Описание лабораторной установки

Испытательная установка состоит из собственно вакуумного выключателя ВВ-ТЕL-10, управляющих его работой блоков ВР, ВU и ПУ, рычажного устройства измерения силы удержания выключателя во включенном положении и источников оперативного и рабочих токов. Конструктивно выключатель укреплен на рабочем столе лабораторного стенда и смонтирован с рабочими блоками в стандартную схему управления (рис. 5.4). Питание главных цепей аппарата предусмотрено от отдельного многоамперного источника напряжения 12В с соседнего стенда. Для измерения силы удержания средний полюс выключателя соединен рычажным механизмом, уменьшающим величину силы в 5 раз, со стрелочным динамометром (по типу механизма рис. 3.3).

Исследуемый выключатель имеет особенности управления.

Включение выключателя не допускается при пониженном напряжении на входе трансформатора Т1. Попытка включения при таких условиях может привести к тому, что выключатель не станет на «магнитную защелку». Повторное одиночное включение допускается только с интервалом более 3 с, а многократное (более 5 раз) с интервалом более 8 с и паузой не менее одной минуты между сериями.

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией и принципом действия камеры ВДК и выключателя ВВ/TEL-10; записать технические характеристики, сравнить их с параметрами и характеристиками других ВДК и вакуумных выключателей.

2. Ознакомиться со схемой управления выключателя, назначением и функциями блоков BU и ВР, последовательность этапов включения и отключения.

3. Проверить работоспособность схемы управления по выполнению основных коммутационных операций.

Включить блок питания; должны зажечься индикаторы красного цвета «СЕТЬ» и зеленого – «ГОТОВ». С пульта управления кнопкой ВКЛ подать команду включения – выключатель должен включиться. После паузы в 2–3 с подать команду отключения – выключатель должен отключиться.

Проверить блокировку от прыгания. Нажать кнопку «ВКЛ» и сразу же за этим без паузы кнопку «ОТК» и опустить, удерживая первую в нажатом положении. Выключатель выполняет цикл В-0 и повторно не включается.

Включить выключатель. Снять напряжение питания с ВР, подождать примерно 10 с и нажать кнопку «ОТКЛ» – выключатель должен отключиться.

4. Измерить величину удерживающей силы во включенном положении выключателя.

5. Включить силовую цепь. Методом ампер-вольтметра измерить величину сопротивления токового контура выключателя; оценить величину переходного сопротивления контактов вакуумной дугогасительной камеры.

6.Экспериментально определить собственное время отключения выключателя, предварительно составив схему проведения опыта и согласовать с преподавателем.

Контрольные вопросы

1. В чем различие аксиального и радиального типов камер ВДК?

2. Что такое «срез» тока при отключении выключателя; какими мерами снижается величина тока «среза», какие последствия вызывает «срез» тока?

3. В чем преимущества «магнитной защелки» перед традиционными устройствами того же назначения в выключателях других типов?

4. Перечислите основные достоинства вакуумных выключателей. Возможно ли их использование для коммутации постоянного тока?

 

Лабораторная работа №6

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕГАЗОВОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

 

Цель работы - изучение принципа действия и конструкции элегазовых выключателей, ознакомление с процессами, протекающими в элегазовом промежутке при отключении электрического тока, с параметрами и с областями применения элегазовых выключателей.

Предмет исследования

В элегазовых выключателях применяется сравнительно невысокое давление. Это объясняется замечательными свойствами элегаза: высокой электрической прочностью и высокой дугогасительной способностью. Высокая электрическая прочность шестифтористой серы SF6 была установлена советскими физиками-ядерщиками Гохбергом и Зайделем начале 40-х годов прошлого века. Предвидя перспективы применения этого газа в электрооборудовании, шестифтористая сера была ими названа электрическим газом, а сокращенно — элегазом.

