 |
Конструкции масляных выключателей. 1 глава
|
|
|
|
В зависимости от назначения масла можно выделить две основные группы масляных выключателей:
баковые (многообъемные) масляные выключатели, в которых масло используется для гашения и изоляции токоведущих частей от заземленного бака;
маломасляные (малообъемные) масляные выключатели, в которых масло используется только для гашения дуги и изоляции между разомкнутыми контактами одного полюса.
Масляные выключатели благодаря простоте конструкции явились первыми выключателями высокого напряжения. Но отмеченные выше технические сложности по их эксплуатации, а также повышенные взрыво- и пожароопасность, необходимость в сложном масляном хозяйстве привели к значительному вытеснению этих типов выключателей. В настоящее время можно встретить в эксплуатации баковые выключатели на напряжение 220 и 110 кВ.
Конструкция масляных баковых выключателей. Предмет исследования
Подстанционные баковые выключатели на 35, 110 и 220 кВ устанавливаются обычно на открытой части подстанций. Трехфазный комплект выключателя состоит из трех одинаковых полюсов. Включение и отключение производятся приводом (электромагнитным или пневматическим), установленным на одном из баков. При этом все три бака жестко соединены между собой в один агрегат, в котором усилие привода распределяется на все три полюса. В выключателях с пофазным управлением привод устанавливается на каждом баке (110 и 220 кВ).
Баковые масляные выключатели устроены следующим образом. Через крышку бака проходят два проходных изолятора 5, к нижним концам которых крепятся две дугогасительные камеры 8. На каждом вводе над камерой расположены два измерительных трансформатора тока 4. Стенки бака 2 от внутренней полости ограждены изоляционными барьерами 8, которые не позволяют выбрасываемым во время отключения из камер газам нарушить масляную изоляцию между барьером и стенкой бака. В выключателях напряжением 110 и 220 кВ каждая камера зашунтирована активным сопротивлением 7 для облегчения гашения дуги. Во включенном положении камеры соединяются между собой специальной траверсой, которая поднимается при
|
|
|
1- контактодержатель устройства для подогрева масла, 2- стальной бак, 3- приводной механизм, 4- измерительный трансформатор тока, 5- ввод, 6- ихоляционная тяга,7- сопротивление,8- дугогасительная камера, 9- изоляционные барьеры из электрокартона,10- электронагреватель.
включении и опускается при отключении выключателя посредством изоляционной тяги 6, связанной с приводным механизмом 3 выключателя. Во включенном положении ток протекает
через ввод, контакты одной камеры, траверсу, контакты второй камеры и второй вывод.
Для гашения электрической дуги применяют камеры газового дутья и камеры масляного дутья, причем в выключателях 110 и 220 кВ камеры многоразрывные. В баковом выключателе серии "У" используются камеры с газовым автодутьем. В них после расхождения контактов в каждом разрыве образуется дуга, под действием которой масло разлагается на газопаровую смесь. В течение сотых долей секунды давление в камерах возрастает до нескольких МПаскалей. При открытии телом подвижного контакта дутьевых щелей начинается интенсивный обдув дуги выходящими газами. Дуга интенсивно охлаждается и гаснет при переходе тока через нуль после открытия первой щели. Наличие второй щели обеспечивает надежную работу камер во всем диапазоне отключаемых токов.
