книги / Тяговые подстанции городского электрического транспорта

кривых восстанавливающегося напряжения и с прямыми U—В определяет момент повторного зажигания дуги. После прохож­

ции дуги и называться остаточным током дуги (рис. 29-3,6). Полное прекращение тока в дуге произойдет после очередного его перехода через нуль и отсутствия пересечения кривой вос­ станавливающегося напряжения и дугового промежутка с пря­ мой электрической прочности промежутка f/33—В3 (рис. 29-3,в). В этом случае остаточный ток падает до нуля.

Наличие в цепи электрической дуги индуктивности создает сдвиг фаз между током и напряжением и условия гашения рез­ ко ухудшаются. Если при активном сопротивлении после пере­ хода тока через нуль создается бестоковая пауза t (рис. 29-4,а), то при индуктивном сопротив­ лении бестоковых пауз нет и га­ шение наступит лишь после того, как напряжение зажига­ ния дуги в промежутке превы­ сит амплитудное значение вос­ станавливающегося напряже­

ния (рис. 29-4,6).

где L и С — индуктивность и емкость цепи.

Высокочастотные колебания накладываются на синусоидаль­ ные напряжения промышленной частоты, которые для этих коле­ баний служат как бы осью (рис. 29-5).

При отключении трехфазного тока к. з. размыкание тока сна­ чала произойдет в цепи какой-то одной фазы, что вызовет коле­ бательный процесс. Размыкание тока в других фазах будет про­ исходить с меньшим восстанавливающим напряжением.

§30. Гашение электрической дуги

ввыключающих аппаратах

Способы гашения электрических дуг подразделяются на две группы: гашение коротких и длинных дуг.

Короткие дуги имеют ту особенность, что падение напряже­ ния у катода составляет существенную часть от общего падения напряжения в дуге.

Это объясняется тем, что автоэлектронная эмиссия требует высокого градиента электрического поля (до 106 в/см) в слое у катода толщиной 10-4— 10“5 см.

Явления у катода при коротких дугах переменного тока соз­ дают характерную для них начальную прочность дугового про­ межутка. По мере горения дуги вследствие диффузии и реком­ бинации зарядов электрическая прочность промежутка возра­ стает.

Длинные дуги возникают при высоких напряжениях источни­ ка, поэтому падение напряжения у катода не оказывает суще­ ственного влияния на зажигание. Гашение длинных дуг произ­ водится при помощи ускорения распада дуги. Для этого снижают температуру дуги ниже температуры термической ионизации (4000° К) путем соприкосновения дуги с холодными частями дугогасительных устройств или путем диссоциации окружающих дугу веществ. В последнем случае молекулы газа или пара диф­ фундируют в столб дуги и под влиянием высокой температуры диссоциируют, т. е. распадаются на атомы. Поскольку на это затрачивается энергия, то температура дуги снижается. В даль­ нейшем диссоциированные атомы диффундируют в окружающее дугу пространство, где при рекомбинации отдают энергию.

Для гашения дуг переменного тока особенно выгодно исполь­ зовать атомы водорода, которые возникают при диссоциации паров масла.

Рассмотрим наиболее употребительные способы гашения дуги.

Магнитное дутье основано на том, что ток в дуге, взаимодей­ ствуя с внешним магнитным полем, отклоняет дугу. Погасание дуги при этом происходит от двух причин: растяжения дуги и ох­ лаждения дуги при ее быстром перемещении сквозь неподвиж­ ный воздух.

Магнитное поле может быть получено с помощью электро­ магнитов с сериесной и шунтовой катушками, а также с по­ мощью постоянных магнитов. При сериесных электромагнитах сила F, вызывающая перемещение дуги, будет пропорциональна магнитной индукции В, длине дуги / и току /. Но магнитная индукция, в свою очередь, при сериесиом электромагните про­ порциональна току, таким образом,

Этим объясняется, что электромагнитное дутье с сериесными катушками хорошо работает при больших токах и хуже при ма­ лых токах.

Решетки Доливо-Добровольского применяются для гашения коротких дуг. Гашение дуги здесь основано на том, что электро­ динамическими силами дуга отклоняется в пространство, разго­ роженное неподвижными изолированными металлическими

пластинами. Попав на эти пластины (решетку), дуга разбивается на несколько коротких дут, в результате чего суммарное околоэлектродное напряжение возрастает. Статическая вольт-ампер- ная характеристика дуги в этом случае поднимается, что спо­ собствует гашению.

Конструктивное выполнение дугогасительных решеток может быть в двух видах: с переходом дуги на решетку с дугогаситель­ ных рогов либо с постепенным переходом дуги на пластины дугогасительной решетки по мере движения подвижного контак­ та. В первом случае гашение дуги происходит за меньший проме­ жуток времени, но требует магнитного дутья.

Щелевые камеры гасят дугу вследствие ее деионизации при охлаждении о стенки камеры. Камеры выполняются из огне- и влагостойкого материала. В качестве такого материала слу­ жит асбоцемент (ацеид) или керамика. Керамические камеры дуго- и влагостойки, вследствие большей теплопроводности они гасят дугу лучше. Для повышения гидрофобности (водоотталкивающей способности) камер из асбоцемента последние пропитываются кремнийорганическими соедине­ ниями.

Форма щелевых камер бывает различной: с одной или не­ сколькими прямыми щелями, с сужающейся щелью, с извили­ стой щелью. В мощных выключателях щелевая камера снаб­ жается магнитным дутьем.

Гашение дуги высоким давлением обычно осуществляется в трубчатых предохранителях. Повышение давления в закрытом патроне предохранителей происходит от нагрева газа электриче­ ской дугой. Оно пропорционально квадрату тока. С повышением же давления газов ионизация в дуге резко падает, н дуга гаснет.

Газогенерирующие дугогасительные устройства основаны на том, что под влиянием нагрева стенок дугогасительной камеры электрической дугой из материала стенок выделяется большое количество газов, которые выдувают дугу. В качестве газогене­ рирующих веществ применяют фибру, органическое стекло, ви­ нипласт и др.

Дугогасящие устройства с твердым газогенерирующим мате­ риалом выполняются с продольным или поперечным дутьем. В камерах с продольным дутьем на дугу действуют как ради­ альные, так и аксиальные потоки газов. Газы радиальногонаправления, попадая в дугу, диссоциируются, а газы продоль­ ного дутья удлиняют дугу.

Камеры с поперечным дутьем работают более эффективно. Здесь за время максимального значения тока дуги в основной камере и буферном объеме скапливается большое количествогаза. При спаде тока эти газы выдувают дугу. При этом дуга прижимается к холодным стенкам камеры, что способствует ее гашению.

Газогенерирующие камеры успешно применяются в аппара­ тах переменного тока с напряжением до 10 кв.

Камеры с воздушным дутьем основаны на том, что в момент размыкания контактов и образования дуги открывается вентиль воздушного дутья, обеспечивающий продольное дутье. Поток воздуха в момент прохождения тока через нуль отрывает иони­ зированную зону от острия подвижного контакта, а воздух обра­ зует вихревые потоки, которые также способствуют деиони­ зации.

Омический принцип гашения дуги основан на том, что по мере растяжения дуги в ее цепи увеличивается активное сопро­ тивление. Это снижает ток и, кроме того, уменьшает сдвиг фаз между током и напряжением, что также способствует лучшему гашению дуги.

Гасительные устройства в масле основаны на диссоциации масла. Энергия электрической дуги в масле расходуется: на разложение и движение масла (28%), расширение и нагрев га­ зов (40%), теплоотдачу лучеиспусканием (11%), нагрев и испа­ рение масла (9%) и другие виды потерь (12%). Таким образом, трансформаторное масло является хорошей дугогасительной средой, так как 68% энергии электрической дуги гасится в про­ цессе диссоциации масла с выделением до 70% водорода.

Некоторым недостатком трансформаторного масла является сравнительно низкая температура вспышки паров (+135° С), но поскольку все другие известные жидкости обладают большими недостатками, то трансформаторное масло как дугогасителыюе средство получило наиболее широкое распространение.

Простейший баковый масляный выключатель имеет свобод­ но горящую дугу в масле. Вокруг дуги образуется газовый пузырь с преимущественным содержанием водорода. Поскольку градиент напряжения в дуге мал (70 в/см), то для гашения дуги приходится иметь относительно большой ход подвижных кон­ тактов и двойной разрыв дуги.

Время горения дуги в таком выключателе зависит от тока. С увеличением тока до некоторого критического значения время горения дуги возрастает до 10—15 полупериодов. Дальнейшее возрастание тока снижает время горения дуги до 3—5 полупе­ риодов за счет электродинамических сил. Под действием этих сил дуга отклоняется и приближается к стенкам газового пузы­ ря, что вызывает увеличенное выделение газов (рис. 30-1).

Чтобы еще больше приблизить электрическую дугу к стенкам камеры и тем самым ускорить гашение, применяют камеры га­ шения. Примером такой гасительной камеры с поперечным дутьем служит камера с буферным объемом (рис. 30-2). В перзый момент образования газового пузыря воздух в камере 3 сжимается (рис. 30-2,а). После подъема подвижного электрода 1 и открытия поперечного канала газы, пары масла и масло

Г л а в а IX

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

§ 31. Общие сведения

Высоковольтные выключатели включают и отключают элект­ рические цепи высокого напряжения при нагрузке и коротком: замыкании. Таким образом, высоковольтные выключатели явля­ ются одним из наиболее ответственных аппаратов станций и под­ станций.