Молекула SF6 представляет собой правильный октаэдр, в центре которого находится атом серы (рис. 1). Радиус атома серы на 20 % больше радиуса фтора, поэтому атомы фтора плотно облегают атом серы, защищая его от внешних воздействий. Такое строение молекулы объяс­няет многие свойства шестифтористой серы.

Рис.1 Строение молекулы элегаза

 

Элегаз совершенно безвреден, химически неактивен, в обычных экс­плуатационных условиях не действует на материалы, применяемые в электроаппаратостроении. Он бесцветен, не имеет запаха, тяжелее воздуха примерно в пять раз, скорость звука в элегазе в два с лишним раза меньше, чем в воздухе. Удельная объемная теплоемкость элегаза выше в 3,7 раза, чем воздуха, а коэффициент теплоотдачи с поверхности такой же, как в водороде. Элегаз не горит и не поддерживает горение. По химической активности он сходен с азотом.

При горении дугового разряда происходит диссоциация и ионизация части элегаза, однако за этим следует рекомбинация без образования каких-либо продуктов разложения.

При атмосферном давлении элегаз может находиться в газообразном и твердом состоянии. Как видно из диаграммы (рис. 2), при атмосферном давлении в твердое состояние элегаз переходит при температуре -63,8°С, а в жидкое состояние элегаз может переходить только при давлении выше 0,228 МПа, тройная точка на диаграмме, где встречаются границы газообразного, жидкого и твердого состояний, соответствует температуре -50,8°С. Считается, что предел применения элегаза прихо­дится на -41...- 42°С при давлении 0,40...0,45 МПа.

Рис. 2. Состояние элегаза в зависимости от температуры и давления

Элегаз относится к числу электроотрицательных газов. Ряд химических элементов, таких как F, Cl, Br, I, О, имеют сродство к электронам, что выражается в образовании отрицательных ионов этими элементами при наличии свободных электронов.

Простейшим условием развити газового разряда является соотно­шение

α_эф·S > К,

где К— коэффициент, учитывающий тип газа, S - длина разрядного промежутка.

В свою очередь α_эф = α - η, где а — количество ионизаций, произве­денных одним электроном на единичном пути вдоль силовой линии элек­трического поля; η— коэффициент прилипания электронов.

Чтобы компенсировать убыль электронов за счет прилипания, необходимо повышать напряженность электрического поля для интенсификации процесса ионизации. Расчетно-экспериментальные значения относительных напряженностей (Е/р), характеризующих энергию набранную электроном за свободный пробег, и при которых выполняется условие развития разряда, составляют: для воздуха - 2,7-10-4 кВ/(см·Па), а для элегаза в три раза больше - 8,9- 10-4 кВ/(см·Па). Такая разница объясняется тем, что коэффициент прилипания в воздухе значительно меньше коэффициента прилипания в элегазе, в то время как коэффициенты ионизации а в этих газах примерно одинаковы.

 

На рис. 3 представлены напряжения пробоя промышленной частоты промежутков с электрическим полем, близким к однородному, для воздуха при атмосферном давлении и для элегаза при атмосферном и повышенных давлениях. Согласно этим данным при атмосферном давлении средняя пробивная напряженность в воздухе составляет 20 кВ/см, а в элегазе - 60 кВ/см. Следует отметить, что наибольшее преимущество элегаза проявляется при сравнительно невысоких давлениях, например, уже при повышении давления до 0,5 МПа наблюдается только 2-кратное повышение электрической прочности элегаза.

 

Рис. 3. Напряжения пробоя элегазовых промежутков при различных давлениях и воздушных промежутков при атмосферном давлении

 