Камеры масляного дутья, используемые в баковых выключателях, являются камерами многократного разрыва с генерирующими и гасимыми дугами. Гасимая дуга горит у выхлопных каналов, соединяющих внутренний объем камеры с баком выключателя. Под действием генерирующей дуги в камере за 0,01-0,02 с создается давление 4-6 МПА Поток масла с генерирующей дуги направляется к гасимой дуге, что способствует ее гашению. Для обеспечения надежного гашения емкостных токов и равномерной нагрузки камер они шунтированы активным сопротивлением 220 кОм. Для очистки камер от продуктов разложения масла после погасания дуги вверху делается поршневая приставка. В отключенном положении поршень опущен и внутренняя полость камеры соединена с объемом бака. На рис.Т изображена дугогасительная камера выключателя 110 кВ. Несущей конструкцией является гетинаксовый цилиндр 2 Два боковых выхлопных канала 5 прикрыты фибровыми накладками 6 с двумя овальными щелями 4. Над верхней щелью каждой из накладок расположено по неподвижному контакту 5, причем верхний контакт соединен с верхней крышкой 1 камеры 6 Против этих контактов на противоположной стенке цилиндра закреплена вторая пара неподвижных контактов 8. Промежуточные контакты 8 мостикового типа свободно посажены на изоляционную штангу 7 и во включенном положении прижимаются к неподвижным контактам с помощью контактных пружин 14. В отключенном положении штанга камеры прижимается отключающей пружиной 13 к крышке камеры 14 Гибкие связи 11 обеспечивают подвод тока к крышке от контакта 10.
|
|
|
При отключении траверса движется вниз. Вместе с ней под действием пружин 13 и 14 движется изоляционная штанга с контактом 12 Через 8 мм хода штанги (ход в контактах) размыкаются контакты 5-9 и 8-9. Между ними возникают генерирующие и гасимые дуги.
После того, как дуга в камере погашена, выключатель должен еще разомкнуть цепь тока через шунтирующее сопротивление. Этот ток поддерживаетjгорение дуги между контактами l2 камеры и контактами траверсы. Эта дуга легко гаснет, так как через нее течет небольшой активный ток, примерно 0,5 А.
Маломасляные выключатели
Маломасляные выключатели (горшковые) получили широкое распространение в закрытых и открытых распределительных устройствах всех напряжений. Масло в этих выключателях в основном служит дугогасящей средой и только частично изоляцией между разомкнутыми контактами.
|
|
|
Изоляция токоведущих частей друг от друга и от заземленных конструкций осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами. Контакты выключателей для внутренней установки находятся в стальном бачке (горшке), отсюда сохранилось наименование выключателей "горшковые".
Маломасляные выключатели напряжением 35 кВ и выше имеют фарфоровый корпус. Самое широкое применение получили выключатели 6-10 кВ подвесного типа (ВМГ-10, ВМП-10). В этих выключателях корпус крепится на фарфоровых изоляторах к общей раме для всех трех полюсов. В каждом полюсе предусмотрен один разрыв контактов и дугогасительная камера.
При больших номинальных токах обойтись одной парой контактов (которые выполняют роль рабочих и дугогасительных) трудно, поэтому предусматривают рабочие контакты снаружи выключателя, а дугогасительные – внутри металлического бачка. При больших отключаемых токах на каждый полюс имеется два дугогасительных разрыва. По такой схеме выполняются выключатели серий МГГ и МГ на напряжение до 20 кВ включительно. Массивные внешние рабочие контакты 4 позволяют рассчитать выключатель на большие номинальные токи (до 9500 А). При напряжениях 35 кВ и выше корпус выключателя выполняется фарфоровым, серия ВМК – выключатель маломасляный колонковый). В выключателях 35, 110 кВ предусмотрен один разрыв на полюс, при больших напряжениях – два разрыва и более.
Недостатки маломасляных выключателей: взрыво- и пожароопасность, хотя и значительно меньшая, чем у баковых выключателей; невозможность осуществления быстродействующего АПВ; необходимость периодического контроля, доливки, относительно частой замены масла в дугогасительных бачках; трудность установки встроенных трансформаторов тока; относительно малая отключающая способность.
Область применения маломасляных выключателей – закрытые распределительные устройства электростанций и подстанций 6, 10, 20, 35 и 110 кВ, комплектные распределительные устройства 6, 10 и 35 кВ и открытые распределительные устройства 35 и 110 кВ.
|
|
|
ВМП-10
Высоковольтные выключатели предназначены для коммутации электрических цепей высокого напряжения как в нормальных, так и в аварийных режимах В данной работе исследуется маломасляный выключатель ВМП –10 (В- выключатель, М- маломасляный, П—подвесной), в котором трансформаторное масло служит только для гашения электрической дуги (функции изоляции выполняют в основном детали из твердых диэлектриков). Это трехполюсный аппарат, рассчитанный на работу в закрытом помещении с общим отдельно расположенным приводом, соединенным с выключателем передаточным механизмом.
На рис 1 показан общий вид выключателя ВМП - 10. Выключатель смонтирован на сварной заземленной раме 3. Внутри рамы установлены отключающие пружины, масляный буфер "отключения" 9 и пружинный буфер "включения", а также приводной механизм, передающий движение от привода к выпрямляющим механизмам полюсов. Приводной механизм состоит из вала с рычагами 5 и изоляционных тяг 4, на валу закреплены указатели положения. Три полюса выключателя подвешены к раме с помощью изоляторов 2. Подвод тока осуществляется через выводы 8.
Разрез полюса показан на рис. 2. Каждый полюс состоит из стеклоэпоксидного цилиндра 6, армированного на концах фланцами 4 и 13. На верхнем фланце укреплен средний вывод 4 и корпус 1 из алюминиевого сплава, закрытый пластмассовой крышкой 20. Нижний фланец 13 закрыт крышкой 10. Токоподвод осуществляется к нижней крышке 10 и среднему выводу 4. Контактная система состоит из неподвижного розеточного контакта 9, установленного на нижней крышке, подвижного контакта 5, расположенного в корпусе 1 и роликового токосъемного устройства 16, которое перемещается по направляющим 17, закрепленным на среднем выводе. Контакты облицованы металлокерамикой 7.
Гашение дуги в камере происходит за счет ее эффективного охлаждения в потоке газопаровой смеси, образующейся в результате разложения и испарения трансформаторного масла под действием высокой температуры дуги, т.е. для гашения используется энергия самой дуги. Этот поток получает определенное направление в специальном дугогасительном устройстве, размещенном в зоне горения дуги. Дугогасительная камера продольно-поперечного дутья 8 расположена в нижней части изоляционного цилиндра. Она представляет собой набор изоляционных пластин, стянутых в пакет изоляционными шпильками. Камера имеет три поперечных дутьевых канала с раздельными выходами вверх и масляные карманы. Литой нижний фланец 13 снабжен воздушной полостью 23, так называемой "воздушной подушкой". "Воздушная подушка" является аккумулятором энергии и одновременно выравнивает давление в подкамерном пространстве, предохраняя тем самым выключатель от возникновения в нем чрезмерных давлений. После погасания дуги за счет избыточного давления в воздушной подушке в дугогасительной камере создается поток масла, который, вымывая из каналов продукты разложения, тем самым повышает восстанавливающуюся прочность межконтактного промежутка.
|
|
|
Выпрямляющий механизм смешанного типа 18, преобразующий вращательное движение вала в поступательное движение подвижного контакта, расположен в корпусе 1. В верхней части корпуса установлен центробежный маслоотделитель 2. Верхняя крышка снабжена газоотводом и маслоналивным отверстием с пробкой 21. В нижней крышке имеется маслоспускная пробка 11. На фланце установлен маслоуказатель с обратным клапаном 14.
Маломасляные выключатели можно разделить на две группы. Первая, более многочисленная, — с установкой ДУ в нижней части фазы и перемещением подвижного контакта на включение сверху вниз (см. рис. 5.8, в). Вторая — с перемещением подвижного контакта на включение снизу вверх и установкой ДУ в верхней части полюса. Выключатели второй группы более эффективны, так как в них повышаются отключаемые токи и улучшаются динамические процессы при отключении.
