Значно краща, ніж у повітря, дугогасительная спо-можності елегазу дозволяє відключати в ньому в 70-100 разів більшу потужність при відсутності дуття. Однак цей спосіб гасіння дуги неефективний, так як навіть в елегазі Не вдаючись-лось відключати при високій напрузі значні струми.
Це пов'язано зі зворотними термохімічними процесами на периферії стовбура дуги і за її межами, при яких енергія, витрачена на дисоціацію молекул, вивільняється знову. При малих токах виділилася в дузі енергія ще настільки мала, що вона повністю встигає відводитися від дуги естест-венним чином. Але при великих значеннях струму природної конвекції вже недостатньо для відводу виділяється в дузі тепла. Зворотні термохимические процеси відбуваються в не-посередньої близькості від стовбура дуги, підвищуючи її темпера-туру і діаметр стовбура. Тому для гасіння потужної дуги в ланцюзі високої напруги необхідно інтенсифікувати відведення тепла від дуги.
Найбільш поширеним способом посилення відведення тепла від дуги в апаратах високої напруги є дуття. При дуття зі швидкістю звуку постійна часу дуги в елегазі більш ніж на два порядки нижче, ніж при його відсутності. Через Вестн наступні способи організації дуття: дуття з резер Вуару високого тиску; дуття, що виникає при тепловому розширенні елегазу; дуття з-під поршня; можливо гасіння дуги, що переміщається в нерухомому елегазі силами магніт-ного поля; обмежено застосовується спосіб гасіння дуги при простому розведенні контактів; принципово можливо га-шення дуги в рідкому елегазі.
У всіх конструкціях елегазових апаратів передбачена хороша герметизація і робота по замкнутому циклу, що забезпе-безпечує певні переваги, які полягають у відсутності викиду в атмосферу гарячих газів і полум'я, прак-тичної відсутності шуму при відключеннях, відсутності кондом-сата на поверхні твердих ізоляційних матеріалів і т. д.
Спосіб гасіння дуги в потоці, що виникає при тепловому розширенні елегазу під дією допоміжної дуги, був використаний в першому експериментальному злегазовом вимикач-тілі на напругу 115 кВ і потужність відключення 1 ГВ-А, який був побудований фірмою «Вестінгауз» в 1955 р Дугогасі- тельное пристрій цього вимикача розміщується в фарф-ровом ізоляторі. Воно складається з двох ідентичних елементів, один з яких показаний на рис. 4-1.
Дуга, що виникає при відключенні на контакті 4, нагре-кість газ, що знаходиться в камері, внаслідок чого тиск по-підвищується. Під дією цього тиску утворюється дуття, ко-лось при виході контакту 2 з сопла 3 викликає згасання дуги в момент переходу струму через нуль.
Малі струми відключаються при простому розведенні контак тов. Вимикач забезпечений шунтувальним опором, що забезпечує рівномірний розподіл напруги по головним проміжків. Внаслідок цього передбачений ізольо-ючий проміжок, утворений контактом 1, що володіє підвищеною електричною міцністю, який одночасна сприяє відключення ємнісних струмів без повторних про-боїв.
У патентній літературі пропонуються вимикачі з одним розривом. Тиск в камерах цих апаратів внаслідок теп-лового розширення підвищується в той час, поки рухливий контакт закриває отвір сопла, виконаного з ізоляці-ційного матеріалу.
Елегазовий вимикач з дуттям з резервуара високого-тиску принципово не відрізняється від повітряного вимкнення-отримувача, де гасіння дуги відбувається в потоці повітря. Але в воз-задушливому вимикачі відпрацьований газ викидається в ат-мосферу, і його спрацьовування супроводжується сильним звуко-вим ефектом, який виключає установку цього апарату в густонаселених районах. У елегазових ж вимикачах від працювати газ надходить в резервуар низького тиску.
Одна з конструкцій дугогасительного пристрої вимикач-теля з двома системами тиску показана на рис. 4-2. Воно містить резервуар високого тиску 7 з клапаном 6, глав-ний нерухомий контакт 5, дугогасительного контакт 4, під-Віжн контакт 2 і сопло 3, виготовлене з фторопласту-4. Дугогасительного електрод, кілька виступає за межі головного контакту, у включеному стані апарату входить у внутрішню порожнину трубчастого рухомого контакту 2. При відключенні дуга швидко перекидається з головного контакту на дугогасительного електрод 4. Останній, а також кінець рухомого контакту забезпечені накладками з дугостійкості мате -ріала.