Элегаз обладает высокой дугогасительной способностью, что объясняется особенностями горения дуги в элегазе. Из-за более низкой теплопроводности при высоких температурах токопроводящий канал в элегазе имеет меньший диаметр, но более высокую температуру. Затухание проводимости канала интенсивно охлаждаемой дуги при подходе тока к естественному нулю в элегазе происходит очень быстро. Принято скорость исчезновения проводимости дуги характеризовать псевдопостоянной времени Г, которая прямо пропорциональна теплосодержанию дуги и обратно пропорциональна мощности теплоотвода. В момент перехода тока через нуль Т интенсивно охлаждаемой дуги в элегазе составляет 1 мкс, что на несколько порядков меньше Т дуги, горящей в воздухе. Сравнительные испытания показали, что дугогасительная способность элегаза примерно на порядок выше, чем воздуха. С другой стороны, проводящий канал дуги в элегазе весьма устойчив к механическим воздействиям и сохраняется почти до самого момента перехода тока через нуль, т.е. срез тока бывает незначительным при отключении.

 

Гашение дуги в выключателях происходит при интенсивном теплоот­воде за счет дутья с целью создания дисбаланса между подводимой и рассеиваемой энергии. Основными механизмами потерь являются радиальная диффузия и излучение. В элегазовых выключателях газ не выбрасыватся наружу.

По способу гашения дуги в элегазе дугогасительные устройства можно разделить на четыре типа:

· дугогасительные устройства, в которых дутье обепечивается поступающим из резервуара газом, с высоким давлением. Функционирование таких устройств предполагает наличие компрессорного хозяйства;

· автокомпрессионные дугогасительные устройства с дутьем в элегазе, создаваемым компрессионым устройством;

· с электромагнитным дутьем, при котором дуга вращается в поперечном магнитном поле, создаваемом отключаемым током или постоянными магнитами;

· с продольным дутьем, когда происходит повышение давления в сравнительно замкнутом обьеме за счет энергии дуги, вращающейся в поперечном магнитном поле.

 

Автокомпрессионый способ гашения дуги широко используется в элегазовых выключателях напряжением от 6 до 750 кВ. Характерными элементами автокомпрессионных дугогасительных устройств являются поршневое устройство и изоляционное сопло. При размыкании контактов на возникшую дугу направляется струя элегаза из объема с помощью поршня и изоляционного дугостойкого сопла. В этом устройстве используется то, что скорость звука в элегазе невысокая, это обуславливает меньший "расход" газа на гашение дуги. При отключении больших токов гашению дуги способствует также дополнительное дутье в результате повышенного давления в зоне горения дуги, ограниченной дугогасительными соплами.

Электромагнитное дутье также широко используется для гашения дуги в элегазовых выключателях. Принудительное движение дуги осуществляется в поперечном магнитном поле, которое создается либо соленоидом с отключаемым током, либо постоянными магнитами. Сила воздействия на заряженные частицы дуги, измеряемая в ньютонах, как известно, равна

 

F = I·H·10^-6,

 

где I — ток дуги, А; H — напряженность магнитного поля, А/см.

Способ гашения дуги исследуемого выключателя демонстрируется на рис. 4. Чтобы обеспечить высокую дугогасительную способность, используют одновременно два механизма гашения дуги: электомагнитное дутье и дутье за счет теплового расширения элегаза и перемещения его в зону пониженного давления. В левой части рис. 6 показаны стадии горения дуги в элегазе в экспериментальной дугогасительной камере по мере приближения значения переменного тока к нулю.

 

 

 

Рис.4. Комбинированное воздействие электромагнитного и продольного дутья за счет термического расширения газа в гасительной камере элегазового выключателя

 

Одной из важных характеристик выключателей являются временные параметры: время включения и время отключения. С одной стороны, они имеют значение для настройки систем автоматики и релейной защиты, а с другой — по ним можно судить об исправности или неисправности выключателя. Контролю подлежат следующие параметры выключателя с приводом: время включения t_вкл и собственное время отключения t_{c откл}.

Время включения — это время с момента подачи напряжения на меха­низм включения выключателя до момента замыкания контактов выключателя. Собственное время отключения выключателя — это время с момента подачи напряжения на электромагнит расцепителя отключения до момента начала расхождения контактов выключателя.

Оценка результатов измерений производится путем их сравнения с паспортными данными и с браковочными нормами завода изготовителя.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: