Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 3 )

В разборных соединениях производят антикоррозионные покрытия рабочих поверхностей — серебрят, лудят, кадмируют, иногда никелируют и цинкуют. Приме­няют покрытие рабочих поверхностей нейтральной смазкой (например, вазелином) после зачистки их напильником. После сборки контактного соединения швы должны быть заделаны (герметизированы) асфальтовым или эмалевым лаком.

Коммутирующие контакты, длительно работающие под током не выключаясь, выполняются, как правило, из серебра или металлокерамик на основе серебра. Для медных контактов снижается значение тока нагрузки по сравнению с до­пустимым для 8-часового режима. Тем самым снижаются нагрев контактов и интенсивность их окисления. Если это допустимо по технологическим условиям, рекомендуется аппараты с медными контактами периодически, после 8 — 12 ч работы, отключать 2 — 3 раза под током и снова включать. Возникающая при отключе­нии дуга сжигает оксиды, и переходное сопротивление снижается. Во многих аппа­ратах (контакторы, автоматические выключатели) кинематическая схема предусмат­ривает при замыкании некоторое проскальзывание одной контакт-детали по дру­гой (притирающийся электрический контакт). Оксидная пленка при этом стирается.

Материалы большей твердости имеют большее переходное сопротивление и требуют большего контактного нажатия. Чем выше электрическая проводимость и теплопроводность материала, тем ниже переходное сопротивление.

2.3. Гашение электрической дуги

2.3.1. Гашение дуги высоким давлением

Гашение дуги при помощи высокого давления, создаваемого самой же дугой в плотно закрытых камерах, широко используется в плавких предохранителях и ряде других аппаратов. В этих аппаратах вся энергия, выделяющаяся в дуге отключения, отдается газу, находящемуся в ограниченном объеме. При условии, когда стенки камеры не выделяют газа, справедливо (в первом приближении) следующее соотношение:

рv = 105                                                                                (6-11)

где — энергия дуги, Дж; v— объем, см3; р — возникающее в камере давление, Па.

В результате дугу удается погасить в небольших плотно закрытых камерах и сделать аппараты совершенно безопасными в пожарном отношении.

2.3.2. Гашение электрической дуги в масле.

Этот способ гашения нашел широкое применение в выключателях перемен­ного тока на высокое напряжение.

Контакты выключателя погружаются в масло. Возникающая при разрыве дуга приводит к очень интенсивному испарению окружающего её масла с диссоциацией его паров. Вокруг дуги образуется газовая оболочка (рис. 4) — газовый пузырь, состоящий в основном из водорода (70 — 80% газов пузыря) и паров масла. При этом водород, обладающий наивысшими среди всех газов дугогасящими свой­ствами, наиболее тесно соприкасается со стволом дуги. Выделяемые с громадной скоростью газы проникают непосредственно в зону ствола дуги, вызывают пере­мешивание холодного и горячего газа в пузыре, создают интенсивное охлаждение и деионизацию дугового промежутка, особенно в момент прохождения тока через свой естественный нуль.

Быстрое (взрывное) разложение масла приводит к повышению давления внутри пузыря, что также способствует гашению дуги. В обычных конструкциях масляных выключателей давление в газовом пузыре повышается до 0,5 — 1 МПа, а в выклю­чателях с дугогасительными камерами — еще больше.

Следует отметить, что сам процесс разложения масла с образованием газо­паровой смеси связан с отбором от дуги большого количества энергии (30 — 35 %), что также благоприятно влияет на её гашение.

Процесс гашения в масле происходит тем интенсивнее, чем ближе соприка­сается дуга с маслом и чем быстрее движется масло по отношению к дуге. При простом разрыве дуги в масле дуга окружена пузырем, заполненным парами масла и газа, находящимися в относительно спокойном состоянии.

Рис. 4. Электрическая дуга в сфере газового пузыря в масле при простом однократном разрыве 1 — неподвижный контакт; 2 — подвижный контакт; 3 — стенка бака; 4 — масло; А — ствол дуги; Б — водородная оболочка; В — зона распада; Г — зона газа;  Д — зона пара; Е — зона испа­рения

Воздействие самого масла на дугу относительно мало. Воздействие масла на дугу существенно увеличивается, если дуговой раз­рыв ограничить каким-либо замкнутым изоляцион­ным устройством, так называемым дугогасительным устройством (камерой). В дугогасительных камерах создается более тесное соприкосновение масла с дугой, а также интенсивное обдувание дуги потоками газов, паров масла и самим маслом, в результате чего значительно возрастает продольный градиент напряжения, ускоряется про­цесс деионизации, сокращается время горения дуги, уменьшается ход контактов по сравнению с простым разрывом в масле.

