2.1.6. Дослідження властивостей дуги у вакуумній дугогасильній камері при малих відстанях між контактами

Основними причинами перенапруг при відключенні навантаження, пов'язаними з особливостями дугогасного середовища й конструкцією вимикача, є зріз струму . Виникає зріз струму при відключенні малих індуктивних струмів, таких як: несталі струми включення трансформаторів, пускові струми електродвигунів, струми шунтувальних реакторів. Зріз струму характерний для всіх типів вимикачів. Причиною зрізу струму у вимикачах з гасінням дуги в газовому середовищі є інтенсивне дуття. Воно викликає значне охолодження плазми в дуговому проміжку, що швидко зменшує її провідність. Високочастотні коливання, що розбудовуються в контурі: ємність на шинах - нелінійний опір дуги, індуктивність і ємність приєднання, накладають на струм 50 Гц. Це приводить до того, що сумарний струм у дуговому проміжку переходить через нуль викликаючи гасіння зі зрізом. У вакуумних вимикачах причиною зрізу струму є нестійкість дуги при малих струмах, тому що вона горить у парах металу контактів[13].

При зрізі струму в індуктивності навантаження накопичується енергія, яка потім звільняється на ємність приєднання й може викликати перенапруги. Кратність перенапруг визначається індуктивністю навантаження, ємністю приєднання й величиною струму зрізу. На мал. 1 наведена діаграма відносних струмів зрізу для вимикачів різного типу. Вакуумні вимикачі із хром-мідними контактами викликають найменший струм зрізу. Елегазові вимикачі з гасінням дуги обертанням (rotary-arc type) або автодуттям (self-pressurising type) мають струм зрізу практично такий же, як і вакуумні вимикачі. Це пов'язане з тим, що інтенсивність дугогасіння в них залежить від величини струму, що протікає. У компресійних (puffer type) і комбінованих елегазових вимикачів з додатковим поршнем струми зрізу вище, чим у вакуумних вимикачів. Струм зрізу елегазових вимикачів залежить від величини струму, що відключається, конструкції вимикача і ємності приєднання й може значно перевищувати такий для вакуумних.

Крім величини струму, на перенапруги при зрізі, впливають індуктивність навантаження (потужність) і ємність приєднання. При значній довжині приєднання повітряної або кабельної лінії перенапруг через зріз струму у вимикачі взагалі не виникає.

Наявність активного навантаження на вторинній стороні силового трансформатора, що відключається, також виключає виникнення перенапруг через зріз.

Рис. 2.5. Відносні струми зрізу вимикачів з різними дугогасними середовищами[13].

У цей час у мережах експлуатуються тисячі маломасляних вимикачів зі струмами зрізу набагато більше, чим у вакуумних вимикачів. Маломасляні вимикачі здатні створювати перенапруги й причому більш високі, чим вакуумні.

Вакуумні вимикачі (ВВ) одержали широке поширення в електричних мережах, особливо на номінальну напругу 6...35 кВ, внаслідок ряду переваг, що відрізняють їх від інших типів вимикачів: автономність роботи,висока експлуатаційна надійність, висока комутаційна зносостійкість, простота обслуговування, низькі експлуатаційні витрати,мала енергія привода, висока швидкодія і т.д. [14]. При відключенні ВВ виникає електрична дуга в міжконтактному проміжку вакуумної дугогасильної камери (ВДК). Властивості вакуумної дуги на різних етапах її горіння описані в роботах [15, 16]. Однак процеси, що відбуваються у ВДК при невеликих контактних відстанях ( від 0 до 1...2мм), вивчені недостатньо. Потрібні більш глибокі знання властивостей дуги, та відновлюючої електричної міцності міжконтактного проміжку для врахування в моделях вакуумних вимикачів при розрахунках перехідних процесів в електричних мережах. Дане завдання актуальне, тому що при цих режимах можливі такі явища, як повторні пробої між контактами ВДК, ескалація напруги й віртуальні зрізи струму[13].

Дослідження проводилися на установці, що містить конденсаторну батарею, котушки індуктивності, що й серійно випускається ВДК типу КДВ-10-630/20 виробника ВАТ «ЭЛКО»(г. Минусинск). Вакуумна дуга виникала при пробої міжконтактного проміжку ВДК у процесі підвищення напруги на конденсаторній батареї. Конденсаторна батарея складається з 14 паралельно з'єднаних конденсаторів типу ИК-100, сумарна ємність становить 4,5 мкФ, батарея заряджалася від автотрансформатора TV1 і високовольтного трансформатора TV2 за час 80...90 с. Напруга на виході трансформатора TV2 можна було регулювати в діапазоні 0...80 кВ. У якості індуктивності L використовувалися котушки індуктивності без сердечників, сумарна індуктивність L змінювалася від 0,82 до 7,64 мгн залежно від необхідного значення струму або частоти струму вакуумної дуги. Резистор R був включений для обмеження струму вакуумної дуги. Відстань d міжконтактного проміжку змінювалося в межах 0,25...1,00 мм. Для виміру величин напруги й струму застосовували резистивний дільник напруги (Rв, RH) і шунт Rш. Для реєстрації напруги й токи використовувалися 2 осцилографа типу Tektronix TDS 2012 B (100 Мгц).[13]