Способы гашения дуги в коммутационных аппаратах

Для того чтобы отключить элементы электрической цепи и исключить при этом повреждение коммутационного аппарата, необходимо не только разомкнуть его контакты, но и погасить появляющуюся между ними дугу.

Способы гашения дуги в коммутационных аппаратах до 1 кВ:

В коммутационных аппаратах используют различные способы гашения дуги.

· Удлинение дуги

При расхождении контактов в процессе отключения электрической цепи возникшая дуга растягивается. При этом улучшаются условия охлаждения дуги, так как увеличивается ее поверхность и для горения требуется большее напряжение.

Рисунок 1 – Удлинение дуги и её охлаждение при расхождении контактов

· Деление длинной дуги на ряд коротких дуг

Если дугу, образовавшуюся при размыкании контактов, разделить на К коротких дуг, то она погаснет. Дуга обычно затягивается в металлическую решетку под воздействием электромагнитного поля, наводимого в пластинах решетки вихревыми токами. Этот способ гашения дуги широко используется в частности в автоматических воздушных выключателях.

Рисунок 2 – Дугогасительная решетка: 1 и 2 – контакты, 3 – неподвижные и изолированные друг от друга стальные пластины, 4– дуга

· Охлаждение (гашение) дуги в узких щелях

Гашение дуги в малом объеме облегчается. Поэтому в коммутационных аппаратах широко используют дугогасительные камеры с продольными щелями (ось такой щели совпадает по направлению с осью ствола дуги) (рис. 3). Благодаря соприкосновению дуги с холодными поверхностями происходят ее охлаждение.

Рисунок 3 – Дугогасительные камеры

Втягивание дуги в узкие щели обычно происходит под действием магнитного поля, взаимодействующего с дугой, которая может рассматриваться как проводник с током, на который действует сила, определяемая по правилу левой руки. Если создать магнитное поле, направленное перпендикулярно оси дуги, то она получит поступательное движение и будет затянута внутрь щели дугогасительной камеры. (рис. 4).

 

 

Рисунок 4 – Втягивание дуги в узкие щели под действием магнитного поля

· Магнитное дутье

Способ дугогашения с использованием внешнего магнитного поля называется магнитным дутьем.

Внешнее магнитное поле для перемещения электрической дуги в низковольтных аппаратах, например в контакторах (рис.6), может быть получено при помощи: электромагнитов с катушкой, включаемой последовательно с контактами, между которыми возникает электрическая дуга; электромагнитов с катушкой, включаемой на напряжение сети; постоянных магнитов.

На рисунке 5 показана конструкция дугогасительного устройства на основе магнитного дутья.

При протекании тока дуги по катушке 1 ее МДС создает в сердечнике 2 магнитный поток Ф, который выводится из сердечника при помощи пластин 3 (плотно примыкающих к сердечнику, располагаются по обе стороны контактов) в область горения электрической дуги между размыкающимися контактами. Взаимодействие тока дуги с потоком Ф приводит к возникновению электродинамической силы F_ЭДУ, действующей на дугу. Под действием этой силы дуга растягивается, охлаждается и гаснет.

Рисунок 5 – Магнитное дутье

 

Рисунок 6 – Контактор электромагнитный серии КТ–5043Б предназначен для включения и отключения приемников электрической энергии с номинальным током 400 А и напряжением 380 В

Способы гашения дуги в коммутационных аппаратах свыше 1 кВ:

· Гашение дуги в масле

Если контакты выключателя помещены в масло, то возникающая при их размыкании дуга приводит к интенсивному испарению масла. В результате вокруг дуги образуется газовый пузырь (водород и пары масла). Газы с большой скоростью проникают в зону ствола дуги, вызывают перемешивание холодного и горячего газа в пузыре, обеспечивают интенсивное охлаждение дугового промежутка (рис. 7). Также охлаждающую способность газов повышает давление внутри пузыря.

Рисунок 7 – Гашение дуги в масле: 1 – неподвижный контакт; 2 – ствол дуги; 3 – водородная оболочка; 4 – зона газа; 5 – зона паров масла; 6 – подвижный контакт

· Газовоздушное дутье

Охлаждение дуги улучшается, если создать направленное движение газов – дутье (рис. 8).

Дутье вдоль или поперек дуги способствует проникновению газовых частиц в ее ствол, и охлаждению дуги. Газ создается при разложении масла дугой (масляные выключатели) или твердых газогенерирующих материалов (автогазовое дутье).

Более эффективно дутье холодным неионизированным воздухом, поступающим из специальных баллонов со сжатым воздухом (воздушные выключатели).

