Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


Ёлектромагнитные выключатели




Ќесмотр€ на ограниченную область использовани€ по напр€жению (6Ч20 к¬) выключатели этого типа нашли широкое применение в  –”, особенно в системах внутренних нужд на “Ё÷ и јЁ—. Ќоминальные токи выключателей достигают 3150 ј, а номинальные токи отключени€ Ч 40 кј. ѕри этом в отличие от масл€ных или воздушных выключателей эксплуатационные расходы на них относительно невелики.

 

ѕринцип действи€ электромагнитного выключател€ заключаетс€ в том, что при воздействии магнитного пол€ на дугу она удлин€етс€ и направл€етс€ в дугогасительную камеру (рис. 5.11) узкощелевого типа, где, тесно взаимодейству€ со стенками камеры (диаметр дуги значительно превосходит ширину щели dд > щ), она охлаждаетс€.

 

”слови€ гашени€ дуги в узкощелевом дугогасителе оказываютс€ значительно более легкими, чем в других типах выключателей.

 

Ќа рис. 5.12 представлено дугогасительное устройство электромагнитного выключател€ ¬Ёћ-6 на напр€жение Uном = 6 к¬, номинальный ток отключени€ Iо.ном = 38,5 кј, номинальный ток Iном = 1600 ј.

 

Ќа стальной раме 13 при помощи изол€торов 12 укреплены гасительна€ камера 14 и катушка магнитного дуть€ 11 с магнитными полюсами 10, охватывающими камеру с боков (показаны штриховыми лини€ми). ѕодвижный контакт 2 вращаетс€ на опорном изол€торе 1 при помощи изол€ционной т€ги 18. ¬ыключатель имеет главный 3 и дугогасительные 5, 6 контакты. ¬ зависимости от назначени€ функции их различны: главный служит дл€ проведени€ тока во включенном состо€нии и имеет серебр€ные накладки дл€ снижени€ переходного сопротивлени€; дугогасительный обеспечивает режим коммутации и армирован дугостойкой металлокерамикой 7. ѕри размыкании дугогасительных контактов 5, 6 возникающа€ между ними дуга под воздействием электродинамических сил перемещаетс€ вверх. ѕо мере развити€ дуги на рисунке показаны различные этапы ее промежуточного положени€ (ј, Ѕ, ¬, √, ƒ, ≈). Ќеподвижный контакт 6 отделен от дугогасительного рога 9 изол€ционным промежутком, необходимым дл€ того, чтобы катушка магнитного дуть€ 11 включалась посредством св€зи 8 лишь в момент перехода основани€ дуги на дугогасительный рог 9 (участок дуги ≈ шунтируетс€ катушкой магнитного дуть€ 11). ѕройд€ этапы последовательного гашени€ дуги јЧ≈ЧЅЧ¬Ч√Чƒ в магнитном поле, образованном катушкой магнитного дуть€, св€зью 16 и дугогасительным рогом 15, дуга приобретает очень большие линейные размеры (до 2 м), что приводит к необходимым услови€м дл€ ее гашени€.

 

—ледует отметить, что при отключении небольших токов (дес€тки ампер) электродинамические силы на начальном этапе развити€ дуги недостаточны дл€ ее вхождени€ в ƒ”. ƒл€ устранени€ этого недостатка имеетс€ автопневматическое устройство 17. ѕоршень его св€зан с подвижным контактом 2, что приводит к выбросу струи сжатого воздуха по трубке 4 автопневматического устройства на контактную поверхность неподвижного дугогасительного контакта б и облегчает услови€ перехода дуги на дугогасительный рог 9.

 

 


1. ¬ј ””ћЌџ≈ ƒ”√ќ√ј—»“≈Ћ№Ќџ≈ ”—“–ќ…—“¬ј

 

1.1. ќ—ќЅ≈ЌЌќ—“» ѕ–ќ÷≈——ќ¬ ¬ ¬ј ””ћЌџ’ ƒ”√ќ√ј—»“≈Ћ№Ќџ’ ”—“–ќ…—“¬ј’

 

¬акуум €вл€етс€ идеальной изол€ционной средой, так как веро€тность ионизации молекул газа путЄм соударени€ с ними электронов чрезвычайно мала. ќднако опыт показывает [8], что при достаточно большой напр€жЄнности электрического пол€ 10 -103 ¬/см даже в самом совершенном техническом вакууме по€вл€етс€ электрический ток, который быстро возрастает при дальнейшем увеличении напр€жЄнности пол€ вплоть до пробо€.

ѕри весьма малых рассто€ни€х между электродами (доли миллиметра) разр€д в вакууме происходит вследствие автоэлектронной эмиссии с поверхности катода. –азогревание поверхности электродов вследствие прохождени€ тока автоэлектронной эмиссии приводит к их испарению, в результате чего происходит пробой изол€ционного промежутка в парах металла.

ѕри увеличении длины разр€дного промежутка разр€дна€ напр€жЄнность быстро уменьшаетс€ (рис. 1.1) вследствие так называемого эффекта полного напр€жени€. Ќакаплива€ энергию, измер€емую сотн€ми тыс€ч электрон-вольт, электроны при торможении у поверхности анода излучают фотоны с большой энергией. Ёти фотоны, достига€ катода, освобождают новые электроны. ¬ результате число участвующих в разр€де электронов быстро увеличиваетс€, что в итоге приводит к образованию искры.

ѕри p < 0, 01 ѕа разр€дные напр€жени€ практически не завис€т от давлени€ газа. ѕри p > 0,1 − 1 ѕа разр€дные напр€жени€ быстро уменьшаютс€ (рис. 1.2), причЄм пороговое давление быстро уменьшаетс€ при увеличении длины разр€дного промежутка l (1 Ц l = 2 мм; 2 Ц l = 3 мм; однородное поле; электроды из бескислородной меди). ѕри повторных

пробо€х вакуумного промежутка разр€дное напр€жение возрастает вследствие так называемого эффекта тренировки электродов так же, как и дл€ сжатых газов. –ост разр€дных напр€жений происходит до 10 Ц 100 разр€дов. ѕри этом разр€дное напр€жение увеличиваетс€ почти вдвое по сравнению с первым разр€дом. “ренированное состо€ние электродов достигаетс€ также при длительном прохождении через промежуток небольшого предразр€дного тока, а также при нагреве электродов в вакууме до высокой температуры.

ћатериал электродов существенно вли€ет на величину разр€дных напр€жений изол€ционных промежутков в вакууме. ѕо степени понижени€ разр€дных напр€жений материалы можно расположить в такой последовательности: вольфрам, молибден, тантал, нержавеюща€ сталь, железо, никель, алюминий, медь, свинец, углерод. –азр€дные напр€жени€ вакуумного промежутка длиной 1 мм с тренированными электродами из нержавеющей стали в три раза больше, чем при алюминиевых или медных электродах. ѕри увеличении площади электродов разр€дные напр€жени€ понижаютс€.

 

 

–ис. 1.1

 

 

–ис. 1.2

 

¬ дугогасительных устройствах вакуумных выключателей абсолютное давление находитс€ в диапазоне 10Ц10 Е 10Ц3 ѕа.

√орение и гашение электрической дуги в вакууме имеет некоторые особенности. ѕри расхождении контактов ¬ƒ  в начальный момент между ними образуетс€ мостик из расплавленного металла, который нагреваетс€ проход€щим током до температуры кипени€ и испар€етс€. »онизаци€ электронами паров металла, которые генерируют с поверхности электродов, приводит к образованию вакуумной дуги. ѕри прохождении тока через нуль дуга гаснет, и если нарастание электрической прочности промежутка между контактами происходит быстрее восстановлени€ на нЄм напр€жени€, то повторного зажигани€ дуги не произойдЄт. „резвычайно интенсивна€ деионизаци€ дугового промежутка обеспечивает быстрое восстановление электрической прочности в ¬ƒ  после погасани€ дуги. ƒл€ сравнени€ на рис. 1.3 привод€тс€ зависимости восстановлени€ электрической прочности промежутка от времени, прошедшего после нул€ тока, дл€ вакуума и основных дугогас€щих сред (1 Ц вакуум, 2 Ц элегаз, 3 Ц азот, 4 Ц водород).

 

 

–ис. 1.3

 

¬ вакууме электрическа€ дуга существует либо в виде рассе€нной, Ђдиффузнойї, дуги при токах до нескольких тыс€ч ампер, либо в виде концентрированной, Ђсжатойї, дуги при больших значени€х тока. √раничный ток, при котором дуга переходит из одного вида в другой, зависит в значительной степени от материала и формы контактов, а также от скорости изменени€ тока. Ёти же факторы вли€ют и на скорость восстановлени€ электрической прочности промежутка между контактами в вакууме. —ледовательно, подбира€ соответствующим образом материал контактов, их оптимальную форму и ход, можно получить вакуумную дугогасительную камеру на различные параметры.

