Принцип гашения электрической дуги выключателями

Автогазовые выключатели нагрузки

Выключатели нагрузки 10 кВ предназначены для включения и отключения участков электрической цепи, находящихся под напряжением. В момент отключения в цепи может протекать ток до 630 А. При включении или отключении линии, находящейся под напряжением, между контактами выключателя возникает электрическая дуга.

Дуга, образующаяся при включении цепи не столь опасна, так как ток, протекающий в этот момент через контакты устройства, незначителен.

При размыкании же контактов, через которые протекает значительный ток, в результате быстрого уменьшения площади соприкосновения контактов плотность тока резко увеличивается, местный перегрев вызывает термическую эмиссию электронов из металла. Кроме того, в момент разрыва цепи между близкими контактами быстро возникает мощное электрическое поле. Оба этих фактора приводят ионизации атомов воздушной среды к появлению электрической дуги.

При увеличении расстояния между контактами длина дуги увеличивается, тепло рассеивается в окружающей среде, ионизация уменьшается, и дуга гаснет.

Расстояние между контактами, на котором в нормальных условиях возможно образование электрической дуги, при напряжении 10 кВ составляет несколько сантиметров.

При определении ширины воздушного промежутка, исключающего дуговой пробой часто руководствуются эмпирическим правилом: «1 кВ = 1 см». То есть при напряжении 10 кВ расстояния между контактами 10 см оказывается достаточно для гашения электрической дуги.

Виды дугогасительных камер автоматических выключателей

При больших токах применяются лабиринтно-щелевые камеры и камеры с прямой продольной щелью. Втягивание дуги в щель осуществляется магнитным дутьем с катушкой тока.

Продольно-щелевая камера может иметь несколько параллельных щелей неизменного сечения. Это уменьшает аэродинамическое сопротивление камеры и облегчает вхождение дуги с большим током в щели. Вначале дуга разбивается на ряд параллельных волокон. Но затем из всех параллельных ветвей остается лишь одна, в которой окончательно происходит гашение. Стенки камеры и перегородки изготавливаются из асбоцемента.

В лабиринтно-щелевой камере постепенное вхождение дуги в зигзагообразную щель не создает высокого аэродинамического сопротивления при больших токах. Узкая щель повышает градиент напряжения в дуге, что сокращает необходимую длину дуги при гашении. Зигзагообразная форма щели уменьшает габариты автомата.

В лабиринтно-щелевой камере осуществляется интенсивное охлаждение дуги стенка-ми камеры. Ввиду того что дуга отдает большое количество тепла стенкам щели, материал камеры должен обладать высокой теплопроводностью и температурой плавления.

Для того чтобы не происходило разрушение камеры от высокой температуры, необходимо, чтобы дуга двигалась непрерывно с большой скоростью. Это требует создания мощного магнитного поля на всем пути движения дуги в щели. При недостаточной скорости движения происходит разрушение дугогасительного устройства.

В качестве материала для камеры применяется кордиерит. Газообразующие материалы типа фибры, органического стекла не применяются из-за повышения аэродинамического сопротивления.

В настоящее время с целью упрощения конструкции (отказ от мощных и сложных систем магнитного дутья) вновь возвращаются к идее деионной стальной решетки. Стальные пластины, имеющие паз для дугогасительных контактов создают усилие, перемещающее дугу. В отличие от обычной решетки дуга соприкасается с изолированными стальными пластинами: гашение происходит так же, как в камере с поперечными изоляционными перегородками, но при отсутствии специальной магнитной системы, двигающей дугу.

Применение

Дугогасительные камеры применяются в автоматических воздушных выключателях, магнитных пускателях (начиная со второй величины), контакторах, выключателях нагрузки и рубильниках, конструкция которых предусматривает наличие дугогасящих устройств.

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Дуговая координата
• Дудаков

Полезное

Смотреть что такое «Дугогасительные камеры» в других словарях:

Дугогасительная камера — Дугогасительные камеры это специальные устройства, применяющиеся в системах дугогашения в различных электрических коммутационных аппаратах для предотвращения горения и быстрого гашения электрической дуги. Устройство Дугогасительная камера… … Википедия

Масляный выключатель — электрический выключатель переменного тока высокого напряжения, главные контакты которого помещаются в объёме, заполненном минеральным (трансформаторным) маслом. При отключении электрической цепи между контактами выключателя возникает… … Большая советская энциклопедия

Масляный выключатель — Баковый выключатель МКП 110 на тяговой подстанции, Тольятти … Википедия

Электромагнитный выключатель — Выключатель электрический, служащий для отключения высоковольтных цепей под нагрузкой в нормальных и вынужденных режимах работы; принципиально отличается от выключателей других систем тем, что гашение электрической дуги, возникающей между … Большая советская энциклопедия

