1.2Вакуумні вимикачі

1. Горіння і гасіння дуги у вакуумі

Експериментальні дослідження і досвід експлуатації комута­ційних апаратів показали, що на розвиток дугового розряду великий вплив здійснює середовище, у якому відбувається розмикання контактів. У цьому відношенні вакуум, як дугогасне середовище, має ряд істотних переваг у порівнянні з газовими середовищами (повітря, елегаз і ін.). Так, вакуум має дуже високу електричну міцність (близько 100кВ/мм при тиску порядку 10^-4Па), має здатність дуже швидко її відновлювати після згасання дуги. Крім того, вакуум створює сприятливі умови для дифузії заряджених часток з області горіння дуги, а також запобігає ударній і термічній іонізації проміжку. Однак і у вакуумі при розмиканні контактів з'являється дуговий розряд. Причиною його виникнення є термоелектронна або автоелектронна емісії. Через шорсткість контактуючих поверхонь зіт­кнення їх, як правило, відбувається тільки в декількох точках. У процесі розмикання контактів число контактних точок зменшується, у результаті чого щільність струму на точках, що залишилися в зіткненні, сильно зростає, разогрів їх збільшується, аж до роз­плавлювання. Різке підвищення температури контактів приводить до того, що температура катода може бути достатньою для початку термо­елект­ронної емісії з його поверхні. Розігрів поверхонь контактів приводить також до газовиділення матеріалів, з яких вони виготовлені і, як наслідок, до погіршення вакууму. Установлено, що зміна тиску у вакуумній камері в межах від 10^-2Па до 10^-4Па практично не впливає на процес відключення. Але при підвищенні тиску до 10^-1Па і вище веде до швидкого зростання імовірності іонізації міжелектродного проміжку. Для зниження газовиділення роблять попереднє вакуумування матеріалу електродів шляхом прогріву їх до високої температури при безупинному відкачуванні і періодичному чергуванні полярності електродів. Нагрівання контактів ведуть протягом декількох годин до червоного розжарювання. Гасіння дуги здійснюється за рахунок радіальної дифузії заряд­же­них часток і охолодження дуги унаслідок випару великої кількості ма­те­ріалу електродів і переносу його до стінок камери. При відключенні кола постійного струму перше загасання дуги спостерігається вже при невеликій відстані між електродами. Виникаючі при цьому значні пе­ре­напруги, як правило, виявляються достатніми для повторного про­бою проміжка. Повторна дуга гаситься в такий же спосіб, як і перша. У вакуумних вимикачах з метою зниження виникаючих перенапруг ефективно засто­со­вується шунтування кон­так­тів активними опірами або конденсаторами. Вакуумні вимикачі ма­ють малі габарити, високу швид­кодію, невели­кий хід рухливого контак­ту, допуска­ють велике число спрацьову­вань без необхідності в ревізії. Рис. 1.2. Вакуумна дугогасна камера КВД-21

1.2.2. Конструкції вакуумних вимикачів

Як уже згадувалося, у вакуумних вимикачах кон­­­так­­ти розходяться в по­вітрян­ому середовищі з тиском 10^-4Па. При на­стільки низькому тиску щільність газу надзвичайно мала. Довжина вільного пробігу молекули досягає 50м, а довжина вільного пробігу електрона близько 300м, що значно перевищує розміри розрядної трубки. Тому при прикладенні напруги не відбуваються іонізуючі зіткнення моле­кул і самостійний розряд не виникає.  На рис. 6.7 приведен розріз вакуумної дугогасної камери КВД-21. У Рис. 1.3 Вимикач ВHВ - 10/320 керамічному ци­ліндрі 1 з ребристою по­верхнею розміщені торцеві контакти 2 і 3 з вольфрамовими нако­нечниками 4. Контакт 3 нерухомий, контакт 2 може переміщатися не порушуючи вакууму завдяки сильфону 5. За рахунок атмосферного тиску, що діє на сильфон, забезпечується натискання контактів. Сила їх натискання складає близько 120Н. Хід рухомого контакту в межах 3-5см. Швидкість руху рухомого контакту в момент розмикання від 0,2м/с до 2м/с.  Вакуумна дугогасна камера КВД-21 разрахована на тривалий струм 320А, номінальний струм відклю­чення 2000А, номінальна напруга 20кВ, механічну зносостійкість 100000 опе­ра­цій, комутаційна зносо­стійкість (у середньому при струмі 900А) - 40000 опера­цій. На базі вакуумної камери КВД-21 серійно виготовляються вітчизняними заводами вимикачі наван­тажен­ня типу BHB-IO/320 (рис. 6.8). ^