ƒиффузна€ дуга имеет значительно меньшую посто€нную времени по сравнению с посто€нной времени сжатой дуги, котора€ может достигать сотен микросекунд и даже нескольких миллисекунд. ¬следствие того, что в вакууме гашение диффузной дуги осуществить значительно легче, чем сжатой дуги, при разработке вакуумных дугогасительных устройств необходимо так конструировать контакты, чтобы дуга на прот€жении определЄнного времени до нул€ тока была диффузной.

 

1.2. ¬ј ””ћЌџ≈ ƒ”√ќ√ј—»“≈Ћ№Ќџ≈ ”—“–ќ…—“¬ј

 

ƒлина дуги в вакуумных выключател€х значительно меньше, чем в масл€ных и воздушных, что позвол€ет существенно снизить габариты дугогасительной камеры. ¬акуумные дугогасительные (¬ƒ )

состо€т из следующих основных элементов (рис. 1.4):

1 Ц изол€ционного керамического комплекса;

2 Ц контактов;

3 Цметаллического экрана;

4 Ц фланца;

5 Цсильфона.

»зол€ционный корпус обеспечивает поддержание давлени€ внутри камеры на уровне 10Ц5 ѕа в течение всего срока службы и необходимую электрическую прочность по наружной и внутренней поверхност€м. ƒавление поддерживаетс€ на требуемом уровне благодар€ использованию вакуум-плотных изол€торов и металлических фланцев, а также соответствующей механической прочности корпуса и элементов креплени€.

ќсновные функции токоведущей системы такие же, как и в любом выключателе:

обеспечение длительного протекани€ номинального тока и кратковременного (до 3 с) Ц

тока короткого замыкани€; обеспечение работоспособности контактов после

электродугового их размыкани€; передача и воспри€тие усилий от привода при включении и отключении.

ѕоэтому основные расчЄты при конструировании контактных систем св€заны с оценкой их электрического сопротивлени€, механической прочности и температуры токоведущего контура.  роме того, в разомкнутом состо€нии межконтактный промежуток должен обеспечивать необходимую электрическую прочность дл€ исключени€ пробоев при воздействии перенапр€жений.

—истема экранов обеспечивает: защиту внутренней поверхности изол€ционного корпуса от попадани€ продуктов эрозии контактов под воздействием дуги отключени€, выравнивание распределени€ напр€жЄнности пол€ внутри дугогасительной камеры.

ѕри размыкании контактов внутри вакуумной дугогасительной камеры дуга возникает в парах металла, заполн€ющего межконтактный промежуток. ƒуга горит до тех пор, пока на контактах выдел€етс€ энерги€, достаточна€ дл€ поддержани€ в межконтактном промежутке концентрации паров металла, при которой может существовать дуговой разр€д. ѕри переходе тока через нуль, выдел€юща€с€ на электродах энерги€ резко уменьшаетс€, и дуга гаснет ещЄ до достижени€ тока в коммутируемой цепи, равного нулю. —корость восстановлени€ электрической прочности межконтактных промежутков длиной 10 мм составл€ет 15 Е 20 к¬/мкс. ¬ результате происходит срез тока, который вызывает перенапр€жени€ в коммутируемой цепи. Ёто обсто€тельство €вл€етс€ существенным недостатком вакуумных выключателей, но его можно устранить установкой нелинейных ограничителей перенапр€жений.

¬ межконтактном промежутке вакуумного выключател€ в зависимости от тока и прин€тых конструктивных мер дуга может поддерживатьс€ в диффузной или сжатой (каналообразной) форме. √раничный ток, при котором дуга переходит из одной формы в другую (около 10 кј), зависит от формы, размера и материала контактов, а также от скорости изменени€ тока.

ѕадение напр€жени€ на дуге диффузной формы не зависит от тока и составл€ет дес€тки вольт (дл€ медных электродов Ц 20 ¬). ќно пропорционально произведению теплопроводности и температуры точки кипени€ материала катода.

ƒл€ сжатой формы дуги падение напр€жени€ увеличиваетс€ при увеличении тока. ѕри этом возрастает плотность тока и выдел€ема€ на электродах энерги€, что приводит к значительному увеличению посто€нной времени распада дуги (до нескольких миллисекунд против микросекунд дл€ диффузной формы дуги). ¬ св€зи с этим необходимо, чтобы в процессе отключени€ при переходе тока к нулю дуга сохран€ла диффузную форму.

Ёлектрическа€ прочность изол€ционного промежутка в вакууме чрезвычайно высока, поскольку практически исключено лавинообразное нарастание количества зар€женных частиц при их ударной ионизации из-за весьма низкой плотности газа (рис. 1.5), как видно, в однородном поле уже при длине промежутка lk = 10 мм разр€дное напр€жение превышает 200 к¬. ѕоэтому длина корпуса дугогасительной камеры (или изол€ционной еЄ части) определ€етс€ необходимой электрической прочностью воздушного промежутка между фланцами корпуса и поверхностью корпуса при увлажнени€х.

ƒл€ вакуумных выключателей наружной установки необходима€ электрическа€ прочность при увлажнени€х загр€знЄнных поверхностей обеспечиваетс€ выбором длины пути тока утечки. ѕри этом следует иметь в виду, что изол€ционный корпус разомкнутого выключател€ может оказатьс€ под воздействием двойного рабочего напр€жени€ (если напр€жени€ на контактах оказываютс€ в противофазах).

ƒлина воздушного промежутка между фланцами (без учЄта длины металлической части корпуса при его наличии) определ€етс€, исход€ из требовани€ надЄжной работы при расчЄтных воздействи€х перенапр€жений на один из контактов и рабочего напр€жени€ Ц на другой контакт.

ѕри известном разр€дном напр€жении необходима€ длина воздушного промежутка определ€етс€ по экспериментальным зависимост€м разр€дных напр€жений от длины изол€ционного промежутка или приближЄнно, исход€ из средней разр€дной напр€жЄнности ≈ср.р = 500 к¬/м (при длине промежутков до 0,5 м).

—ледует заметить, что из-за наличи€ экранов вблизи внутренней поверхности изол€ционного корпуса импульсное разр€дное напр€жение снижаетс€, что приводит к необходимости значительного увеличени€ длины изол€ционного корпуса. Ќа корпус дугогасительной камеры воздействует атмосферное давление (сжимающие усили€). ѕри lk увеличении диаметра корпуса давление на него пропорционально нарастает. ƒл€ уменьшени€ толщины стенки корпуса его диаметр принимаетс€ минимально допустимым, исход€ из условий обеспечени€ надЄжной работы аппарата. ѕри этом минимальный диаметр корпуса определ€етс€ из услови€ ограничени€ вли€ни€ экранов на электрическую прочность межконтактного промежутка. Ќа основании экспериментальных исследований установлено, что рассто€ние от контактов до экранов принимаетс€ приблизительно равным тройной длине межконтактного промежутка. ѕри этом вли€ние экранов на электрическую прочность промежутка достаточно мало.

ѕеред сборкой вакуумной дугогасительной камеры еЄ элементы подвергаютс€ предварительному нагреву в течение нескольких часов при температуре 400˚— или свыше с целью удалени€ газа с поверхности различных частей, расположенных внутри вакуумного объЄма.

√ерметизаци€ подвижного контакта ¬ƒ  осуществл€етс€ с помощью сильфона. —ильфоны почти всегда изготовл€ютс€ из нержавеющей стали. »меютс€ две разновидности сильфонов. ќдна выполн€етс€ с плавно закруглЄнным профилем на сгибах, получаемом либо раскатыванием на станке, либо формованием с помощью гидравлического пресса. ƒруга€ разновидность сильфонов выполн€етс€ с V-образным профилем сгибов; эти сильфоны выполн€ютс€ из набора плоских шайб, свариваемых между собой попеременно то по внутреннему, то по наружному диаметру. ¬ыбор того или иного типа сильно зависит от р€да причин, и отдать предпочтение какому-либо одному из них непросто. Ќо когда требуетс€ сильфон большого диаметра с большим ходом, сварные сильфоны позвол€ют значительно сэкономить место.

 

1.3. “ќ ќ¬≈ƒ”ў»≈ »  ќЌ“ј “Ќџ≈ —»—“≈ћџ

 

ќсобенностью работы токоведущей системы вакуумного выключател€ €вл€етс€ чрезвычайно низка€ теплопередача через объЄм камеры к еЄ стенкам Ц практически только в результате теплового излучени€, поскольку передача теплоты конвекцией отсутствует. ѕоэтому теплоотвод за пределы камеры происходит в основном через токоведущие стрежни неподвижного и подвижного контактов. Ёто обсто€тельство определ€ет необходимость увеличени€ площади поперечного сечени€ стержней по сравнению с требуемой дл€ пропускани€ рабочего тока.