На рис. 5.10 представлена одна фаза (полюс) колонкового маломасляного выключателя ВК-10. Он выпускается на напряжение 10 кВ, номинальные токи 630, 1000 и 1600 А, номинальные токи отключения 20; 31,5 кА. Выключатели ВК-10 с пружинным приводом предназначены для работы в шкафах КРУ внутренней и наружной установки, а также в режиме АПВ.
Три полюса выключателя устанавливаются на литое основание, в котором расположены рычаги механизма, связанные со встроенным пружинным приводом. Полюс выключателя (рис. 5.10, а) образован изоляционным цилиндром 1, внутри которого проходят токоведущие элементы, соединенные с верхним неподвижным розеточным контактом 2 и обоймой 3, присоединенной к направляющим стержням 4. Токоподвод к подвижному контакту 5 от направляющих стержней осуществляется роликовым устройством 6. Подвижный контакт 5 присоединен к рычагу механизма управления 11 посредством изоляционной тяги 7. На обойму 3 сверху устанавливается распорный цилиндр 8, а на него дугогасительное устройство 9. Маслоуказатели 10 поплавкового типа расположены наверху полюса.
На рис. 5.10, б представлена конструкция дугогасительной камеры комбинированного масляного дутья, состоящей из пакета изоляционных пластин разной конфигурации, стянутых шпильками. Верхняя перегородка имеет кольцо 12, изготовленное из дугостойкого материала (фторопласта). Камера имеет центральное отверстие для прохода подвижного стержня. В верхней части камеры изоляционные пластины образуют три поперечные, расположенные одна под другой, дутьевые щели 13 для больших токов, связанные вертикальным каналом 14 с под камерным и надкамерным пространствами.
В нижней части камеры имеются два глухих масляных кармана 15 для гашения малых токов. При гашении малых токов ввиду недостаточности давления газопаровой смеси, создаваемого в течение первого этапа, дуга не гаснет при движении стержня вдоль дутьевых щелей 13 и достигает глухих карманов 15. В этом случае вследствие незначительности объемов этих полостей масло, содержащееся в них, даже при незначительном токе отключения испаряется взрывообразно. Это приводит к попытке отрыва столба дуги за счет импульсного повышения давления от токоведущего стержня, так как выброс газопаровой смеси будет происходить вверх в зону, свободную от контактной свечи. Конусная втулка, установленная в средней части камеры, служит для предотвращения чрезмерного разгона подвижного стержня под воздействием высокого давления, возникающего в камере при отключении токов КЗ.
В настоящее время масляные выключатели за рубежом практически не выпускаются, но в отечественных сетях все еще встречаются.
5.3.4. Электромагнитные выключатели
Несмотря на ограниченную область использования по напряжению (6—20 кВ) выключатели этого типа нашли широкое применение в КРУ, особенно в системах внутренних нужд на ТЭЦ и АЭС. Номинальные токи выключателей достигают 3150 А, а номинальные токи отключения — 40 кА. При этом в отличие от масляных или воздушных выключателей эксплуатационные расходы на них относительно невелики.
Принцип действия электромагнитного выключателя заключается в том, что при воздействии магнитного поля на дугу она удлиняется и направляется в дугогасительную камеру (рис. 5.11) узкощелевого типа, где, тесно взаимодействуя со стенками камеры (диаметр дуги значительно превосходит ширину щели dд > щ), она охлаждается.
Условия гашения дуги в узкощелевом дугогасителе оказываются значительно более легкими, чем в других типах выключателей.
На рис. 5.12 представлено дугогасительное устройство электромагнитного выключателя ВЭМ-6 на напряжение Uном = 6 кВ, номинальный ток отключения Iо.ном = 38,5 кА, номинальный ток Iном = 1600 А.