При відключенні за допомогою ізоляційної тяги 8 на короткий час відкривається клапан 6 і деяку кількість елегазу з резервуара високого тиску надходить в дугогасительную камеру і через сопло 3 і внутрішню порожнину рухомого кон-такту 2 перетікає в бак низького тиску. В останньому дав-ня елегазу вибирається з умови забезпечення необхідної електричної міцності. У сусіднє дугогасительноє пристрій елегаз подається по ізоляційної трубі
На рис. 4-3 приведена принципова схема вимикача з двома системами тиску, який фірма «Мерлен Жерен» застосувала в герметизированном розподільному пристрої. Вимикач-тель на 245 кВ містить два ідентичних дугогасильних уст-
ройства з одним проміжком, що знаходяться в системі високого тиску.
Обидва пристрої об'єднані в єдиний дугогасительного кому-плекс із загальною системою контролю і управління. Цей комплекс за допомогою ізоляторів 8 встановлений на підставі співвісно з обо-оболонка бака 2 низького тиску.
жается до значення тиску в баку 2 і під дією різниці тисків рухливі контакти розмикаються. При цьому на час, необхідний для гасіння дуги, відкриваються клапани Л, і виникає між контактами 3 і 5 дуга обдувається двостороннім потоком елегазу, що випливають через внутрішні порожнини контактів в резервуар 2. Оскільки в обсязі 1 елегаз перебуває під тиском p> = 13 * 105 па, для забезпечення необхідної дугогасительной здатності і достатньої електричної міцності необхідний междуконтактний про-проміжок невеликої величини. При включенні апарату клапани У перекидаються в поло-ження «Вкл.», Клапани А залишаються закривання тими.
Існують і інші конструкції дугога-вальну пристроїв з двома системами давши лений, принципово не відрізняються від першої. Вони будуть розглянуті при описі конструкцій відповідних вимикачів. У багатьох конструкціях елегазових вимикачів і вимикачів навантаження примі-вується дуття з-під поршня.
Апарати, в яких гасіння дуги від-ходить в потоці повітря, створеному поршнем, механічно пов'язаних з рухомим контак-те, відомі з давніх-давен. Однак слідом-ствие того, що під поршнем вдавалося напів-чить порівняно невеликі тиску рпя = = (2-6) • 105 Па, а також з-за невисокою ду-гогасітельной здатності повітря область застосування автопневматіческіх вимикачі-лей обмежується конструкціями на напря- вання 6-20 кВ і на невеликі потужності від-ключення. По суті, це вимикачі на-Грузьке.
Дугогасительная здатність подібного пристрою різко зростає при заміні повітря елегазом. Порівняння гасіння дуги в повітрі і в елегазі при дуття з-під поршня при одній і тій же енергії, що витрачається на отклю-чення, виробляв французький дослідник Вігрек. Він поки-зал, що в елегазі струм відключення в 10 разів більше, ніж в воз-дух. Якщо ж врахувати, що в дослідах з елегазом і повертаю-щееся напруга була майже на порядок вище, то потужність відключення в елегазі при дуття з-під поршня майже в 100 разів перевищує таку в повітрі. В даний час розроблені елегазові вимикачі з зазначеним принципом гасіння дуги на вищі класи напруги і дуже великі потужності від-ключення.
Розроблені та застосовуються різноманітні конструкції ду-гогасітельних пристроїв з дуттям з-під поршня.
На рис. 4-4 наведена конструктивна схема автопневматі-чеського дугогасітеля з рухомим металевим циліндром і ізоляційним соплом. У включеному положенні апарату рухливі головні контакти 4 щільно охоплюють неподвиж-ний трубчастий контакт 1. Ду-
гогасітельниі контакт 6 знахо-диться у внутрішній порожнині труби. При відключенні під-Віжн система, що містить циліндр 5, контакти 4 і 3 і камеру 2, опускається вниз. Обсяг між нерухомим поршнем 6 і дном циліндра 5 скорочується, і тиск в цій області підвищується. Під дією цього тиску воз-ника дуття, що забезпечує гасіння дуги, що виникає між контактами 3 і 1.
На рис. 4-5 наведено схе-ма автопневматіческого дуг-гасителя з рухомим ізоля-Ціон циліндром.
