Использование вакуума в качестве дугогасящей среды
Любая дугогасящая среда в первую очередь должна быть хорошим диэлектриком, чтобы препятствовать протеканию тока через него. Вакуум не исключение из правил: он имеет интересные и все же специфические диэлектрические свойства по сравнению с другими изоляционными газами, которые обычно используются под давлением выше или равным 1 бар.
Вакуум относится к газам "высокого" давления (диапазон давлений от 10-1 до 10-5 Пап, то есть 10-3 к 10-7 мБар) , но в вакуумном защитном выключателе (см. рис. 2) является фактически газом низкого давления: в новых выключателях обычное давление 10-6 мБар.
Вакуумные дугогасительные камеры.
При таком давлении 1 кубический миллиметр объема все еще содержит 27.106 молекул газа, но их взаимодействия незначительны, так как среднее свободное расстояние между двумя столкновениями соизмеримо ста метрам: таким образом термин "вакуум" является соответствующим, так как каждая молекула ведет себя, как будто она фактически одна.
Принимая во внимание, что элегаз используется во всех диапазонах среднего и высокого напряжения, то вакуум прежде всего получил распространение в диапазонах среднего напряжения, с ограниченным применением в цепях низкого и высокого напряжения. Две названные технологии конкурируют друг с другом только в диапазоне среднего напряжения.
Так, универсальным средством, которое противостоит перенапряжениям при отключении электродвигателей, ненагруженных трансформаторов и т.д., являются ОПН, применение которых при установке вакуумных выключателей в отдельных случаях просто необходимо.
+ в условиях вакуумной среды при расстоянии между контактами 10 мм значения выдерживаемого напряжения в 4 раза превышают аналогичные для элегазовой среды и в 20 раз — для воздуха. Поэтому, безусловные преимущества вакуума в конструкции коммутационных аппаратов определяются его диэлектрической прочностью и скоростью ее восстановления.
Основные достоинства вакуумных выключателей, определяющие их широкое применение:
1. Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и
номинальных токов отключения. Число отключений номинальных токов вакуумным
выключателем (ВВ) без замены ВДК составляет 10-50 тыс.
число отключений номинального тока отключения - 20-200 что в 10 -20 раз
превышает соответствующие параметры маломасляных выключателей
2. Резкое снижение эксплуатационных затрат по сравнению с
маломасляными выключателями. Обслуживание ВВ сводится к смазке механизма и
привода, проверке износа контактов по меткам 1 раз в 5 лет
или через 5-10 тыс. циклов «включение-отключение».
3. Полная взрыво- и пожаробезопасность и возможность работы в
aгрессивных средах.
4. Широкий диапазон температур окружающей среды, в котором возможна
работа ВДК
5. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам
вследствие малой массы и компактной конструкции аппарата.
6. Произвольное рабочее положение и малые габариты, что позволяет
создавать различные компоновки распределительных устройств, в том числе и
шкафы с несколькими выключателями при двух-трехъярусном их расположении.
7. Бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малым
выделением энергии в дуге и отсутствием выброса масла, газов при
отключении токов КЗ.
8. Отсутствие загрязнения окружающей среды.
9. Высокая надежность и безопасность эксплуатации, сокращение времени
на монтаж.
К недостаткам ВВ следует отнести повышенный уровень коммутационных
перенапряжении, что в ряде случаев вызывает необходимость принятия
специальных мер по защите оборудования.
ЭЛЕГАЗ
Последний являет собой безвредный, химически не активный, не горючий газ, который обладает высокой электрической прочностью и теплопроводимостью.
Применение элегаза в качестве дугогасящей среды позволило существенно снизить габариты оборудования. За счет инертности и негорючести, элегаз обладает дугогасящими свойствами, намного превосходящими свойства других дугогасящих сред.
Однако в определенных режимах работы высокая пробивная устойчивость элегаза может иметь негативный характер.
К достоинствам элегаза можно отнести также то, что он не требует ухода (как например трансформаторное масло), не стареет, не оказывает пагубного влияния на конструктивные части аппарата (при нормальной эксплуатации) и плюс ко всему является сравнительно недорогим.
Дугогасительное устройство выключателя элегазового типа отличается простотой конструкции и небольшим размером. Гашение дуги производится при небольшом количестве разрывов и достаточно быстро. Ниже рассмотрим конструктивные особенности и принцип гашения дуги в выключате
В тоже время у элегаза есть и некоторые недостатки, связанные с его химическими свойствами и технологией производства:
переход в жидкое состояние при сравнительно высоких температурах
опасность отравления продуктами распада элегаза
достаточно высокая стоимость.
Однако это преимущество становится недостатком элегаза при низких температурах по причине перехода его в жидкое состояние и потере изоляционных свойств, что определяет дополнительные требования к температурному режиму элегазового оборудования в эксплуатации. На рис. 4 приведена зависимость состояния элегаза от давления и температуры.
Преимущества и недостатки элегазовых выключателей К преимуществам элегазовых выключателей можно отнести
возможность применения на все классы напряжений свыше 1 кВ;
гашение дуги происходит в замкнутом объеме без выхлопа в атмосферу;
относительно малые габариты и масса;
пожаро- и взрывобезопасность;
быстрота действия;
высокая отключающая способность;
надежное отключение малых индуктивных и емкостных токов в момент перехода тока через нуль без среза и возникновения перенапряжений;
малый износ дугогасительных контактов;
бесшумная работа;
возможность создания серий с унифицированными узлами;
пригодность для наружной и внутренней установки.
К недостаткам элегазовых выключателей можно отнести
сложность и дороговизна изготовления - при производстве необходимо соблюдать высокую чистоту и точность;
высокие требования к качеству элегаза;
температурные недостатки SF6, необходимость подогрева и использования смесей элегаза с азотом, хладоном и другими веществами, позволяющими работать элегазовым выключателям в условиях низких температур окружающей среды;
необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки SF6;
относительно высокая стоимость SF6;
требуется более внимательное отношение к использованию и учету элегаза.