¬ вакуумных выключател€х дуга горит в парах металла, вследствие чего на еЄ характеристики значительно вли€ют свойства контактного материала. “угоплавкие контактные материалы (типа вольфрама) обладают высокой дугостойкостью, однако имеют большой ток среза, вследствие чего возникают перенапр€жени€. ƒл€ уменьшени€ тока среза разработаны специальные композиции, не образующие твЄрдых растворов с основными компонентами. ћетоды порошковой металлургии с использованием вакуумной технологии позвол€ют создать композиции с заранее заданными характеристиками.   материалу контактов вакуумных выключателей предъ€вл€ютс€ следующие требовани€:

Ц температура кипени€ всех компонентов композиционного материала должна быть “кип < 3500   (дл€ обеспечени€ высокой отключающей способности);

  • твЄрдость по Ѕринеллю должна быть не менее 1000 ћѕа, и не должна образовыватьс€ микроостри€ (дл€ обеспечени€ высокой электрической прочности межконтактного промежутка);
  • материал должен содержать определЄнное количество такого компонента с высокой электрической проводимостью, который не образует с другими компонентами растворов и химических соединений (дл€ обеспечени€ низкого переходного сопротивлени€);
  • материал должен содержать хрупкие компоненты, снижающие прочность сварного соединени€ (дл€ обеспечени€ высокой стойкости к свариванию);
  • материал (дл€ обеспечени€ высокой эрозионной стойкости) должен состо€ть из компонентов, у которых коэффициенты аккумул€ции теплоты ka = λ м см γ м, различаютс€ не менее чем в два раза;
  • в контактный материал (дл€ обеспечени€ низкого тока среза) должен входить компонент, не взаимодействующий с другими компонентами и имеющий низкое значение критери€ срезающей способности “кип ka.

 

 онтакты ¬ƒ  большую часть времени наход€тс€ в замкнутом состо€нии, и при этом их чистые и неокислЄнные поверхности весьма склонны к холодной сварке. —варка может произойти и при искровом пробое в момент замыкани€, когда контакты сближаютс€. Ёта проблема решаетс€ путЄм добавки небольшого количества примесей в материал контакта. ƒл€ уменьшени€ тока среза следует ввести в материал контактов легколетучие добавки, не образующие твЄрдых растворов с основными компонентами.

 

 

Ќа рисунке 1.6 приведены зависимости тока среза от отключаемого тока дл€ различных материалов. јнализ этих зависимостей показывает, что хороший эффект снижени€ тока среза даЄт добавка сурьмы (в пределах 2 Е 5%).

 

 

—редний ток среза (в амперах) дл€ некоторых материалов, используемых в вакуумных аппаратах:

¬ольфрамЕЕЕЕЕЕЕ...ЕЕ9,9

∆елезоЕЕЕ..ЕЕЕЕЕЕЕ..4,4

ћедь...ЕЕЕЕЕЕЕ...ЕЕЕ.9,4

ћедь-висмутЕЕЕЕЕЕЕЕ..3,8

ћедь-сурьмаЕЕЕЕЕЕЕЕ..6,2

¬ольфрам-медь-сурьмаЕЕ...Е.2,2

¬ольфрам-медьЕЕЕЕЕЕЕ..5,0

∆елезо-медь-сурьмаЕЕЕЕЕ.1,3

 

 

–ис. 1.6

 

Ќаибольшее применение в качестве контактных материалов в ¬ƒ  нашли медно-висмутовые, медно-хромовые и медно-бериллиевые сплавы.

ƒл€ повышени€ отключающей способности примен€ютс€ специальные конструктивные меры, обеспечивающие непрерывное перемещение дуги под действием магнитного пол€, создаваемого отключаемым током (рис. 1.7). ¬ ¬ƒ  на номинальное напр€жение 10 к¬ и номинальные токи до 31,5 кј примен€ютс€ контакты с поперечным (по отношению к дуге) магнитным полем (рис. 1.7, а) с максимальной магнитной индукцией (1 Е 1,5)Ј10 “л. ¬ результате быстрого перемещени€ дуги повышаетс€ эффективность дугогашени€ и ресурс контактов.

¬ ¬ƒ  на более высокие напр€жени€ и токи отключени€ примен€ют контакты с продольным магнитным полем (рис. 1.7, б). »з рисунке 1.6 видно, что при продольном магнитном дутье отключаемые токи повышаютс€ до 100 кј и более (крива€ 1), в то врем€ как при поперечном магнитном дутье отключаемые токи не превышают 50 кј (крива€ 2). а) б) –ис. 1.7

 

Ќаиболее широкое распространение получили две разновидности контактов:

контактна€ система типа Ђспиральный лепестокї, вынуждавша€ сжатую дугу безостановочно вращатьс€ по поверхности электродов,

контактна€ система чашеобразного типа, котора€ вообще преп€тствовала образованию сжатой локализованной дуги, остающейс€ благодар€ этому на прот€жении всего процесса дугогашени€ в диффузном состо€нии.

 

 онтакты типа Ђспиральный лепестокї.

ѕринципиальное конструктивное решение контактов этого типа показано на рис. 1.7, а.  онтакты имеют дисковую форму с малым конусом со стороны контактной поверхности либо с кольцевым выступом. ѕосредством этих выступов осуществл€етс€ соприкосновение контактов во включЄнном положении, и как раз через них и протекает ток нагрузки. —воими периферийными участками спиральные контакты даже в замкнутом состо€нии не соприкасаютс€. —квозными спиралеобразными прорез€ми эти периферийные участки разрезаны на несколько лепестков, соединЄнных с остальным контактом только в его центральной части. ¬ каждой контактной паре направление спиралеобразных прорезей совпадает, как это видно из рис. 1.7, а.

–абота этих контактов происходит следующим образом: если отключаемый выключателем ток относительно невелик, так что образующа€с€ дуга может находитьс€ в диффузном состо€нии, то размыкание контактов ведЄт к установлению обычного процесса отключени€, св€занного со ст€гиванием линий тока к одной или нескольким контактным площадкам, размыкающимс€ последними. ќдновременно происходит формирование в промежутке между расход€щимис€ контактами токопровод€щих мостиков из расплавленного металла, сопровождающеес€ затем их разрывом и образованием там электрической дуги, наподобие того, как это имеет место и в обычных коммутирующих контактах. ¬озникша€ между контактами дуга затем быстро трансформируетс€ в диффузную дугу с несколькими одновременно функционирующими катодными п€тнами, перемещающимис€ беспор€дочно по поверхности контактов. Ќекоторые из этих п€тен в процессе своего движени€ доход€т до кра€ контактной поверхности и, зайд€ за него, гаснут, а другие, продолжающие ещЄ гореть, наоборот, расщепл€ютс€ надвое, так что суммарное число эмитирующих п€тен остаЄтс€ пропорциональным току, протекающему в данный момент через выключатель.  атодные п€тна стрем€тс€ распространитьс€ по поверхности катодного диска, занима€ либо всю еЄ, либо, по крайней мере, значительную еЄ часть. —овсем по-другому протекает отключение при больших токах, когда дуга в вакууме существует уже в сжатом виде. ѕосле разрыва одного или нескольких мостиков из расплавленного металла в промежутке образуетс€ одноканальна€ дуга в сжатом виде. ќтдельные катодные п€тна, отталкива€сь друг от друга, всЄ врем€ покидают зону дуги, но выйд€ за неЄ, немедленно гаснут, поскольку св€занный с ними плазменный столб под действием магнитных сил прит€гиваетс€ назад, к центральному столбу дуги. ѕоскольку соприкосновение контактов во включЄнном положении происходит не в их геометрическом центре, а по кольцевому выступу, то после их размыкани€ и образовани€ одноствольной дуги создаЄтс€ петлеобразный контур тока, в результате чего на неЄ будут действовать электродинамические силы, направленные радикально от оси контактов в сторону, под действием которых дуга будет стремитьс€ выйти за контактный выступ, смеща€сь к краю контактных дисков и выгиба€сь наружу, точно так же, как она ведЄт себ€, когда доходит до периферийной зоны линейных контактов. Ќо в данном случае из-за наличи€ спиралеобразных прорезей в промежутке между контактами возникает радиальное магнитное поле, в результате чего на дугу, помимо центробежных, будут действовать тангенциальные усили€, стрем€щиес€ переместить еЄ по окружности в направлении изгиба спиральных прорезей. Ёффективность вращени€ дуги по поверхности таких контактов зависит от кривизны спирали, причЄм чем больше кривизна спирали, тем выше эффективность работы таких контактов.  ак и в других аппаратах, гор€ща€ на контактах вакуумной камеры сжата€ дуга вызывает интенсивный локальный нагрев электродов в окрестности еЄ опорных точек. Ќо теперь уже дуга не остаЄтс€ в неподвижном состо€нии сколько- нибудь длительное врем€ в каком-то одном месте, а непрерывно перемещаетс€ по поверхности контактов, и поэтому тепло от неЄ не успевает проникнуть достаточно глубоко в металл. ¬следствие этого посто€нна€ времени охлаждени€ зоны контакта, у которой сильно нагретым оказываетс€ лишь еЄ поверхностный слой, составл€ет обычно несколько сотен микросекунд. “аким образом, к моменту, когда ток дуги приближаетс€ к нулю, сжата€ одноканальна€ дуга трансформируетс€ в свою диффузную модификацию. ѕрактически этот переход одной разновидности в другую совершаетс€, когда мгновенное значение тока составл€ет несколько килоампер, что при отключении токов короткого замыкани€ происходит за 400 Е 500 мкс до нул€ тока в зависимости от параметров цепи коммутации и содержани€ апериодической составл€ющей. Ёто врем€ оказываетс€ достаточным дл€ того, чтобы сильно нагретый дугой поверхностный слой контактов успел охладитьс€ до температуры, при которой давление паров металла в дуговом промежутке достаточно мало, что приводит к формированию окончательной стадии отключени€ дуги в диффузном состо€нии. «а врем€, прошедшее с момента изобретени€ спиральных лепестковых контактов, было предложено множество их модификаций, отличающихс€ по конструктивному исполнению. ¬ некоторых случа€х соприкосновение контактов во включЄнном положении происходит в центре, а в других Ц по кольцевому выступу, диаметр которого выбираетс€ равным примерно трети внешнего диаметра контакта, так что радиально направленные усили€ от образующегос€, благодар€ выступам, контура тока по€вл€ютс€ сразу же после размыкани€ контактов и возникновени€ между ними дуги. ¬месте с тем пока что мало доказательств того, что подобного рода усовершенствовани€ действительно оказывают существенное вли€ние на характер отключени€ дугогасительного устройства, что, по-видимому, объ€сн€етс€ в большинстве случаев наличием довольно сильных внешних магнитных полей, заметно искажающих магнитное поле в межконтактном промежутке и способствующих образованию радиальных усилий, стрем€щихс€ сместить дугу из центральной зоны контактировани€ в периферийную область спиралеобразных лепестков.