Нерухомі трубчасті контакти 3 дугогасітеля, ус-тановленіе строго на одній осі, змонтовані на флан-цах 1 і 9, які механічного-скі пов'язані між собою з-ром 2. Вільні кінці контактів забезпечені дугогасі-них соплами, через які при відключенні відбувається витікання елегазу. Необ-видимий для гасіння дуги потік елегазу створюється в процесі відключення рухомим циліндром з днищем з ізоляційних-ного матеріалу 4, з яким за допомогою обойми 6 жорстко пов'язаний рухливий контакт 5 з пружними контактними пальцями. На малюнку рухлива система показана в двох по-положеннях: в положенні «включено» (вище осі пристрою) і в положенні «відключено» (нижче осі).
У включеному положенні апарату нерухомі контакти • 3 перемикаються рухомим контактом 5. При відключенні під-Віжн система, що містить циліндр 4 і контакти 5, переме-ється вправо. В обсязі між циліндром 4 і нерухомим поршнем 8 виникає підвищений тиск. Початкове тиску-ня в камері, рівень витоків, швидкість рухомої системи і
обсяг стиснення вибираються таким чином, щоб до моменту розмикання контактів і, отже, виникнення дуття в камері був обсяг стисненого елегазу, достатній для забезпе-чення надійного гасіння дуги при заданому струмі отклю-чення. Дуга при розмиканні контактів виникає між гра-фітовая наконечником 7 і елементом контакту 5. І, по-кільки в процесі гасіння дуги її опорні точки знаходяться на графітових наконечниках 7, твердих пилоподібних продук-тов (фторидів металів) не утворюється. Що виникає в не-великих кількостях газоподібна сполука CF4 не змінює
ізоляційних і дугогасильних властивостей елегазу. Час су-ществованія дуги в залежності від моменту її виникнення коливається в межах від 5 до 15 мс. У положенні «отклю-чено» між контактами 3 і 7 утворюється чисто газовий про-проміжок.
У патентній літературі наводяться конструкції вимикач-телей з гасінням дуги в рідкому елегазі. На рис. 4-6 наведена одна із запропонованих конструкцій дугогасительного устрій-ства. Гасіння дуги в ньому відбувається майже так само, як і в мас-Ляном вимикачі.
Дугогасительноє пристрій укладено в металевий ре-зервуар 3, по торцях якого встановлені вводи 1. На одному з вводів може бути змонтований трансформатор струму 2.
При відключенні спочатку розмикаються контакти 10 і 7 і утворюється допоміжна дуга 9, яка розкладає Незнач-рої кількість елегазу, внаслідок чого в камері 6 до моменту утворення головною дуги 5 створюється високий тиск. Під дією цього тиску, а також тиску, що виникає при розкладанні елегазу дугою 5, що горить між контактами 7 і 4,
з камери 6 відбувається інтенісівное витікання газової суміші
забезпечує гасіння дуги 5 при переході струму через нуль. Відпрацьований газоподібний елегаз скраплюється, а продукти раз-розкладання (сірка і фтор) рекомбинируют, утворюючи вихідний про-дукт - елегаз. В іншій конструкції камери дугу пропонується гасити струменем рідкого елегазу, причому 197 см3 рідкого елегазу досить для гасіння дуги зі струмом 50 кА. г
Відзначається, що вимикачі з рідким елегазом можуть мати отклю-чающие здатність, в кілька разів більшу, ніж з газоподібним елегазом. В даний час таких вимкнення-отримувача ще не існує, але сле-дует очікувати появу публікацій про їх конструктивному виконанні.
На рис. 4-7 і 4-8 показано конст-руктівних виконання дугогасітель-них пристроїв з магнітним гасінням дуги в нерухомому елегазі.
У першому з описуваних вуст-влаштування зустрічно включені Катуша-ки створюють нормальну дузі склад-рами магнітного поля, яка змушує обертатися дугу так, що її опорні точки, переміщуючись по елек-Трод, описують кругові траек-торії.