На стальной раме 13 при помощи изоляторов 12 укреплены гасительная камера 14 и катушка магнитного дутья 11 с магнитными полюсами 10, охватывающими камеру с боков (показаны штриховыми линиями). Подвижный контакт 2 вращается на опорном изоляторе 1 при помощи изоляционной тяги 18. Выключатель имеет главный 3 и дугогасительные 5, 6 контакты. В зависимости от назначения функции их различны: главный служит для проведения тока во включенном состоянии и имеет серебряные накладки для снижения переходного сопротивления; дугогасительный обеспечивает режим коммутации и армирован дугостойкой металлокерамикой 7. При размыкании дугогасительных контактов 5, 6 возникающая между ними дуга под воздействием электродинамических сил перемещается вверх. По мере развития дуги на рисунке показаны различные этапы ее промежуточного положения (А, Б, В, Г, Д, Е). Неподвижный контакт 6 отделен от дугогасительного рога 9 изоляционным промежутком, необходимым для того, чтобы катушка магнитного дутья 11 включалась посредством связи 8 лишь в момент перехода основания дуги на дугогасительный рог 9 (участок дуги Е шунтируется катушкой магнитного дутья 11). Пройдя этапы последовательного гашения дуги А—Е—Б—В—Г—Д в магнитном поле, образованном катушкой магнитного дутья, связью 16 и дугогасительным рогом 15, дуга приобретает очень большие линейные размеры (до 2 м), что приводит к необходимым условиям для ее гашения.
Следует отметить, что при отключении небольших токов (десятки ампер) электродинамические силы на начальном этапе развития дуги недостаточны для ее вхождения в ДУ. Для устранения этого недостатка имеется автопневматическое устройство 17. Поршень его связан 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 условия перехода дуги на дугогасительный рог 9.
1. ВАКУУМНЫЕ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
1.1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ В ВАКУУМНЫХ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ
Вакуум является идеальной изоляционной средой, так как вероятность ионизации молекул газа путём соударения с ними электронов чрезвычайно мала. Однако опыт показывает [8], что при достаточно большой напряжённости электрического поля 10 -103 В/см даже в самом совершенном техническом вакууме появляется электрический ток, который быстро возрастает при дальнейшем увеличении напряжённости поля вплоть до пробоя.
При весьма малых расстояниях между электродами (доли миллиметра) разряд в вакууме происходит вследствие автоэлектронной эмиссии с поверхности катода. Разогревание поверхности электродов вследствие прохождения тока автоэлектронной эмиссии приводит к их испарению, в результате чего происходит пробой изоляционного промежутка в парах металла.
При увеличении длины разрядного промежутка разрядная напряжённость быстро уменьшается (рис. 1.1) вследствие так называемого эффекта полного напряжения. Накапливая энергию, измеряемую сотнями тысяч электрон-вольт, электроны при торможении у поверхности анода излучают фотоны с большой энергией. Эти фотоны, достигая катода, освобождают новые электроны. В результате число участвующих в разряде электронов быстро увеличивается, что в итоге приводит к образованию искры.
При p < 0, 01 Па разрядные напряжения практически не зависят от давления газа. При p > 0,1 − 1 Па разрядные напряжения быстро уменьшаются (рис. 1.2), причём пороговое давление быстро уменьшается при увеличении длины разрядного промежутка l (1 – l = 2 мм; 2 – l = 3 мм; однородное поле; электроды из бескислородной меди). При повторных
пробоях вакуумного промежутка разрядное напряжение возрастает вследствие так называемого эффекта тренировки электродов так же, как и для сжатых газов. Рост разрядных напряжений происходит до 10 – 100 разрядов. При этом разрядное напряжение увеличивается почти вдвое по сравнению с первым разрядом. Тренированное состояние электродов достигается также при длительном прохождении через промежуток небольшого предразрядного тока, а также при нагреве электродов в вакууме до высокой температуры.
Материал электродов существенно влияет на величину разрядных напряжений изоляционных промежутков в вакууме. По степени понижения разрядных напряжений материалы можно расположить в такой последовательности: вольфрам, молибден, тантал, нержавеющая сталь, железо, никель, алюминий, медь, свинец, углерод. Разрядные напряжения вакуумного промежутка длиной 1 мм с тренированными электродами из нержавеющей стали в три раза больше, чем при алюминиевых или медных электродах. При увеличении площади электродов разрядные напряжения понижаются.