 

„ашеобразные контакты.

Ёто ещЄ одна разновидность контактных систем, примен€ющихс€ в вакуумных выключател€х (рис. 1.7, б). «десь контакты выполнены в виде чаши с толстыми стенками, прикреплЄнной своим донышком к контактодержателю. ¬о включЄнном положении контактирование происходит по открытым торцевым поверхност€м чаши. ¬ боковых стенках чаши предусмотрены наклонные прорези. ¬ контактных элементах одной контактной пары прорези наклонены в противоположные стороны. ѕри размыкании контактов между ними образуютс€ мостики из расплавленного металла, причЄм число этих мостиков зависит от отключаемого тока. ѕосле разрыва мостиков на их месте возникает параллельные электрические дуги, гор€щие одновременно во многих местах по окружности контакта. ѕереход от многочисленных мостиков к столь же многочисленным дугам обусловлен хот€ и небольшой, но вполне определЄнной индуктивностью отдельных пальцев контактной системы. ќдновременно с дугами там по€вл€ютс€ и радиальные магнитные пол€, наводимые током, протекающим через наклонные пальцы контактов. ѕод действием этих полей плазменный столб дуги вынужден перемещатьс€ по окружности в промежутке между торцами контактов в направлении, определ€емом правилом левой руки, в то врем€ как катодные п€тна на поверхности контактов медленно двигаютс€ в обратном направлении. ¬ итоге в промежутке образуетс€ как бы пола€ кольцеобразна€ дуга, наход€ща€с€ в диффузном состо€нии, котора€ не в состо€нии трансформироватьс€ в свою разновидность в виде сжатой дуги

 

. 1.4. ќ“ Ћё„јёўјя —ѕќ—ќЅЌќ—“№ ¬ј ””ћЌџ’ ƒ”√ќ√ј—»“≈Ћ№Ќџ’  јћ≈–

 

ќтключение тока.