Электрокомплекс — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей. Минусинский Электрокомплекс первое в СССР предприятие по серийному вы … Википедия

испытание — 3.10 испытание: Техническая операция, заключающаяся в определении одной или нескольких характеристик данной продукции, процесса или услуги в соответствии с установленной процедурой. Источник: ГОСТ Р 51000.4 2008: Общие требования к аккредитации… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Всероссийский электротехнический институт — Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина (ФГУП ВЭИ) Основан 1921 Сотрудников ок 1300 чел Расположение Москва … Википедия

дугогасительная камера с магнитным дутьем — Дугогасительная камера с дутьем, в которой для перемещения дуги имеемся катушка или постоянный магнит, создающие магнитное поле в зоне дуги. [ГОСТ 17703 72] Параллельные тексты EN RU Miniature circuit breakers series S280 UC comply with Standard… … Справочник технического переводчика

Испытание трансформаторного масла выключателей. — 12. Испытание трансформаторного масла выключателей. У баковых выключателей всех классов напряжений и малообъемных выключателей 110 кВ и выше испытание масла производится до и после заливки масла в выключатели. У малообъемных выключателей до 35 кВ … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ПУЭ: Правила устройства электроустановок. Издание 6 — Терминология ПУЭ: Правила устройства электроустановок. Издание 6: 2. Анализ масла перед включением оборудования. Масло, отбираемое из оборудования перед его включением под напряжением после монтажа, подвергается сокращенному анализу в объеме,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Контакты автоматов защиты

После срабатывания, то есть нештатной ситуации, прибор способен возвратиться к нормальному режиму функционирования. Потому вводится параметр – максимальный ток расцепления. Это гигантское число, недостижимое в бытовой реальности, показывающее некий предел, ниже которого автомат защиты останется целым, не сгорит и не расплавится. Отмечаются конструктивные особенности:

Конструкция защитного устройства

1. Для номинальных токов ниже 200 А токонесущая часть состоит из одинарных контактов. Сюда уложится даже обладатель небольшого поместья: потребляемая мощность приборов составит 44 кВт. Для административного здания уже маловато, если вспомнить, что созданы электрические котлы на 100 и более кВт.
2. Перекатывающиеся контакты имеют Г или Т-образную форму со скруглённой вершиной. В момент замыкания и размыкания дуга возникает и гаснет на боковине. А рабочая площадь, используемая в штатном режиме, разрушительными процессами не затрагивается. В результате срок службы изделия намного повышается.
3. Типовым решением сбережения поверхности рабочей поверхности от подгорания становится применение дугогасительных контактов. Цепь разрывается в два этапа. Вначале выходят из взаимодействия друг с другом главные контакты. Когда процесс завершён, начинается образование разряда. Но дуга горит между защитными контактами, там образуется нагар. Рабочая поверхность не страдает.
4. Торцевые контакты несимметричные. Один имеет вид трубы, второй напоминает гриб, шляпка которого подпружинена и покачивается для лучшего соприкосновение обеих поверхностей. В результате нивелируются износ и несоосность. Вдобавок увеличивается площадь контакта.

От площади контактов почти не зависит сопротивление, но сильно изменяются условия работы. К примеру, массивные поверхности позволяют пропустить больший ток. Наиболее охотно в качестве проводящих материалов используются медь и сплавы. Для снижения уровня окислительных процессов применяются лужение оловом и защитные серебряные прокладки. Периодически применяются алюминий и сталь. Они защищаются от коррозии, соответственно, слоем цинка и кадмия. Но самыми прочными признаны вольфрамовые контакты, допускающие нагрев до высоких температур.

Контакты на автомате защиты

Тем, где необходима высокая точность, но значительные токи отсутствуют, используют серебро, платину и никель. Плёнка AgO быстро покрывает металл характеризуясь замечательной электропроводностью. Платина не окисляется вовсе.

В момент размыкания и замыкания контактов возникают вибрации вызванные сильными изменения электромагнитного поля. Многочисленные скачки тока вызывают неоднородное искрение. Вибрации заставляют контакты соударяться и приводят в негодность рабочую поверхность, являясь одним из ограничивающих факторов срока службы автомата защиты.

Элегазовые выключатели (ВЭ)

Главные и дугогасительные контакты каждой фазы ВЭ размещаются в герметичной камере (цилиндрической или другой формы), заполненной элегазом с избыточным давлением 0,5-1,5 бар (атмосфер).

Расположение главных и дугогасительных контактов отличается у различных выключателей.

Элегазовый выключатель типа SF1

На рис. 1-12а показан процесс гашения дуги в камере ВЭ типа LF (Шнейдер Электрик), на рис. 1-126 — в камере ВЭ типа SF1 (Шнейдер Электрик). На рис. 1.13 и 1.14 показан общий вид данных выключателей.