Классификация современных высоковольтных выключателей,, выпускаемых отечественной промышленностью, может быть про­ изведена по нескольким признакам. По способу гашения дуги выключатели бывают масляные и безмасляные. Масляные вы­ ключатели в свою очередь подразделяются на многообъемные- (баковые) и малообъемные (горшковые). Безмасляные выклю­ чатели бывают воздушными, автогазовыми и электромагнит­ ными.

По способу установки выключатели подразделяются на вы­ ключатели для внутренних и наружных установок, по скорости действия — на быстродействующие, ускоренного действия и небыстродействующие.

Время отключения быстродействующих выключателей не­ должно превышать 0,08 сек, ускоренного действия — 0,12 сек и небыстродействующих — 0,25 сек.

На тяговых подстанциях наибольшее распространение полу­ чили выключатели масляные, малообъемные, для внутренних, установок.

Высоковольтные выключатели выпускаются для разных цик­ лов работы. Если буквой О обозначить отключение, буквой В — включение, а цифрой — интервал между операциями в секундах,, то нормальный цикл работы выключателя условно выразится

О - 180- В О - 180-В О .

Это значит, что после отключения выключателя от коротко­ го замыкания он может быть включен на это короткое замыка­ ние еще два раза с интервалом 180 сек.

Выключатели, оборудованные устройством автоматическогоповторного включения (АПВ), должны обеспечить один из сле­ дующих циклов:

1)ВО — О — ВО,

2)ВО — О — ВО— 15 — ВО,

3)ВО — О — ВО— 15— ВО — 60 — ВО.

Поскольку каждый из перечисленных циклов отражается наэлектрических параметрах выключателя, то выбор их должен производиться обязательно с учетом цикла работы.

IIТ

Основными электрическими параметрами выключателей, характеризующими их отключающую способность, являются ток

Предельным сквозным током выключателя называется мак­ симально возможный ток сквозного к. з., который не вызывает повреждение выключателя. Предельный сквозной ток обычно •ограничивается нагревом контактов выключателя, электродина­

Под собственным временем отключения выключателя пони­ мают время, прошедшее от момента подачи импульса тока на отключающую катушку привода выключателя до момента нача-

.ла расхождения контактов.

§ 32. Баковые масляные выключатели

Многообъемные или баковые выключатели обычно имеют общий бак, в котором каждая из трех фаз имеет два разрыва в масле (см. рис. 30-1). Внутренняя поверхность бака, как пра­ вило, изолируется фанерой. Такие же фанерные перегородки устанавливаются и между фазами. Крышка бака, на которой укреплены шесть вводов, подвижной контакт и бак с маслом, крепится на металлической конструкции. Бак выключателя при­ вертывается к крышке болтами и опускается с помощью лебедок.

Масло в выключателе служит в качестве дугогасительной и изоляционной среды. Уровень масла в баке контролируется по масломерному стеклу. Превышение нормального уровня может привести к взрыву выключателя вследствие уменьшения демпфи­ рующего действия воздушной «подушки» между уровнем масла и крышкой; понижение уровня масла также может привести к взрыву из-за прорыва газового пузыря в воздушное простран­ ство. Вследствие этого многообъемные выключатели считаются

В этих выключателях каждая фаза имеет свой бачок, кото­ рый крепится к общей раме на двух фарфоровых изоляторах. Металлический бак делается сварным. Для уменьшения нагрева стального бака магнитными вихревыми потоками и потерями на гистерезис вертикальный шов сваривается латунью. Стенки ба­ ка с внутренней стороны изолируются бакелитовым цилинд­ ром 13 (рис. 33-1). Дугогасительная камера 15 с буферным про-

Рис. 33-2. Выключатель типа ВМГ-133:

/ — сварная рама; 2 — опорные изоляторы; 3 — цилиндры; 4 —отключающая пружина; 5 — токоведуицнй стержень; 6 — масляный буфер; 7 — фарфоровые тяги; в —двухплечие рыча­

ги; 9 — пружинный буфер; /0 —«-вал; 11— винт заземления

странством 7 обеспечива.ет поперечное дутье дуги через три пары горизонтальных и вертикальных каналов.

Масло в этом выключателе служит только как дугогасящее средство, а не как изолирующая жидкость.

Уровень масла контролируется маслоуказателем 6 со стек­ лянной трубкой, предохраняемой от повышенного давления кла­ паном 5. Для прёдотвращения выброса масла из выключателя