрузке. В первый момент после спада на­ грузки ртуть остается более сильно нагретой, а убыль молекул ртути, связанная со снижением интенсивности их иони­ зации, происходит мгно­ венно. Избыток молекул ртутного пара вызывает резкое повышение дав­ ления его (примерно на 30%), которое лишь че­ рез несколько десятков секунд постепенно опять снижается до первона­ чальной величины. В периоды времени, когда

давление ртутного пара превышает его установившееся значение, может произойти о. з.

На вероятность о. з. влияют также посторонние газы, в том числе воздух. Последний загрязняет и окисляет по­ верхность анодов. Примесь посторонних газов заметно сказывается на повышении вероятности о. з. при парциаль­ ном давлении газов, превосходящем 10% от давления па­ ров ртути. При большом парциальном давлении посто­ ронних газов вместо одной дуги, горящей непосредственно между анодом и катодом, нередко дуга разбивается на несколько самостоятельных дуг, из которых одна дуга горит между анодом и корпусом, а другие — между кор­

2* 11

вызвано течью в выпрямителе или выделением из стенок

ная кривая, определяющая зависимость частоты о. з. от

12

стоту о. з. экранировки катода, а также фиксирования ка­ тодного пятна. Проведенные исследования дали возможность сделать следующие выводы: рациональный подбор графита может несколько снизить частоту о. з. Однако для всех изученных сортов графита обнаруживался максимум ве­ роятности о. з. при одной и той же температуре 550— 600°С; изменение, конструкции образца вентиля путем при­ менения экранировки катода с целью предотвращения попадания капель ртути на анод показывает, что с увели­ чением экранировки вероятность о. з. уменьшается; фик­ сирование катодного пятна снижает частоту о. з. и сдвигает максимум в сторону более высоких температур.

Проведенные испытания дали основания считать [7], что основной причиной зависимости частоты о. з. от тем­

дающих на анод, необхо­ дим щиток (отражатель). Повторяемый характер кривой

рис. 7 для ряда анодов требует того, чтобы температура анодов в рабочем режиме была не выше 500°С, так как по­ вышение ее до 700— 800°С недопустимо из опасения появ­ ления местных перегревов, распыления материала голов­ ки анода и оплавления стальных деталей, поддерживаю­

щих головку анода.

Кроме того, анод содержит в качестве изолирующих ма­ териалов фарфор, кварц, резину, температура и темпера­ турные градиенты которых также лимитируются физиче­ скими свойствами их.

13

tic

Рис. 11. Изменение температуры анодной головки при изменении нагрузки по графику тяговой подстанции (/ = 300 а < /н)

Температура анодной головки зависит также от тем­ пературы корпуса выпрямителя и температуры окружающей среды. На рис. 12 представлена экспериментально полу­ ченная зависимость температуры анодной головки ta от температуры корпуса tK для выпрямителей РМНВ 500 х 6. Кривая показывает наличие обратной зависимости, т. е. чем выше температура корпуса, тем ниже температура анодной головки при неизменной нагрузке на выпрями­ тель. Повышение температуры анодной головки при низких температурах корпуса объясняется увеличением при этих условиях анодного падения напряжения, а следовательно, и потерь энергии.

h ' C

Рис. 12. Зависимость температуры 'анодной головки ta от температуры корпуса iK для выпрямителя РМНВ 500 X 6 при нагрузке 600 а на 6 вентилей

Материал анода и состояние его поверхности. Наблю­ дения в лабораторных и производственных условиях за причинами, вызывающими обратные зажигания, показы­ вают, что наличие в аноде малейших примесей щелочно­ земельных металлов или других веществ, обладающих малой работой выхода электронов, резко повышает веро­ ятность обратных зажиганий. Это иллюстрируют кривые на рис. 7, на которых дана частота обратных зажиганий для различных марок графита в зависимости от темпера­ туры анода. Испытания, проводившиеся на подстанции Щербинка Московской ж. д., подтвердили, что качество графита, применяемого для РМНВ, также было различным, а вследствие этого изменялась и частота о. з. испытывае­ мых выпрямителей.

