Элегазовые, вакуумные и электромагнитные выключатели
Лекция 25: «Элегазовые, вакуумные и электромагнитные
выключатели».
А) Элегаз (SF6 – шестифтористая сера) представляет собой инертный газ, плотность которого в пять раз превышает плотность воздуха. Электрическая прочность элегаза в 2-3 раза выше прочности воздуха; при давлении 0.2 МПа электрическая прочность элегаза сравнима с прочностью масла. Исключительная способность элегаза гасить дугу объясняется тем, что его молекулы улавливают электроны дугового столба и образуют относительно неподвижные отрицательные ионы. Потеря электронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет. Иначе элегаз называют электроотрицательным газом, который как губка поглощает электроны. В элегазовых выключателях применяют автопневматические дугогасительные устройства, в которых газ в процессе отключения сжимается поршневым устройством и направляется в зону дуги. Элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газа наружу. Мировая энергетика разработала элегазовые выключатели для напряжения до 330кВ включительно с номинальными токами отключения до 63кА. Гашение дуги происходит при первом переходе тока через нулевое значение при расстоянии между контактами около ста миллиметров. Время отключения составляет два периода.
Б) электрическая прочность вакуума значительно выше прочности других сред, применяемых в выключателях. Объясняется это увеличением длины среднего свободного пробега электронов, атомов, ионов и молекул по мере уменьшения давления. В вакууме длина свободного пробега частиц превышает размеры вакуумной камеры. При высокой электрической прочности расстояние между контактами может быть очень малым (20-25мм), поэтому размеры камеры также могут быть небольшими. Процесс восстановления электрической прочности межконтактного промежутка значительно быстрее чем в газах. Давление в камере составляет около 1.3×10-5Па. Металлы, используемые для контактов должны обладать механической прочностью, высокой проводимостью, стойкостью относительно эрозии и сваривания. В положение «включено» электроды прижаты к друг другу с силой около 3000Н. При отключении скорость расхождения контактов составляет около 1.5 метра в секунду. Загорается дуга. Металлические пары непрерывно покидают дуговой промежуток и конденсируются на поверхности центрального экрана, изолированного от электродов. Если скорость восстанавливающейся электрической прочности промежутка превышает скорость переходного восстанавливающегося напряжения, то оказывается разомкнутой. Мировой энергетикой изготовлены вакуумные выключатели напряжением до 242кВ с пятью последовательно включёнными камерами. Достоинства вакуумных выключателей: простота конструкции, исключительная надёжность, быстродействие, отсутствие шунтирующих резисторов, отсутствие масла; небольшие размеры и масса выключателя, бесшумная работа, низкая стоимость.
В) электромагнитные выключатели занимают особое место среди выключателей переменного тока на напряжение 10-15кВ. Дуга, образующаяся на контактах, втягивается магнитным полем в гасительную камеру, которая состоит из керамических дугостойких пластин с V-образными вырезами, разделённых небольшими воздушными промежутками. Благодаря этому длина дуги увеличивается до двух метров. Она приходит в тесное соприкосновение с холодными поверхностями пластин, обладающих высокой теплопроводностью. Это приводит к увеличению потерь энергии. Сопротивление дуги быстро увеличивается, а ток уменьшается до нулевого значения. В процессе отключения сначала без возникновения дуги размыкаются главные контакты, затем дугогасительные контакты. Возникшая дуга с помощью магнитного поля, созданного электромагнитом, загоняется внутрь дугогасительной решетки, где и гаснет.