Процесс гашения дуги в ВЭ типа LF.

Коммутационный цикл в дугогасительной камере ВЭ типа LF происходит следующим образом:

Поз.1 Выключатель включён.

Поз.2 При размыкании главных контактов (а) ток проходит по цепи дугогасительных контактов (б).

Поз.З При расхождении дугогасительных контактов в дугогасительной камере возникает электрическая дуга (с); эта дуга вращается под воздействием магнитного поля, создаваемого катушкой (d); избыточное давление, появившееся в результате повышения температуры элегаза в дугогасительной камере (с), создаёт газовый поток, который затягивает дугу в полый дугогасительный контакт (е) и гасит её, когда значение тока проходит через ноль.

Таким образом, процесс гашения дуги происходит в ограниченной зоне (дугогасительной камере), отделённой от главных контактов.

Поз.4 Выключатель отключён.

Процесс гашения дуги в ВЭ типа SF1.

Предварительное сжатие:

В начале процесса расхождения контактов поршень слегка сжимает элегаз в камере повышенного давления.

Стадия горения дуги:

При расхождении дугогасительных контактов между ними возникает дута, при этом поршень продолжает своё движение вниз. Небольшое количество газа через изолирующее сопло направляется на дугу. Таким образом, охлаждение дуги при отключении малых токов происходит за счет принудительной конвекции.

При отключении больших токов происходит тепловое расширение газа в области горения дуги и его перемещение с большой скоростью в сторону частей полюса с более низкой температурой. При прохождении тока через ноль расстояние между двумя дугогасительными контактами достаточно для отключения тока благодаря диэлектрическим свойствам элегаза.

Подвижные части прекращают своё движение, поступление холодного газа продолжается до полного расхождения контактов.

Внешний вид элегазовых выключателей типа LF и SF1.

На данных выключателях установлены пружинно-моторные привода с возможностью ручного взведения пружины. ВЭ типа SF 1 устанавливаются в ячейках типа SM6 (см. рис. 1-23).

Выключатель нагрузки: для чего нужен?

Что такое выключатель нагрузки?

По виду выключатель нагрузки (ВН) практически не отличается от обычного автомата, но имеет особое назначение в мире электрики. В то время как автоматические выключатели призваны защищать электропроводку от токов короткого замыкания и перегрузок электросети, ВН выполняет функцию принудительного включения или отключения подачи электричества. Выключатель нагрузки — высоковольтный коммутационный аппарат, выполняющий функцию соединения токов трехфазной электросети в номинальном режиме.

Контакты ВН гораздо толще автоматических и предназначены для безопасного отключения электросети под нагрузкой. Если вы будете использовать для регулярного включения-выключения автоматы, то эти действия могут быстро привести к слипанию или разрушению силовых контактов, а, как следствие, и к поломке электроприборов. Устройством ВН не предусмотрено аварийное отключение токов, поэтому монтировать его следует вместе с предохранителями от короткого замыкания и перегрузки.

Виды ВН

По количеству полюсов. Ваш выбор будет зависеть от количества фаз в вашей сети и требуется ли рвать ноль при отключении. Есть 4 вида:

Также можно сгруппировать все ВН по принципу гашения дуги:

Вакуумные — из названия понятно, что принцип заключается в отсутствии распространения дуги в условиях вакуума. Стабильный и эффективный вид, но к минусам можно отнести дороговизну.

Автопневматические — в момент отключения тока сжимание воздуха гасит элетрическую дугу.

Автогазовые — в камере гашения тока вырабатывается газ и под его воздействием происходит гашения дуги.

Элегазовые — эта группа приборов работает по одному принципу с автогазовыми, но для подавления дуги используется шестифтористая сера, а не воздух.

Электромагнитные — электромагнитное поле меняет направление электрической дуги.

По конструкции аппараты можно разгруппировать на:

Еще раз следует отметить, что данное устройство не работает в автоматическом режиме. Для размыкания и смыкания цепи необходимо будет человеческое вмешательство, следовательно при использовании выключателя нагрузки необходимо дополнительно защищать автоматом.

Принцип работы выключателя нагрузки

Подробнее остановимся на принципе действия выключателя нагрузки. Визуально и конструктивно устройство очень похоже на обычных разъединитель, разница только в том, что у ВН есть специальное устройство для гашения электродуги.

В момент отключения первыми размыкаются обычные контакты, а после них дугогасительные. Электрическая дуга, образовавшаяся в момент разрыва контактов попадает прямиком дугогасительную камеру, в которой успешно нейтрализуется за несколько миллисекунд различными способами. Либо она попадает в вакуум, либо гасится выделяющимися в камере газами.

Конструкция элегазового выключателя

Если сравнивать элегазовые устройства с аналогами других видов, то по конструкции они ближе всего к масляным приборам. Разница заключается в наполнении камер для гашения дуги.