” вакуумной дугогасительной камеры имеетс€ два предела по отключающей способности. ѕервый из них характеризуетс€ коммутационной способностью одного единственного последнего катодного п€тна, возможностью его погасани€ в услови€х, когда контакт относительно холодный. Ёти услови€ завис€т от теплофизических свойств материала катода. ¬ысокой коммутационной способностью обладают контакты, катод которых изготовлен из материала, имеющего низкое давление паров металла и хорошую теплопроводность. Ёто означает, что контакты, обладающие высокой коммутационной способностью, могут отключать цепь, когда произведение Ц dl dt „ du dt достаточно велико. ƒл€ многих металлов, оказавшихс€ в правой части графика, присуща€ им отключающа€ способность намного больше той, что требуетс€ при обычных услови€х коммутации. ƒругой предел по отключающей способности касаетс€ не скорости спадани€ тока и не скорости нарастани€ восстанавливающего напр€жени€, а самих токов короткого замыкани€, которые приходитс€ отключать выключателю. Ётот придел по коммутационной способности зависит уже от конфигурации контактной системы (котора€ в этом случае должна быть такой, чтобы преп€тствовать образованию локализованной дуги, гор€щей неподвижно на одном и том же месте), размеров контактов и материала, из которого они изготавливаютс€. “ак, например, даже если контакты имеют чашеобразную форму, вынуждающую дугу находитьс€ в диффузном состо€нии на прот€жении всей полуволны тока, они должны быть достаточно большими и обладать такими теплофизическими свойствами, чтобы даже при равномерном поглощении ими энергии от дуги не происходило нагревание всей лицевой поверхности контактов до температуры, при которой давление паров металлов в момент перехода тока через нуль превосходит 0,13 ѕа (10Ц3 мм рт. ст.). “аким образом, будь то разрезной чашеобразный контакт или же контакт со спиралеобразными лепестками, дл€ него будет существовать какой-то предел по отключаемому току короткого замыкани€, наход€щийс€ в пр€мой зависимости от размеров контактов и теплофизических свойств примесных материалов. ѕростые торцевые контакты имеют верхний предел по отключающей способности в диапазоне токов отключени€ от 10 до 17 кј (амплитудное значение в зависимости от материала контактов и промышленной частоты в данной энергосистеме, причЄм характерно, что если диаметр таких контактов больше 3 см, то ток отключени€ практически уже не зависит от размеров контактов). ѕри условии, что вакуумна€ дугогасительна€ камера коммутирует цепь в пределах своих возможностей по току отключени€ и возвращающемус€ напр€жению, можно ожидать, что она погасит дугу в первый же нуль тока, если, конечно, к этому времени контакты успеют разойтись на достаточно большое рассто€ние (скажем 3 Е 4 мм дл€ камер на 11 к¬ и 5 Е 6 мм при 15 к¬). Ёто свойство камеры сохран€етс€ при коммутации в широком диапазоне токов отключени€, начина€ от доли нагрузочного тока и конча€ полным током короткого замыкани€. ѕовторные зажигани€. –ассмотрим коммутацию цепи вакуумным выключателем, сопровождающуюс€ повторным пробоем камеры, вызванным слишком малым рассто€нием между еЄ расход€щимис€ контактами, в силу чего она не выдерживает восстанавливающегос€ напр€жени€, нарастающего там в момент, когда ток в отключаемой цепи переходит через нуль. ¬ отличие от переходных процессов, сопровождающих повторный пробой в электромагнитных выключател€х, в вакуумных выключател€х сильноточна€ дуга в момент пробо€ межконтактного промежутка может сразу и не сформироватьс€. ѕри этом в ближайшем к выключателю контуре коммутации, характеризуемом его локальными параметрами: индуктивностью L и Ємкостью —, Ц возникает высокочастотный колебательный процесс, из-за наложени€ которого результирующий ток в цепи в процесс своего нарастани€ многократно проходит через нуль. „резвычайно высока€ отключающа€ способность вакуумного дугогасительного устройства с дугой, наход€щейс€ при небольших токах в диффузном состо€нии, позвол€ет выключателю отключить этот высокочастотный ток, который протекает через него с момента возникновени€ повторного пробо€, причЄм отключение этого тока происходит в момент перехода его через нуль. ќднако вследствие того, что данный переходный процесс совершаетс€ с большой частотой, врем€ до ближайшего нул€ будет исключительно малым и контакты за это врем€ не успеют разойтись на сколько-нибудь большое рассто€ние. ¬ результате спуст€ некоторое врем€ после успешного отключени€, как только восстанавливающеес€ напр€жение нарастает до уровн€, превышающего изол€ционную прочность малого ещЄ промежутка между расход€щимис€ контактами, неизбежен вторичный пробой этого промежутка, вновь сопровождающийс€ образованием в LC-контуре высокочастотных колебаний. ѕроцесс этот может повтор€тьс€ до тех пор, пока ток промышленной частоты, протекающий в коммутируемой цепи, не нарастЄт в процессе своего изменени€ до уровн€, превышающего амплитуду высокочастотной составл€ющей переходного тока близлежащего к выключателю контура коммутации. Ќачина€ с этого момента, несмотр€ на наличие в цепи колебательного процесса, суммарный ток уже не будет больше достигать нулевого значени€ и в выключателе возникнет и сформируетс€ на прот€жении следующей полуволны тока промышленной частоты сильноточна€ дуга, гор€ща€ там до последующего перехода тока в нуль. ѕотер€ материала с поверхности разрывных контактов происходит, главным образом, по следующим трЄм причинам: 1. »з-за образовани€ и последующего разрыва жидких контактных мостиков, в результате чего унос€тс€ с поверхности контактов крохотные капли расплавленного металла. 2. »з-за эмиссии паров металла из гор€чих катодных п€тен с последующей конденсацией этих паров на противоположном контакте и защитных экранах. 3. »з-за плЄнок расплавленного металла, которые могут образовыватьс€ под действием сильного дугового разр€да на поверхности катодов и привести к формированию отдельных капелек, срыв которых с поверхности контактов совершаетс€ обычно магнитогидродинамическими силами, возникающими в результате взаимодействи€ тока дуги с еЄ собственным магнитным полем. ƒопустимый предел эрозии разрывных контактов устанавливаетс€ либо из соображений сохранени€ заданной конфигурации контактной системы, интенсивное оплавление и выгорание которой может привести к исчезновению эффекта воздействи€ на дугу магнитного пол€ контактов, либо по количеству выгоревшего до материала контактных наконечников. ¬ последнем случае превышение предела эрозии контактов может привести к весьма печальным последстви€м, ибо в отличии от контактных наконечников токоведущие стержни контактов обычно выполн€ютс€ из материала, не способного противосто€ть образованию прочных сварных соединений, и дальнейша€ эксплуатаци€ вакуумных выключателей с полностью выгоревшими контактными наконечниками может привести к аварии аппарата. ƒругим ограничивающим фактором износа контактов €вл€етс€ возрастающий из-за износа ход подвижной контактной системы, привод€щий к механической перегрузке сильфона при включении и во включЄнном положении. ”становление допустимого износа контактов по тем или иным соображени€м, не зависимо от причин его порождающих, €вл€етс€ об€зательным. ќбычно практически это осуществл€етс€ регистрацией хода подвижных контактов с фиксацией добавочного перемещени€, необходимого дл€ доведени€ выгоревших контактов до включЄнного положени€. ¬ вакуумной дугогасительной камере теплопередача от аксиальной токоведущей системе к окружающей еЄ изол€ционной обечайке затруднена из-за наличи€ там концентрического вакуумного промежутка, обладающего, как известно, исключительно высокими теплоизолирующими свойствами. ѕоэтому вс€ теплота, выдел€ема€ в контактах и в токоведущих стержн€х, должна отводитьс€ в аксиальном направлении практически лишь посредством теплопроводности и уже от стержней передаватьс€ металлическим фланцам камеры или рассеиватьс€ в окружающее пространство. ƒл€ этого чтобы обеспечить требуемый режим охлаждени€, при котором температура контактов внутри камеры не превышает предельно допустимой, необходимо создать систему достаточно эффективного теплоотвода, в результате которого выдел€ема€ в камере теплота отводилась бы примерно поровну в сторону подвижного и неподвижного контактов, при этом температура выводных зажимов камеры не должна превышать определЄнный уровень.  оммутаци€ Ємкостных токов. Ѕлагодар€ быстрому нарастанию электрической прочности, вакуумные выключатели обладают неплохими характеристиками в режиме отключени€ Ємкостных токов. ќднако дл€ успешной коммутации в этих услови€х необходимо, чтобы скорости разведени€ контактов при отключении были достаточно большими, ибо при повторном пробое небольшого контактного промежутка в камере вполне веро€тно, что в цепи образуетс€ классический переходный процесс многократного умножени€ напр€жени€. ќтключение индуктивных токов. ¬акуумные камеры, как и все другие отключающие устройства, обрывают протекающий через них ток незадолго до его естественного перехода через нуль, что объ€сн€етс€ неустойчивостью горени€ дуги при малых токах. ¬ вакуумных камерах уровень токов, при которых дуга неустойчива, называемый иначе уровнем токов среза, зависит от коммутационной способности примененных контактных материалов, по этой причине она не должна быть чрезмерно большой. “оки среза в вакуумном выключателе завис€т, как и напр€жение на дуге, от теплофизических свойств материала контактов. —реднее значение тока среза колеблетс€ от 1 ј и менее дл€ контактов из металла наподобие висмута и до 15 и даже 30 ј дл€ медных и вольфрамовых контактов соответственно. ћеталлокерамические композиционные структуры могут иметь меньшие токи среза, чем любые однородные металлы. ќпределение токов среза производитс€ обычно на основании статистических данных, имеющих примерно гауссово распределение, так что здесь можно достаточно чЄтко вы€вить как среднее значение тока среза, так и стандартное среднеквадратическое отклонение. —ледует также иметь в виду, что неустойчивому состо€нию дуги в значительной мере способствует наличие параллельной Ємкости.  оммутационные напр€жени€, возникающие в цепи при срезах отключаемого тока в вакуумных выключател€х, завис€т в свою очередь от токов среза, волнового сопротивлени€ линии и различных демпфирующих факторов. ¬месте с тем пон€тно, что эти перенапр€жени€ не могут превысить продольную электрическую прочность выключател€. ¬ этом отношении характеристики вакуумных выключателей варьируютс€ в довольно широком диапазоне в зависимости от типа дугогасительной камеры, но при надлежащих контактных материалах €вление среза тока не создаЄт особых проблем. Ёто относитс€ к вакуумным выключател€м дл€ распределительных устройств, промышленных энергетических установок, а также к вакуумным выключател€м, используемым в качестве сетевых линейных выключателей. ¬ысокий уровень токов среза, сопровождающийс€ опасными перенапр€жени€ми, может иметь место дл€ большинства типов вакуумных выключателей при коммутации ими цепей с очень большим волновым сопротивлением. ќднако обычно эти цепи, способны служить источником высоких перенапр€жений при отключении любых типов выключателей, вследствие чего там, по- видимому, во всех случа€х необходимы соответствующие меры предосторожности.

 

1.5. ¬»ƒџ ¬ј ””ћЌџ’ ƒ”√ќ√ј—»“≈Ћ№Ќџ’  јћ≈–

 