В случае когда дуга горит в газовом пузыре, объем которого не ограничи­вается стенками, средняя температура газопаровой смеси находится в пределах 800—1000 К, а в случае горения дуги в узком, ограниченном объеме при боль­ших токах средняя температура газопаровой смеси достигает 2000 — 2500 К, т. е. отвод энергии от дуги здесь значительно больший.

Рис. 5. Схемы процесса гашения электрической дуги в камерах с автодутьем: а — камера продольного дутья; б — камера поперечного дутья 1 — масло; 2 — неподвижный контакт;

3 — клапан; 4 — дуга; 3 — газовый пузырь;

6 — камера; 7 —подвижный контакт

Дугогасительные устройства современных масляных выключателей по принципу действия могут быть разделены на три основные группы:

1. Дугогасительные устройства с автодутьем, в которых дутье газопаровой смеси и масла в зону гашения дуги создается за счет энергии, выделяющейся в самой дуге.

2. Дугогасительные устройства с принудительным (импульсным) масляным дутьем,

в которых масло в зону гашения дуги (к месту разрыва) подается с помощью специальных нагнетающих гидравлических механизмов за счет по­стороннего источника энергии.

3. Дугогасительные устройства с магнитным гашением дуги в масле, в которых ствол дуги под влиянием поперечного магнитного поля перемещается в узкие, заполненные маслом каналы и щели, образованные стенками из изоляционного материала.

Наибольшее распространение находят дугогасительные устройства первой группы, так как обеспечивают большую эффективность гашения при сравнитель­но несложных конструкциях.

Принципиальные схемы работы простейших дугогасительных камер с авто­дутьем приведены на рис. 5. Газовый пузырь, образующийся вокруг дуги при размыкании контактов, приводит к существенному повышению давления в ограниченном объеме камеры (положение I). Масло и продукты его разложения, стремясь выйти через отверстия в камере, создают интенсивное обдувание дуги потоками газопаровой смеси и масла вдоль дуги (продольное дутье — рис. 5, а) при выходе подвижной контакт-детали из камеры (положение II) или поперек дуги (поперечное дутье — рис. 5,б) при наличии выхлопного отверстия, расположенного против места разрыва (положение II). После гашения дуги камера наполняется маслом (положение III). Современные масляные выключатели снабжены более сложными камерами, в которых используются указанные принципы в различных комбинациях с одним, двумя и большим числом разрывов.

2.3. 3. Гашение электрической дуги воздушным дутьём

Этот способ гашения нашел широкое применение в выключателях переменного тока на высокое напряжение.

Дуга, образующаяся между контактами, обдувается вдоль или поперек потоком воздуха под определенным давлением. Перемещающийся с большой скоростью (приближающейся к звуковой) поток воздуха удаляет из зоны дуги нагретые ионизированные частицы, замещая их другими, охлажденными.

Рис. 6. Схемы камер с воздушным дутьем: а — поперечное дутье; б — продольное одно­стороннее в горловине камеры; в — продольное одностороннее через соплообразный контакт; г — продольное одностороннее через изоляционное сопло; д, е — продольное двустороннее через соплообразные контакты 1 — неподвижный контакт; 2 — изоляционные перегородки; 3 — дуга; 4 — подвижный контакт; 5 — кор­пус камеры; 6 — металлическое сопло; 7 — изоляционное сопло

Температура ствола дуги резко падает, особенно в момент прохождения тока через нуль. Одновременно происходит и механическое разрушение ствола дуги.

Основное влияние на процесс гашения оказывают давление и скорость истечения воздуха, собственная частота отключаемой цепи, расстояние между контактами, площадь выходного отверстия и направленность струи.

Как уже указывалось, с ростом давления падает степень ионизации, с ростом скорости увеличивается интенсивное охлаждение ствола дуги. Поэтому с ростом давления и скорости истечения потока воздуха повышаются интен­сивность гашения и отключающая способность дугогасительного устройства.

Расстояние между контактами существенно сказывается на процессе га­шения. Казалось, что увеличение расстояния между контактами должно улучшать условия гашения. В действительности для каждого значения давления сущест­вует оптимальное расстояние между контактами, при котором обеспечиваются наилучшее гашение и максимальная отключающая способность. Уменьшение, как и увеличение, этого расстояния ухудшает гашение. При этом весьма часто оптимальное по условиям гашения расстояние между контактами оказывается меньше требуемого по условиям электрической прочности, и после гашения дуги во избежание пробоя промежутка необходимо принять меры к доведению расстоя­ния между контактами до значения, определяемого требованиями электрической прочности. Это достигается перемещением дополнительных, последовательно включенных контактов, применением многократного разрыва, где каждый разрыв имеет расстояние между контактами, оптимальное по условиям гашения, а суммарное расстояние всех разрывов обеспечивает электрическую прочность; применением отделителей и другими способами.