Рис. 1.1
Рис. 1.2
В дугогасительных устройствах вакуумных выключателей абсолютное давление находится в диапазоне 10–10 … 10–3 Па.
Горение и гашение электрической дуги в вакууме имеет некоторые особенности. При расхождении контактов ВДК в начальный момент между ними образуется мостик из расплавленного металла, который нагревается проходящим током до температуры кипения и испаряется. Ионизация электронами паров металла, которые генерируют с поверхности электродов, приводит к образованию вакуумной дуги. При прохождении тока через нуль дуга гаснет, и если нарастание электрической прочности промежутка между контактами происходит быстрее восстановления на нём напряжения, то повторного зажигания дуги не произойдёт. Чрезвычайно интенсивная деионизация дугового промежутка обеспечивает быстрое восстановление электрической прочности в ВДК после погасания дуги. Для сравнения на рис. 1.3 приводятся зависимости восстановления электрической прочности промежутка от времени, прошедшего после нуля тока, для вакуума и основных дугогасящих сред (1 – вакуум, 2 – элегаз, 3 – азот, 4 – водород).
Рис. 1.3
В вакууме электрическая дуга существует либо в виде рассеянной, «диффузной», дуги при токах до нескольких тысяч ампер, либо в виде концентрированной, «сжатой», дуги при больших значениях тока. Граничный ток, при котором дуга переходит из одного вида в другой, зависит в значительной степени от материала и формы контактов, а также от скорости изменения тока. Эти же факторы влияют и на скорость восстановления электрической прочности промежутка между контактами в вакууме. Следовательно, подбирая соответствующим образом материал контактов, их оптимальную форму и ход, можно получить вакуумную дугогасительную камеру на различные параметры.
Диффузная дуга имеет значительно меньшую постоянную времени по сравнению с постоянной времени сжатой дуги, которая может достигать сотен микросекунд и даже нескольких миллисекунд. Вследствие 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 протяжении определённого времени до нуля тока была диффузной.
1.2. ВАКУУМНЫЕ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Длина дуги в вакуумных выключателях значительно меньше, чем в масляных и воздушных, что позволяет существенно снизить габариты дугогасительной камеры. Вакуумные дугогасительные (ВДК)
состоят из следующих основных элементов (рис. 1.4):
1 – изоляционного керамического комплекса;
2 – контактов;
3 –металлического экрана;
4 – фланца;
5 –сильфона.
Изоляционный корпус обеспечивает поддержание давления внутри камеры на уровне 10–5 Па в течение всего срока службы и необходимую электрическую прочность по наружной и внутренней поверхностям. Давление поддерживается на требуемом уровне благодаря использованию вакуум-плотных изоляторов и металлических фланцев, а также соответствующей механической прочности корпуса и элементов крепления.
Основные функции токоведущей системы такие же, как и в любом выключателе:
обеспечение длительного протекания номинального тока и кратковременного (до 3 с) –
тока короткого замыкания; обеспечение работоспособности контактов после
электродугового их размыкания; передача и восприятие усилий от привода при включении и отключении.
Поэтому основные расчёты при конструировании контактных систем связаны с оценкой их электрического сопротивления, механической прочности и температуры токоведущего контура. Кроме того, в разомкнутом состоянии межконтактный промежуток должен обеспечивать необходимую электрическую прочность для исключения пробоев при воздействии перенапряжений.
Система экранов обеспечивает: защиту внутренней поверхности изоляционного корпуса от попадания продуктов эрозии контактов под воздействием дуги отключения, выравнивание распределения напряжённости поля внутри дугогасительной камеры.