Однако снижение частоты о. з. требует не только соот­ ветствующего выбора материала анода, но и создания усло-

вий, при которых поверхность анода была бы свободна от каких-либо загрязнений. Касание при переборке анодов руками, покрытие в процессе эксплуатации поверхности анода пленками окислов (цвета побежалости), пленками от конденсации органических паров (желтый налет — остат­ ки плохого бензина, пары от резиновых уплотнений) и ко­ потью приводит к резкому возрастанию числа о. з. Обрат­ ные зажигания, обусловленные образованием таких пле­ нок на аноде, объясняются тем, что ионы, оседая на них, создают высокий положительный потенциал, вследствие чего пробивается изоляционный слой; появляется искорка, которая зажигает дугу о. з.

Для уменьшения числа о. з. стойкие пленки рекомен­ дуется при переборке соскабливать.

При низких давлениях исключительно большое зна­ чение имеет состояние поверхности анода. Шероховатость поверхности, наличие микроскопических острий, углов — все это вызывает местные перегревы, искажения поля и по­ вышение электронной эмиссии. Таким же образом влияет на­

переборке производить тщательную механическую об­ работку поверхности, сглаживая исешероховатости. Кроме того, для устранения этих дефектов весьма полезно после формовки проводить кенотронную тренировку, которая представляет собой обработку поверхности анодной го­ ловки бомбардировкой ионами тлеющего или несамостоя­ тельного разряда.

3. ОЕРАТНОЗАЖИ ТАЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Рассмотренные выше факторы характеризуют причины, вследствие которых на .аноде возможно появление катод­ ного пятна. У выпрямителей определенной конструкции

анодом и катодом будет напряжение, достаточнее для того, чтобы между ними произошел пробой. Как известно, ти­ пичным в кривых пробивных напряжений U = / (р0а) (кривая Пашена), характеризующих возникновение само­ стоятельного разряда, является наличие в них минимума,

18

разделяющего кривую на две ветви: левую, определяющую возникновение разряда при малых расстояниях между электродами а и малых давлениях р0, и правую —характе­ ризующую возникновение разряда при больших давлениях и больших расстояниях между электродами. На рис. 13 показана левая ветвь кривой Пашена, экспериментально полученная Гусевой Л. Г. [9] для паров ртути. Приведен­

ная

уменьшением давления пара.

Как развивается разряд при нормальном и пониженном напряжении, наглядно показывает рис. 14, где представ­ лены экспериментальные результаты, полученные Клем­ перером и Маршаллом [1] в образце вентиля, анод кото­ рого выполнен из графита, а катод —ртутный. Крестиками на рис. 14 отмечены случаи возникновения непосредственно дугового разряда, кружочками — случаи возникновения тлеющего разряда, а кружочками с расположенными ря­ дом крестиками — случаи возникновения тлеющего раз­ ряда с переходом в дуговой. Общая кривая приближается к приведенной на рис. 13 кривой пробивного напряжения (кроме нижней резко спадающей ступеньки).

Учитывая это обстоятельство, в начале развития выпрямителестроения считали, что обратнозажигающее воз­ действие, характеризующее условия, при которых наиболее

3* 19

обратный ток имеет наибольшее значение, а обратное напряжение изменяется скачком. Этим была установлена связь обратнозажигающего воздействия с процессом ком­ мутации.

Последние исследования подтвердили, что обратнозажигающее’ воздействие В 0при определенной температу­ ре корпуса выпрямителя определяется произведением

idi а в 0 = и СК . dt

Величина В0Для вентилей определенного типа в зна­ чительной степени зависит от схемы их соединения.

Рис. 15. Схемы ртутновыпрямительных агрегатов, выпускаемых различными фирмами:

а —каскадная схема (фирма Броун-Бовери, мощность 4 950 кет)-, б —двой­ ная мостовая схема (фирма Жемон, мощность 8 000 кет)

На тяговых подстанциях электрифицированных желез­ ных дорог, работающих при напряжении 3,3 кв, применя­ ются различные схемы включения выпрямительных агре­ гатов. За рубежом широко применяются схемы включения: каскадная, мостовая и с разделяющей катушкой (рис. 15). На тяговых подстанциях Советского Союза до последнего времени применялась схема включения выпрямительных агрегатов звезда — две обратные звезды с разделяющей

20