јктивный объЄм вакуумной дугогасительной камеры, наиболее способствующий успешному отключению тока, это, во- первых, объЄм межконтактного промежутка, а во-вторых, Ц пространство, ограниченное с одной стороны этими контактами, а с другой Ц защитным экраном. »сключительно высокие диэлектрические свойства вакуума позвол€ют придать дугогасительной камере очень небольшие габариты. ќднако необходимость в надлежащей изол€ции камеры снаружи не позвол€ет сделать это. »ногда вакуумные камеры дл€ повышени€ их внешней электрической прочности погружают в сосуд с изолирующей жидкостью, что позвол€ет намного сократить их габаритные размеры. ¬ своЄ врем€ было предложено множество различных конструкций камер, из которых наибольшее распространение получили три конструкции, показанные схематически на рис. 1.8. »з них наиболее распространена камера, изображЄнна€ на рис. 1.8, а. «десь контакты окружены главным электростатическим экраном, который служит дл€ охлаждени€ и конденсации на нЄм паров металла, образующихс€ в камере при коммутации выключател€. ѕомимо центрального экрана, на обоих фланцах предусмотрены концевые экраны, защищающие от попадани€ на поверхность изол€ционной обечайки паров металла, доход€щих в процессе коммутации до торцевых фланцев камеры и отражающихс€ от них назад. »зол€ционна€ обечайка может выполн€тьс€ практически из любого газонепроницаемого электроизол€ционного материала неорганического происхождени€. ¬ середине, изнутри к ней, крепитс€ главный экран. √ерметизаци€ подвижного контакта камеры выполн€етс€ с помощью сильфона, помещаемого также внутрь камеры, что предохран€ет его от внешних повреждений. ¬ зависимости от конструкции, в камере могут быть, а могут и не быть направл€ющие втулки, служащие дл€ ориентации подвижного контакта. ƒлина камеры лишь ненамного больше еЄ диаметра, и поэтому контакты такой камеры оказываютс€ относительно короткими. ѕоследний фактор немаловажен, так как упрощает обеспечение высокой механической прочности и надлежащего теплового режима контактной системы. Ќесколько ина€ конструкци€ дугогасительной камеры показана на рис. 1.8, б. ƒиаметр обечайки этой камеры меньше, чем у предыдущей, но достигнуто это за счЄт значительного увеличени€ еЄ длины. √лавный электростатический экран становитс€ здесь как бы частью обечайки, а изол€ци€ последней обеспечиваетс€ двум€ изол€ционными цилиндрами, по одному с каждой стороны экрана.  онструкци€ вакуумной камеры на рис. 1.8, в, хот€ и предлагалась к внедрению, но по р€ду причин так и не была применена на вакуумных выключател€х. ќбечайка на этой камере выполнена металлической, а изол€ци€ еЄ осуществл€етс€ посредством торцевых фланцев из электроизол€ционного материала, на которых монтируютс€ контакты камеры. —ильфон и внутренн€€ поверхность фланцев защищены системой электростатических экранов. ќдним из достоинств этой конструкции €вл€етс€ простота и дешевизна герметизации уплотнительного узла на стыке металлической обечайки и изол€ционных фланцев, осуществл€емой благодар€ эластичным уплотнени€м, работающим на сжатие. ќсновной недостаток такой камеры Ц сложность создани€ дл€ неЄ изол€ции, обладающей достаточно высокой электрической прочностью, ибо в данном случае изол€ци€ работает в радиальном направлении, и потому проблема заключаетс€ в выдерживании не только надлежащих разр€дных рассто€ний, но и соответствующих длин путей утечки. ѕо этой причине подобные камеры наход€т применение лишь дл€ вакуумных выключателей на напр€жени€ не свыше 3 к¬. а) б) в) –ис. 1.8 ѕомимо здесь распространЄнных, предлагалось много других конструктивных решений камеры вакуумного выключател€, многие из них прошли экспериментальную проверку, однако в подавл€ющем большинстве случаев современные вакуумные дугогасительные камеры выпускаютс€ в виде, показанном на рис. 1.8, а и б.

 

 

 онфигураци€ и размеры контактной системы дугогасительных устройств завис€т как от требуемой пропускной способности по номинальному току, так и от токов короткого замыкани€. —уммарна€ площадь поверхности контактных элементов, подверженна€ воздействию электрической дуги, должна быть достаточно большой, чтобы эти контакты были в состо€нии поглотить выдел€емую в процессе дугогашени€ энергию, не подверга€сь при этом чрезмерному перегреву. — другой стороны, во избежание недопустимого превышени€ температуры токоведущих деталей при длительном протекании нагрузочного тока контакты камеры во включЄнном положении должны образовывать достаточно много контактных площадок с большой суммарной площадью соприкосновени€ (последн€€ зависит от твЄрдости материала контактов и сжимающего усили€), что необходимо дл€ эффективного теплоотвода от этих площадок в подобном режиме. ѕри конструировании вакуумных камер следует учитывать возможность некоторого разм€гчени€ металлических деталей в процессе их нагрева при изготовлении камеры, в частности дл€ термообработки, дегазации и т.п.  онструкци€ дугогасительной камеры и технологический режим еЄ сборки должны быть таковы, чтобы при еЄ изготовлении исключалось попадание загр€знений внутрь камеры. “ехнические характеристики современных дугогасительных камер представлены в табл. 1.1.

 

 