В качестве наполнителя у масляных выключателей используется масляная смесь, а у элегазовых – 6-фтористая сера. Преимущество второго варианта в долговечности и минимуме технического обслуживания.

Способы гашения электродуги зависят от многих факторов, среди которых решающими являются номинальный ток и напряжение, а также условия использования устройства.

Всего выделяют четыре вида ЭВ:

• с электромагнитным дутьем;
• с дутьем в элегазе – с 1 ступенью давления;
• с продольным дутьем – с 2-мя ступенями давления;
• с автогенерирующим дутьем.

Если в воздушных приборах в процессе гашения дуги газ поступает в атмосферу, то в элегазовых он остается в замкнутом пространстве, наполненном газовой смесью. При этом сохраняется небольшое избыточное давление.

Колонковые и баковые устройства

На практике применяются два вида элегазовых установок:

• баковые;
• колонковые.

Отличия касаются как конструкционных особенностей, так и принципа гашения электродуги. По внешнему устройству колонковые напоминают маломасляные аналоги: состоят из двух функциональных частей – дугогасительной и контактной, имеют одинаково объемные размеры.

Отключающие устройства рассчитаны на работу от сети 220 В и относятся к однофазному оборудованию. Пример элегазового выключателя колонкового типа – LF 10 Schneider Electric.

Баковые элегазовые приборы меньше по размерам и оснащены приводом с несколькими фазами. Такое распределение позволяет лучше контролировать и плавно регулировать параметры напряжения.

Образцом бакового устройства является элегазовая установка DT2-550 F3 Alstom Grid. Подобные устройства положительно зарекомендовали себя в электросистемах с напряжением 500 кВ.

Конструкция собрана и оснащена таким образом, что функционирует без сбоев при низких температурах (критических), повышенной влажности, а также в регионах с сейсмической активностью и превышенной загрязненностью атмосферы.

Принцип гашения дуги

Как срабатывает устройство, рассмотрим на примере выключателя LW36 китайского производителя CHINT.

При отключении пружина действует на динамические элементы цилиндра, и они опускаются вниз. Все контакты, кроме дугогасительных, размыкаются. Когда отсоединяются и дугогасительные контакты, по которым проходит ток, возникает электрическая дуга.

Горячий газ перемещается в тепловую камеру, срабатывает обратный клапан. Когда газ из тепловой камеры выдувается в промежуток, происходит гашение дуги.

Если происходит отключение небольших по величине токов, то давления в тепловой камере недостаточно, поэтому привлекается давление из компрессионной камеры (оно всегда выше). Открывается обратный клапан, газ беспрепятственно поступает в промежуток и при переходе через ноль гасит дугу.

Современные колонковые установки обладают улучшенными характеристиками. Техническое обслуживание снижено до минимума, коммутационный ресурс увеличен. Элегазовые выключатели отличаются низким уровнем шума, надежной механикой, простотой монтажных и испытательных работ.

Регулировка баковых моделей производится с помощью привода и трансформаторов. Пружинный или пружинно-гидравлический привод контролирует процессы включения/отключения, уровень удержания электродуги.

Для чего нужен привод?

Привод призван выполнять все операции, связанные с включением/выключением или удержанием установки в определенном положении. На схеме показано, где именно может располагаться привод. Обычно это поверхность земли или невысокая опора, обеспечивающая обслуживающему персоналу легкий доступ к регулирующим устройствам.

Привод состоит из механизма включения, фиксирующего устройства – защелки, расцепляющего механизма. Процесс включения должен происходить максимально быстро, что избежать приваривания контактов.

Во время включения прилагают большие усилия для преодоления силы трения всех задействованных элементов. Отключение производится проще и заключается в обратном движении защелки, которая обеспечивает включение и его удержание.

Способов включения/отключения несколько:

• механический;
• пружинный;
• грузовой;
• пневматический;
• электромагнитный.

Для маломощных систем используют ручное управление. В этом случае достаточно силы одного оператора. Выключение ручных механизмов обычно осуществляется в автоматическом режиме. Пружинный привод также приводится в действие вручную, но иногда привлекаются маломощные электродвигатели.

Для применения электромагнитного привода требуется больше энергии, поэтому необходим постоянный источник тока примерно 58 А с напряжением 220 В. В качестве резервного механизма отключения имеется ручной рычаг. Электромагнитные устройства отличаются надежностью, поэтому их успешно эксплуатируют в зонах с суровыми зимами. Минус – потребность в мощном аккумуляторе.

Пневматический привод отличается тем, что вместо электромагнита главным рабочим элементом является пара цилиндр/поршень. Благодаря сжатому воздуху скорость включения намного выше, чем у предыдущих моделей.