При размыкании контактов внутри вакуумной дугогасительной камеры дуга возникает в парах металла, заполняющего межконтактный промежуток. Дуга горит до тех пор, пока на контактах выделяется энергия, достаточная для поддержания в межконтактном промежутке концентрации паров металла, при которой может существовать дуговой разряд. При переходе тока через нуль, выделяющаяся на электродах энергия резко уменьшается, и дуга гаснет ещё до достижения тока в коммутируемой цепи, равного нулю. Скорость восстановления электрической прочности межконтактных промежутков длиной 10 мм составляет 15 … 20 кВ/мкс. В результате происходит срез тока, который вызывает перенапряжения в коммутируемой цепи. Это обстоятельство является существенным недостатком вакуумных выключателей, но его можно устранить установкой нелинейных ограничителей перенапряжений.
В межконтактном промежутке вакуумного выключателя в зависимости от тока и принятых конструктивных мер дуга может поддерживаться в диффузной или сжатой (каналообразной) форме. Граничный ток, при котором дуга переходит из одной формы в другую (около 10 кА), зависит от формы, размера и материала контактов, а также от скорости изменения тока.
Падение напряжения на дуге диффузной формы не зависит от тока и составляет десятки вольт (для медных электродов – 20 В). Оно пропорционально произведению теплопроводности и температуры точки кипения материала катода.
Для сжатой формы дуги падение напряжения увеличивается при увеличении тока. При этом возрастает плотность тока и выделяемая на электродах энергия, что приводит к значительному увеличению постоянной времени распада дуги (до нескольких миллисекунд против микросекунд для диффузной формы дуги). В связи с этим необходимо, чтобы в процессе отключения при переходе тока к нулю дуга сохраняла диффузную форму.
Электрическая прочность изоляционного промежутка в вакууме чрезвычайно высока, поскольку практически исключено лавинообразное нарастание количества заряженных 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 разрядное напряжение превышает 200 кВ. Поэтому длина корпуса дугогасительной камеры (или изоляционной её части) определяется необходимой электрической прочностью воздушного промежутка между фланцами корпуса и поверхностью корпуса при увлажнениях.
Для вакуумных выключателей наружной установки необходимая электрическая прочность при увлажнениях загрязнённых поверхностей обеспечивается выбором длины пути тока утечки. При этом следует иметь в виду, что изоляционный корпус разомкнутого выключателя может оказаться под воздействием двойного рабочего напряжения (если напряжения на контактах оказываются в противофазах).
Длина воздушного промежутка между фланцами (без учёта длины металлической части корпуса при его наличии) определяется, исходя из требования надёжной работы при расчётных воздействиях перенапряжений на один из контактов и рабочего напряжения – на другой контакт.
При известном разрядном напряжении необходимая длина воздушного промежутка определяется по экспериментальным зависимостям разрядных напряжений от длины изоляционного промежутка или приближённо, исходя из средней разрядной напряжённости Еср.р = 500 кВ/м (при длине промежутков до 0,5 м).
Следует заметить, что из-за наличия экранов вблизи внутренней поверхности изоляционного корпуса импульсное разрядное напряжение снижается, что приводит к необходимости значительного увеличения длины изоляционного корпуса. На корпус дугогасительной камеры воздействует атмосферное давление (сжимающие усилия). При lk увеличении диаметра корпуса давление на него пропорционально нарастает. Для уменьшения толщины стенки корпуса его диаметр принимается минимально допустимым, исходя из условий обеспечения надёжной работы аппарата. При этом минимальный диаметр корпуса определяется из условия ограничения влияния экранов на электрическую прочность межконтактного промежутка. На основании экспериментальных исследований установлено, что расстояние от контактов до экранов принимается приблизительно равным тройной длине межконтактного промежутка. При этом влияние экранов на электрическую прочность промежутка достаточно мало.
Перед сборкой вакуумной дугогасительной камеры её элементы подвергаются предварительному нагреву в течение нескольких часов при температуре 400˚С или свыше с целью удаления газа с поверхности различных частей, расположенных внутри вакуумного объёма.
|
|
|