1.6.  ќЌ—“–” ÷»» ¬ј ””ћЌџ’ ¬џ Ћё„ј“≈Ћ≈…. ќ—Ќќ¬Ќџ≈ —¬≈ƒ≈Ќ»я ƒугогасительна€ камера может быть закреплена либо за конец токоведущего стержн€ еЄ неподвижного контакта, либо посредством шпилек или иных крепЄжных элементов на фланце подвижного контакта. Ѕольшинство камер разрешаетс€ монтировать в любом произвольно ориентированном положении. ≈сли камера закреплена за конец стержн€ неподвижного контакта, то при включении ударные нагрузки через неподвижный контакт передаютс€ непосредственно несущим опорным конструкци€м аппарата. ћеханические нагрузки на изол€ционную обечайку в этом случае будут относительно небольшими, и главным образом вибрационного характера, в виде упругих колебаний они распростран€ютс€ от зафиксированного контактного стержн€ по сопр€жЄнному с ним фланцу камеры и передаютс€ от последнего на обечайку. ≈сли же, наоборот, камера закреплена посредством монтажных элементов, св€занных с фланцем подвижного контакта, то ударные воздействи€ при включении аппарата передаютс€ его несущим опорным конструкци€м через изол€ционную обечайку, котора€, равно как и места еЄ спа€ с армирующими фланцами, должна быть теперь рассчитана на многократные подобные нагрузки. »з сказанного следует, что если прин€то решение о креплении дугогасительной камеры со стороны еЄ подвижного контакта, то следует позаботитьс€ о том, чтобы изол€ционна€ обечайка была изготовлена из высокопрочного электроизол€ционного материала, способного выносить повышенные механические нагрузки. Ќи в коем случае нельз€ жЄстко закрепл€ть камеру с обоих концов, так как при этом из-за любой неточности монтажа либо вследствие изгиба опорной конструкции выключател€ в обечайке могут возникать чрезмерно высокие напр€жени€, опасные дл€ данного изол€ционного материала. ≈сли камера крепитс€ за стержень неподвижного контакта и вместе с тем на ней предусмотрены монтажные шпильки или иные элементы у противоположного фланца, они могут быть использованы дл€ установки боковых распорок, помогающих выдерживать резкие боковые нагрузки механического или электродинамического происхождени€ на неподвижный контакт. ƒл€ вакуумных выключателей сравнительно небольшого напр€жени€, на которых достаточно применить всего одну дугогасительную камеру на полюс, может быть предусмотрена сама€ проста€ св€зь приводного механизма с контактным устройством посредством изол€ционной т€ги, на конце которой монтируютс€ специальные разв€зывающие устройства, обеспечивающие необходимый провал контактов и переход передвижной системы за мЄртвую точку, о чЄм подробнее будет сказано несколько позже. ¬ вакуумных выключател€х с двум€ разрывами на полюс камеры зачастую монтируют горизонтально, располага€ симметрично по разные стороны центральной колонки с механизмом управлени€. ¬нешне полюс такого выключател€ принимает “-образную форму, причЄм камеры в этом случае устанавливаютс€ подвижными контактами навстречу друг другу, а оперирование ими осуществл€етс€ посредством проход€щей внутри колонки изол€ционной т€ги, сочленЄнной наверху с контактами промежуточной рычажной передачей. ¬ тех случа€х, когда необходимо иметь на выключателе три или ещЄ больше камер на полюс, их, как правило, располагают в р€д, одну за другой. ќперирование подвижными контактами здесь производитс€ обычно с помощью пространственной изол€ционной конструкции, напоминающей лестницу, проход€щей вдоль всего дугогасительного устройства полюса и состо€щей из двух продольных изолирующих стержней, св€занных поперечными планками, посредством которых эта система сочлен€етс€ с подвижными контактами отдельных камер. ѕри “-образной компоновке здесь, как и раньше, камеры монтируютс€ горизонтально, располага€сь симметрично по обе стороны центральной опорной колонки с установленным на ней механизмом управлени€. ќднако теперь в каждом плече полюса помещаетс€ уже не одна, а цела€ группа из двух или более последовательно соединЄнных дугогасительных камер. ќдновременное оперирование обеими группами камер осуществл€етс€ с помощью общей вертикальной т€ги управлени€. ѕоследн€€ выполн€етс€ из электроизол€ционного материала и, пройд€ внутри полой опорной колонки, соедин€етс€ с распределительным рычажным механизмом управлени€, св€занным, в свою очередь, с подвижными контактами камер изол€ционными детал€ми. ¬ качестве варианта приводного механизма дл€ вакуумного выключател€ высокого напр€жени€ зачастую рассматриваетс€ гидравлическа€ система управлени€, особа€ привлекательность которой заключаетс€ в малом ходе подвижных контактов в таком аппарате. ¬ некоторых камерах токоведущий стержень подвижного контакта ориентирован в продольном направлении специальной направл€ющей, предусмотренной на фланце камеры в месте выхода стержн€ наружу. ƒл€ уменьшени€ трени€ скольжени€ и обеспечени€ оперировани€ во внутреннем канале направл€ющей желательно устанавливать гильзу из изол€ционного материала, коэффициент трени€ которого при работе в паре с данным стержнем был бы относительно небольшим. ¬ иных камерах встроенные направл€ющие дл€ ориентировани€ подвижного контактного стержн€ вообще отсутствуют, и эта функци€ перекладываетс€ на механизм управлени€ выключателем.  онструкци€ камер и способ их подключени€ в цепь должны быть таковы, чтобы ни при сборке выключател€ в заводских услови€х, ни при монтаже либо замене отдельных камер в услови€х эксплуатации подвижные контакты не оказались подверженными воздействию чрезмерных скручивающих или изгибающих усилий, которые в состо€нии привести к повреждению сильфона. ѕри монтаже дугогасительных камер с помощью монтажных шпилек, ввЄрнутых во фланец подвижного контакта, необходимо предусмотреть меры, чтобы ток к подвижному контакту подводилс€ только посредством его держател€ и не мог протекать через монтажные шпильки фланца. ƒело в том, что монтажные шпильки в этом случае оказываютс€ электрически св€занными с подвижным контактом, причЄм эта св€зь существует даже тогда, когда в камере предусмотрена изол€ционна€ направл€юща€ контактного стержн€. ѕри этом путь тока к подвижному контакту может пролегать не только по основному токоведущему контуру выключател€, но и в обход, через металлические конструктивные элементы, поддерживающие камеру в заданном положении, монтажные шпильки, фланец подвижного контакта и, наконец, через металлический сильфон, прикрепл€емый одним концом к фланцу, а другим Ц к стержню подвижного контакта. ƒлительное протекание заметной части тока по обходному контуру может привести в результате к недопустимо большому нагреву сильфона, выполн€емого обычно из тонкого листового металла, и к его повреждению. ¬о избежание таких последствий в тех случа€х, когда налицо реальна€ опасность образовани€ обходного паразитного контура тока, приходитс€ в месте установки монтажных шпилек предусматривать переходные втулки из электроизол€ционного материала, исключающие байпасные пути тока.  онтактное нажатие в вакуумной дугогасительной камере должно быть достаточным дл€ того, чтобы: а) создать низкое переходное сопротивление; б) обеспечить надЄжное включение на ток короткого замыкани€; в) удерживать контакты замкнутыми при токах короткого замыкани€.  онтактное нажатие, необходимое дл€ обеспечени€ требуемой пусковой способности по номинальному току, как правило, того же пор€дка или несколько меньше, чем то, которое необходимо дл€ обеспечени€ надлежащей включающей способности выключател€ и дл€ удержани€ контактов включЄнными при сквозных токах короткого замыкани€. ќбычно именно последний режим работы €вл€етс€ определ€ющим в выборе контактного нажати€ в конкретных услови€х. Ёлектромагнитные силы отталкивани€, возникающие между простыми торцевыми контактами в вакууме, практически не отличаютс€ от тех, что возникают между такими же контактами в воздухе. ќбъ€сн€етс€ это тем, что причиной возникновени€ этих сил €вл€етс€ повышенное магнитное давление, образующеес€ в зоне сгущени€ линий тока у контактных площадок. ќднако в процессе горени€ дуги между разрывными контактами вакуумной дугогасительной камеры вследствие их значительно более сложной конфигурации, чем у обычных торцевых контактов, силы электродинамического отброса контактов будут всЄ же чуть выше, чем в других аппаратах. Ёто повышение в какой-то мере компенсируетс€ наличием у контактов вакуумных выключателей довольно большого числа контактных площадок, по которым происходит фактическое соприкосновение контактов во включЄнном положении, благодар€ чему силы электродинамического отталкивани€ контактов снижаютс€. ƒополнительные силы отталкивани€ контактов, обусловленные давлением в плазменном столбе дуги, обычно невелики, а по сравнению с силами электродинамического отброса контактов пренебрежительно малы. ¬ процессе включени€ выключател€ электромагнитных сил взаимодействи€ между сближающимис€ контактами вплоть до момента возникновени€ между ними предварительного пробо€ не имеетс€. ќднако последний в вакуумной камере наблюдаетс€ обычно в момент, когда контакты подойдут друг к другу на достаточно близкое рассто€ние, составл€ющее здесь лишь доли миллиметра или около того. Ѕлагодар€ этому дополнительна€ энерги€, требующа€с€ дл€ надЄжного включени€ контактов из-за предварительного пробо€, обычно совсем мала. ѕричЄм если предварительный пробой и произойдЄт, всЄ же возникающие в этом случае усили€ определ€ютс€, главным образом, лишь силами электродинамического отталкивани€ контактов: при этом совершенно отсутствует противодавление, сопутствующее предварительному пробою в масл€ных выключател€х. Ѕлагодар€ исключительно высокой электрической прочности вакуумных промежутков ход подвижных контактов камеры обычно очень мал. “ак, у вакуумных камер на 11 и 15 к¬ он составл€ет 8 Е 12 мм, а у камер вакуумных контакторов на 3,3 к¬ Ц ещЄ меньше, около 2 мм. ѕо отключающей способности многие дугогасительные камеры могли бы успешно коммутировать ток и при меньшем растворе контактов. Ќо поскольку промежуток между контактами, помимо дугогашени€, должен выполн€ть ещЄ и изолирующие функции, обеспечива€ необходимую продольную изол€ционную прочность конструкции, а также успешно коммутировать в режиме отключени€ Ємкостных токов, то, исход€ в основном именно из этих двух режимов, и определ€ли приведЄнные выше значени€ рабочего хода подвижной системы вакуумных аппаратов. —корость смыкани€ контактов должна удовлетвор€ть одновременно двум противоположным техническим требовани€м. — одной стороны, скорость в момент соприкосновени€ контактов должна быть достаточно мала, чтобы не вызывать чрезмерных механических напр€жений в момент соударени€. Ёто особенно важно дл€ вакуумных камер, отдельные детали которых в процессе производства подвергаютс€ пайке и дегазации при довольно высоких температурах и вследствие этого зачастую оказываютс€ далеко не столь прочными и упругими, как аналогичные детали у аппаратов традиционного исполнени€.  роме того, низка€ скорость включени€ также позвол€ет снизить упругие колебани€ сильфона и тем самым повысить его механический ресурс. Ќаконец, низка€ скорость движени€ контактов в момент их встречи способствует более м€гкому включению выключател€, упрощает борьбу с вибрацией его контактов. — другой стороны, повышение скорости включени€ контактов уменьшает длительность дугового разр€да в камере, вызванного предварительным пробоем еЄ межконтактного промежутка. Ёто обсто€тельство имеет немаловажное значение, так как уменьшает эрозию контактов, сваривание их при последующем смыкании и веро€тность возникновени€ в цепи повтор€ющихс€ пульсаций напр€жени€, вызванных нестабильностью разр€дных характеристик промежутков между медленно сближающимис€ контактами в период, непосредственно предшествующий предварительному пробою. ¬ современных вакуумных выключател€х скорости включени€ контактов в момент их встречи составл€ют 0,6 Е 2 м/с. Ќа скорость отключени€ контактов решающее вли€ние оказывают следующие два фактора: 1) длительность горени€ дуги; она должна быть достаточно малой. ћаксимальна€ продолжительность процесса дугогашени€ в вакуумной камере не должна быть много больше, чем полтора полупериода тока промышленной частоты; 2) отключение вакуумным выключателем Ємкостных токов; оно не должно сопровождатьс€ повторными пробо€ми. ≈сли переход через нуль произойдЄт в момент времени, близкий к моменту размыкани€ контактов, то уже к следующему нулю тока электрическа€ прочность камеры должна быть достаточно большой дл€ уверенного отключени€ цепи без повторных пробоев.  ак правило, полагают, что оптимальна€ скорость разделени€ контактов должна быть такова, чтобы они за один полупериод промышленной частоты успевали пройти рассто€ние равное примерно 50 Е 80% полного раствора контактов в отключЄнном положении. ѕри конструировании вакуумных выключателей свариванию контактов удел€етс€ особое внимание. ¬ большинстве случаев прин€то контакты изготавливать из материалов, плохо поддающихс€ свариванию и образующих сравнительно слабые в механическом отношении сварные соединени€, достаточно хрупкие, чтобы их можно было легко разрушить при оперировании выключателем, не поврежда€ при этом каких-либо его элементов. ƒл€ обеспечени€ надЄжной работы вакуумного выключател€ в различных режимах коммутации, которые могут быть на прот€жении длительного периода эксплуатации, практически все без исключени€ промышленные аппараты выполн€ютс€ таким образом, чтобы в них энерги€, необходима€ дл€ отрыва сварившихс€ контактов, составл€ла лишь малую часть энергии, потребной дл€ обеспечени€ рекомендуемых скоростей разведени€ контактов при отключении. “ипичным конструктивным решением данной проблемы €вл€етс€ такой механизм управлени€, который в процессе оперировани€ прежде, чем начать размыкать контакты, на прот€жении некоторого хода осуществл€л бы разгон сцепленных с ним подвижных органов аппарата, обладающих некоторой заданной массой, до скоростей, несколько превышающих нормированные скорости отключени€ подвижных контактов. Ёквивалентна€ масса разгон€емых органов выбираетс€ обычно равной либо несколько большей массы подвижных контактов. «а счЄт большой кинетической энергии движущихс€ органов в момент их сочленени€ с подвижными контактами происходит отрыв последних от неподвижных контактов, сопровождающийс€ разрушением сварных соединений, если таковые имели место. ќставшегос€ неизрасходованного запаса кинетической энергии после этого должно хватать на дальнейшее разведение оторвавшихс€ контактов с оптимальными скорост€ми. ’арактер ударного воздействи€ разгон€емых органов механизма управлени€ на подвижные контакты определ€етс€ упругими свойствами системы молоток-контакт. ¬ момент соударени€, податливостью отдельных еЄ конструктивных звеньев. ƒл€ демпфировани€ ударных нагрузок это сочленение иногда содержит эластичные прокладки либо сочлен€емые органы содержат металлические элементы, способные упруго деформироватьс€ при соударении. ќсновной причиной износа коммутирующих контактов вакуумного выключател€ €вл€етс€ электрическа€ эрози€ их поверхности под вли€нием возникающего там дугового разр€да; износ контактов из-за чисто механического многократного оперировани€ выключател€ без тока незначителен. ¬ большинстве типов вакуумных камер интенсивность эрозии контактов, выраженна€ в граммах на кулон отключаемого тока, не €вл€етс€ посто€нной, а возрастает с увеличением коммутируемого тока. “емпература самих контактов будет на несколько градусов выше, чем у выводных зажимов. Ётот перепад температуры определ€ет интенсивность теплоотдачи посредством теплопроводности и в реальных услови€х зависит от теплофизических свойств и размеров материала стержней и контактов. ¬месте с тем, поскольку контакты в вакуумной камере не подвержены окислению, это превышение температуры не имеет существенного значени€. ѕодвижна€ система вакуумных камер под действием атмосферного давлени€ на сильфон обычно стремитс€ переместитьс€ во включЄнное положение. ќднако известны и такие конструкции камер, в которых, наоборот, контакты под действием атмосферного давлени€ удерживаютс€ в отключЄнном положении, а включение аппарата совершаетс€ под действием усили€ включающих пружин, после сн€ти€ которого они возвращаютс€ в отключЄнное положение. ѕружинные устройства подвижных контактов могут содержатьс€ в любом из промежуточных звеньев механизма управлени€ выключателем.  омбиниру€ различным образом работу этих устройств и механизма управлени€, можно создать аппараты, в которых освобождЄнные пружинные устройства будут удерживать контактную систему либо во включЄнном, либо в отключЄнном положении. ¬ первом случае, с помощью привода производитс€ размыкание контактов, а во втором Ц их включение. ѕринципиальной разницы между этими двум€ разновидност€ми механизмов управлени€ нет. ≈динственное, что тут следует отметить, это то, что при размещении пружинного устройства вблизи подвижного контакта уменьшаетс€ число промежуточных звеньев, при поломке которых может произойти самопроизвольное включение дугогасительной камеры, в то врем€ как она должна была бы оставатьс€ в отключЄнном состо€нии.

 

2. ¬ј ””ћЌџ≈ ¬џ Ћё„ј“≈Ћ» ѕ–ќ»«¬ќƒ—“¬ј ќјќ ЂЁЋ≈ “–ќ ќћѕЋ≈ —ї (ЂЁЋ ќї), г. ћ»Ќ”—»Ќ— 

 

ќ—Ќќ¬Ќџ≈ —¬≈ƒ≈Ќ»я ќјќ ЂЁЋ ќї (г. ћинусинск) серийно выпускает вакуумные выключатели с 1981 г. [6, 9]. ѕредпри€тие имеет большой опыт проектировани€ и производства вакуумных выключателей. ¬ыключатели предназначены дл€ коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сет€х трЄхфазного переменного тока с изолированной нейтралью частотой 50 √ц (60 √ц), номинальным напр€жением до 12 к¬, номинальными токами от 630 ј до 3150 ј и токами отключени€ от 5 до 40 кј. ћеханический и коммутационный ресурс при номинальном токе Ц до 50 000 операций отключени€.  оммутационный ресурс при токах короткого замыкани€ Ц до 100 операций отключени€ без обслуживани€ и замены дугогасительных камер. ¬ыключатели изготавливаютс€ со встроенными электромагнитными или пружиномоторными приводами со схемами управлени€ на посто€нном или переменном токе и могут примен€тс€ в различных климатических услови€х с температурой окружающей среды от Ц60 до +50∞— и относительной влажностью воздуха до 100% при +25∞—. –екомендуютс€ дл€ применени€ на нефтебуровых установках, мощных экскаваторах, передвижных электростанци€х, в электрических подстанци€х, шахтах, метрополитенах и других распределительных устройствах наружной и внутренней установки общепромышленного применени€. ¬ насто€щее врем€ потребител€ми эксплуатируетс€ свыше 40 000 вакуумных выключателей производства ќјќ ЂЁЋ ќї. ¬ таблице 2.1 дл€ примера приведены основные технические характеристики трЄх типов вакуумных дугогас€щих камер, выпускаемых ћинусинским заводом вакуумных выключателей:

 ƒ¬2-10-5/400 ”’Ћ2, предназначенной дл€ вакуумных контакторов переменного тока высокого напр€жени€, климатического исполнени€ и категории размещени€ ”’Ћ2, 5 по √ќ—“ 15150Ц69 и √ќ—“ 15543Ц70 дл€ класса напр€жени€ 10 к¬ с облегчЄнной изол€цией, ”’Ћ5, “2, “5 дл€ класса напр€жени€ 6 к¬ с нормальной изол€цией;

 

 ƒ¬’-10-10/630 ”’Ћ2, “3, предназначенной дл€ комплектации вакуумных выключателей напр€жени€ 10 к¬ и 11 к¬ переменного тока частоты 50 √ц и 60 √ц;  ƒ¬35-25/1600 ”’Ћ2, предназначенной дл€ комплектации вакуумных выключателей напр€жени€ 35 к¬ переменного тока частоты 50 √ц и 60 √ц.

 

2.1. ¬акуумные дугогасительные камеры  ƒ¬’-10-10/630  ƒ¬-35-25/1600  ƒ¬2-10-5/400 ѕараметры Ќоминальное напр€жение, к¬ 10 10 35 Ќаибольшее рабочее напр€жение, к¬ 12 12 40,5 Ќоминальный ток, ј 400 630 1600 Ќоминальный ток отключени€, кј 5 10 20  оммутационна€ износостойкость, цикл: при номинальном токе 750 000 50 000 20 000 при номинальном токе откл. 50 100 100 ћеханический ресурс, циклы Ђ¬ќї 750 000 50 000 50 000 ƒлина, мм, не более 185 222 410 ƒиаметр, мм 75 102 150 ћасса, кг 1,7 2,9 11 ¬акуумные дугогасительные камеры, €вл€€сь основной частью вакуумного выключател€, имеют обозначени€, которые расшифровываютс€ следующим образом:  ƒ¬ - - / ”’Ћ 2 камера дугогасительна€ вакуумна€ конструктивные особенности номер разработки номинальное напр€жение, к¬ номинальный ток отключени€, кј номинальный ток, ј вид климатического исполнени€ категори€ размещени€ по √ќ—“ 15150Ц69 ќјќ ЂЁЋ ќї на сегодн€ €вл€етс€ крупнейшим в –оссии производителем вакуумных выключателей на класс напр€жени€ до 10 к¬.  роме того, ЂЁЋ ќї обеспечивает и замену морально и физически устаревших выключателей всех видов в €чейках контрольно-распределительных устройств любого типоисполнени€ на современные.

 

2.2. ¬ј ””ћЌџ≈ ¬џ Ћё„ј“≈Ћ» Ќа рисунках 2.1 Ц 2.3 приведены некоторые типы выключателей, а в табл. 2.3 Ц основные технические характеристики вакуумных выключателей производства ћинусинского ќјќ ЂЁЋ ќї. ¬ыключатель ¬¬Ё-ћ-10-40 (рис. 2.1) устанавливаетс€ в  –” типа  -105,  -59, а также могут быть использованы дл€ замены и м





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2016-11-24; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1772 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

ƒаже страх см€гчаетс€ привычкой. © Ќеизвестно
==> читать все изречени€...

1469 - | 1309 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.074 с.