Котушки обтекаются струмом тільки в процесі відключення, що дозволяє приймати невелику перетин про-вода. У включеному стані аппа-рата котушки зашунтовані, при-ніж шунтування і послідовне їх з'єднання при відключенні аппа-рата здійснюється за допомогою пе-реключающего пристрою, що складається з розеткових контактів 1 і 14, по-ресувні і нерухомого контактів змінного діаметра 2 і 15 і корпу -сов 5 і 13. у цьому стані апарату нерухомий контакт 2 віджатий по-ресувні контактом 9 вгору і його розширена частина входить в контакт 1; одночасно розширення нижньої частини рухомого контакту 15 входить в контакт 14. Шлях струму, таким чином, буде сле-дмуть: контакт 2, контакт /, корпус 5, контакт 6, контакт 9, контакт 8, корпус 13, контакт 14, нижня частина рухомого кон-такту 15. При відключенні апарату розширення контактів 2
5.3.2. елегазові вимикачі
У елегазових дугогасильних пристроях (ДУ) на відміну від повітряних при гасінні дуги витікання газу через сопло відбувається не в атмосферу, а в замкнутий об'єм камери, заповнений елегазом при невеликому надлишковому тиску. За способом гасіння дуги в елегазі розрізняють наступні ДУ:
з системою поздовжнього дуття, в яку попередньо стиснений газ надходить з резервуара з відносно високим тиском елегазу (ДУ з двома ступенями тиску);
автокомпрессіонние з дуттям в елегазі, створюваним за допомогою вбудованого компресійного пристрою (ДУ з одним ступенем тиску);
з електромагнітним дуттям, в якому гасіння дуги забезпечується в результаті її переміщення з високою швидкістю в нерухомому елегазі з кільцевих електродів під впливом радіального магнітного поля, створюваного відключається струмом (ДУ з електромагнітним дуттям);
з системою поздовжнього дуття, в якому підвищення тиску в елегазі відбувається при розігріві дугою, що обертається в спеціальній камері під впливом магнітного поля.
Інтенсивне газодинамічне вплив потоку елегазу на стовп електричної дуги є найбільш ефективним способом гасіння дуги. Тому воно використовується в більшості сучасних конструкцій ДУ елегазових вимикачів. Гасіння дуги відбувається в соплах (рис. 5.6) потоком елегазу високого тиску (0,5-0,6 МПа) як при односторонньому (рис. 5.6, а), так і при двосторонньому несиметричному (рис. 5.6, б) газовому дуття.
Основними параметрами системи поздовжнього дуття є: площа перетину Sc або діаметр dc горловини сопла, відносне розташування контактів, яке визначається відстанню z0, геометричні розміри форми дифузорів і конфузорів дутьевой системи. Оптимальні умови гасіння дуги в таких системах багато в чому визначаються, як і в повітряних вимикачах, геометричними параметрами дуттєвих систем і особливо вхідний частини (конфузора).
В даний час в зарубіжних енергосистемах більшість застосовуваних вимикачів високої напруги - елегазові. На жаль, у вітчизняній енергетиці вимикачі цього типу поки не знайшли широкого застосування.
Конструкції елегазових вимикачів.
Фірма Merlin Gerin розробила елегазовий вимикач Fluarc FB4 на напругу Uном = (7,2-36) кВ, номінальний струм відключення Iо.ном = 25 кА, номінальний струм Iном = (630-1250) А. Тиск всередині корпусу 1,5 МПа, час гасіння дуги 15 мс, повне час відключення 60-80 мс, термін служби - 20 років.
На рис. 5.7 представлені полюс автокомпрессіонного вимикача і положення механізму, відповідне різним етапам відключення. Положення а відповідає нормальному включеному станом. Струм протікає по головним контактам 1, 2, дугогасильні контакти 3, 4 замкнуті. З огляду на те що вони виготовлені з дугостійкості металокераміки (CuW), токоведущий контур має більший опір. Тому через дугогасні контакти, як правило, проходить струм не більше 15-20% Iном. Положення б відповідає початку процесу відключення. Рухомий поршень 5 разом з рухомим головним контактом 1 і соплом 6 переміщається під впливом приводних важелів 7, 8. Цим створюється надлишковий тиск в порожнині над поршнем у порівнянні з обсягом під поршнем. Струм з головних контактів 1, 2 перекидається в дугогасительную ланцюг контактів 3, 4. При подальшому переміщенні поршня (положення в) відбувається розмикання контактів 3, 4 з одночасним виникненням дуття через внутрішні порожнини контактів 3, 4 - двостороннє симетричне дуття. При цьому виділяється енергія дуги розігріває елегаз, що призводить до підвищення перепаду тиску і посилення інтенсивності закінчення газового струменя. Після гасіння дуги при подальшому переміщенні поршня (положення г) триває вентиляція межконтактного проміжку, що забезпечує необхідну електричну міцність.