Повітряні та елегазові вимикачі

У порівнянні з маслом і твердими діелектриками гази мають визначені переваги, головні з яких – винятково мала провідність і практично відсутні діелектричні втрати, незалежність електричної міцності від частоти в однорідному полі, слабка забруджувальність під дією дуги і корони.

З підвищенням тиску газу електрична міцність в однорідних або слабко неоднорідних полях збільшується і за певних умов може перевищити електричну міцність трансформаторного масла, вакууму і порцеляни.

Для спрощення конструктивного виконання обладнання з газовою ізоляцією бажано, щоб необхідна електрична міцність була забезпечена при порівняно невеликому надлишковому тиску.

При застосуванні газу в електротехнічному обладнані крім ізоляційних, необхідно враховувати й інші властивості газів, а саме: сам газ і його продукти розкладу не повинні бути токсичними; по відношенню до застосованого в даному обладненні матеріалам, газ повинний бути хімічно нейтральним; він повинен мати низьку температуру спалювання, що дозволило б використовувати його при підвищених тисках і при низьких температурах навколишнього середовища; газ повинен володіти значною тепловідводною здатністю, дисоціація газу повинна бути незначною, він повинний бути пожежо- і вибухобезпечним, легкодоступним і недорогим. Крім того, газ повинен мати добру дугогасну здатність.

Самим доступним газом є повітря, однак по сукупності вимог воно не завжди прийнятне. Електрична міцність деяких газів і парів значно вище, ніж у повітря. Але тільки деякі з них задовольняють вимогам, запропонованим до електричної газової ізоляції.

Багато речовин більш-менш інтенсивно розкладаються в умовах електричного розряду, багато хто з них у звичайних умовах знахо­дяться в рідиному стані, і нарешті, деякі з них при розкладі виділяють вільний вуглець, який осідає на поверхні твердих елементів ізоляційних конструкцій, роблячи їх провідними.

Найбільш повно задовольняє поставленим вимогам елегаз (шестифториста сірка). Одержують елегаз у результаті прямої реакції між розплавленою сіркою і газоподібним фтором, який утворюється при електролізі розчину фтористого калію у фтористоводневій кислоті.

Повітряні вимикачі

Загальні положення

У повітряних вимикачах дуга гаситься стисненим повітрям у спеціальних дугогасильних камерах. Привід вимикачів пневматичний.

Струмоведучі частини і дугогасильні пристрої ізолюються фарфором або іншими твердими ізолюючими матеріалами.

Розрізняють камери повздовжнього дуття, у яких повітряний потік спрямований уздовж дугового стовпа, і поперечного дуття, у яких повітряний потік спрямований поперек дугового стовпа.

Дугогасильні камери поперечного дуття (рис. 4.1,б) застосовуються при U_ном= 10...20кВ і I_вимк = 120кА.

При розмиканні контактів 2 і 3 між ними виникає дуга, що гаситься поперечним потоком повітря, подаваним по повітропроводу 5. Під дією повітря і перегородок 4 дугогасильної камери 1 дуга приймає форму зиґзаґу, при цьому мають місце її подовження й ефективне охолодження. До того ж між контактами, на яких, після проходження змінного струму через нульове значення, згасає дуга, та починає зростати прикладена напруга (відновлення напруги) тільки частина діелектрика потребує відновлення електричної міцності, що значно зменшує можливість повторного запалювання електричної дуги. Але при цьому великі габаритні розміри камери, застосування органічної ізоляції, що стикається з дугою, обмежують її використання при напругах до 20 кВ.

Переваги камер поперечного дуття - простота, велика потужність, що вимикається; недоліки - великі габаритні розміри і сильний знос контактів через винос парів металу в атмосферу.

Дугогасильні камери повздовжнього дуття.

У вимикачах на напругу більше 35 кВ застосовуються камери повздовжнього дуття з порожніми контактами (рис. 4.1, а). При вимкненні вимикача стиснене повітря, діючи на поршень 4, відводить рухомий контакт 5 з великою швидкістю. Між нерухомим і рухомим контактами утворюється дуга. Стиснене повітря надходить до дуги перпендикулярно, а потім змінює напрямок руху на 90° і виходить з камери через порожнини контактів в атмосферу, створюючи могутнє повздовжнє дуття. При цьому дуга здувається з робочої поверхні контактів, завдяки чому досягається їхній малий знос. Область, що відновлює електричну міцність після проходження струму через нуль майже повністю знаодиться між контактами, що збільшує можливість повторного запалювання електричної дуги. Ізоляційні матеріали не використовуються для спрямування розпе­чених продуктів дуги. Через нагрівання дугою повітря у зоні сопла 6, що має певний перетин (обмежений об’єм), створюється протитиск. У результаті швидкість потоку повітря через сопло зменшується і при певному значенні струму може знизитися до нуля, тобто відбудеться "закупорка" сопла. Подібні явища спостерігаються при вимкнні невіддалених коротких замикань. Ефект "закупорки" залежить від трьох факторів: тиску стиснутого повітря, перетину сопла і потужності дуги (струму).

З ростом тиску і перетину сопла ефект "закупорки" зменшується, сила струму вимикання збільшується, однак зростають витрата повітря й обсяг баків вимикача.

а б

Рис. 4.1.

Камера повздовжнього дуття (а): 1 – порцелянова сорочка; 2 - металевий корпус; 3 - пружина; 4 - поршень; 5 - рухомий контакт; 6 - сопла камери; 7 - нерухомий контакт; 8 - міжконтактний проміжок; поперечного дуття (б): 1 - корпус; 2 – нерухомий контакт; 3 - рухомий контакт; 4 - перегородки; 5 - живильний воздухопровід.

 

Струм, що вимикається камерою повздовжнього дуття, приблизно зворотно пропорційний швидкості відновлення напруги кола. Тому при високих швидкостях відновлення напруги камера шунтована низь­коомним резистором, що переводить процес віднов­лення в аперіо­дич­ний. Струм, обмежений резистором, вимикається допо­міжним розри­вом.

При тиску в баці 2 МПа найбільша напруга, при якій може працювати одна камера, не перевищує 50...60 кВ. Удосконалення ка­ме­ри і збільшення тиску в баці до 4 МПа - дозволяють підвищити напругу до 125 кВ. При більшій напрузі вимикача кілька камер з'єд­нують по­слі­довно і застосовують шунтуючі дільники, що забезпечують рівно­мір­ний поділ напруги між камерами.

Переваги камер повздовжнього дуття – малий знос контактів і довговічність. Вимикачі з такими камерами і повітрянаповненими віддільниками легко розвиваються по напрузі послідовним з'єднанням елементів. Недоліком є чутливість до високої швидкості відновлення напруги. Це має особливе значення при вимкнні невіддалених коротких замикань. Для полегшення гасіння дуги швидкість віднов­лення напруги на проміжку зменшують послідовним з'єднанням розривів.