Рисунок 8 – Газовоздушное дутье (вдоль и поперек дуги)

· Другие способы гашения дуги в аппаратах на напряжение выше 1 кВ

1) Многократный разрыв цепи тока. Отключение большого тока при высоких напряжениях затруднительно. Поэтому в выключателях высокого напряжения применяют многократный разрыв дуги в каждой фазе. Такие выключатели имеют несколько гасительных устройств. Число разрывов на фазу зависит от типа выключателя и его напряжения.2) Гашение дуги в вакууме. Если контакты размыкаются в вакууме, то сразу же после первого прохождения тока в дуге прочность промежутка восстанавливается и дуга не загорается вновь. Это свойство используется в вакуумных выключателях. 3) Гашение дуги в газах высокого давления. Воздух при давлении 2 МПа и более обладает высокой электрической прочностью. Более эффективно применение высокопрочных газов, например шестифтористой серы SF₆ (элегаза), обладающего большей электрической прочностью, чем воздух и водород, и лучшими дугогасящими свойствами даже при атмосферном давлении. Элегаз применяется в выключателях, отделителях, короткозамыкателях и другой аппаратуре высокого напряжения.

Источники

1. http://electricalschool.info/naladka/388–process–obrazovanija–jelektricheskojj.html;

2. http://www.eti.su/articles/visokovoltnaya–tehnika/visokovoltnaya–tehnika_599.html;

3. http://lms.tpu.ru/pluginfile.php/52710/mod_resource/content/0/content/2.pdf

 

 

Разъединитель

Назначение

Разъединители служат для создания видимого разрыва, отделяющего выведенное из работы оборудование от токопроводящих частей, находящихся под напряжением. Это необходимо, например, при выводе оборудования в ремонт в целях безопасного производства работ.

Разъединители не имеют дугогасительных устройств и поэтому предназначаются, главным образом, для включения и отключения электрических цепей при отсутствии тока нагрузки и находящихся только под напряжением или даже без напряжения.

Требования, предъявляемые к разъединителям

Требования, предъявляемые к разъединителям с точки зрения обслуживания их оперативным персоналом, заключаются в следующем:

· разъединители должны создавать ясно видимый разрыв цепи, соответствующий классу напряжения установки;

· приводы разъединителей должны иметь устройства жесткой фиксации ножей в каждом из двух оперативных положений: включенном и отключенном. Кроме того, они должны иметь надежные упоры, ограничивающие поворот ножей на угол, больший заданного;

· разъединители должны включаться и отключаться при любых наихудших условиях окружающей среды (например, обледенении);

· опорные изоляторы и изоляционные тяги должны выдерживать механические нагрузки, возникающие при выполнении операций;

· главные ножи разъединителей должны иметь блокировку с ножами заземляющего устройства, исключающую возможность одновременного включения тех и других.

Конструкция разъединителей

Устройство высоковольтного разъединителя довольно сложное, но в то же время оно намного проще, чем у силового выключателя такого же напряжения. Рассмотрим примеры их исполнения для оборудования 330 кВ.

Для оперирования каждой фазой разъединителя по отдельности или в комплексе предназначены шкафы управления приводами.

.

На ОРУ–110 кВ безопасная высота расположения разъединителя меньше.

Так лучше их обслуживать, проще и дешевле монтировать. Однако, это требует от обслуживающего персонала, находящегося под введенным в работу разъединителем, повышенного внимания. На практике встречались случаи, когда работники в сырую погоду поднимали вверх косу, сокращая безопасное расстояние до электрооборудования и попадая под напряжение 110 кВ.

Месторасположение разъединителей воздушных ЛЭП 10 кВ на опорах около крытого распределительного устройства с силовыми выключателями подстанции показано на фотографии.

На следующей снимке виден способ управления разъединителем линии 10 кВ с помощью ручного привода. Питающий трансформатор находится рядом.

Разъединители воздушных линий на 6 кВ имеют такое же устройство, как и для линий 10 кВ.

На всех приведенных фотографиях видно, что любой разъединитель состоит из следующих конструктивных элементов:

· силовой рамы, размещенной на безопасной высоте;

· опорных изоляторов, жестко смонтированных на раме по концам образуемого разрыва для каждой фазы;

· контактной системы, обеспечивающей надежное прохождение номинального тока линии и исключающей в разомкнутом состоянии подачу напряжения на участок, выделенный для обслуживания;

· системы управления перемещением ножей.

У разъединителей, используемых для цепей с напряжением 110 кВ и выше, контактная система выполнена из двух подвижных полуножей, которые разводятся в противоположные стороны. В остальных конструкциях чаще используется один подвижный нож, вводимый в неподвижно закрепленный контакт.