4.17.2.Отключение индуктивной цепи переменного тока

При отключении чисто индуктивной цепи переменного тока, рис. 4.15, процесс гашения дуги протекает значительно сложнее чем при отключении активной цепи.

Это обусловлено тем, что напряжение на дуге изменяется значительно медленнее, чем ЭДС контура и поэтому практически отсутствуют зоны, в которых дуга не может существовать и которые можно использовать для глубокой деионизацаии дугового промежутка и восстановления его электрической прочности.

В то же время для предотвращения повторного зажигания дуги электрическая прочность дугового промежутка должна быть повышена очень быстро. Так как при коротком замыкании угол сдвига между током и напряжением приближается к 90° и восстанавливающееся напряжение после перехода тока через нуль намного выше, чем в цепи с чисто активным сопротивлением, рис. 4.15. Теоретически при размыкании безъемкостного контура возвращающееся напряжение скачком принимает максимальное значение и вызывает повторное зажигание дуги.

В действительности в любой цепи тока наряду с индуктивностью всегда существует емкость, которая вместе с индуктивностью образует колебательный контур, рис. 4.16.

Благодаря наличию колебательного контура напряжение в отключаемом контуре восстанавливается после обрыва дуги не мгновенно, а с некоторым запаздыванием с, что и позволяет выключателю увеличить электрическую прочность, дугового промежутка до необходимого значения.

При отключении такого контура восстанавливающееся напряжение имеет колебательный характер с периодом , что благоприятно сказывается на повышении, электрической прочности дугового промежутка. Из рисунка 4.16 видно, чем больше емкость контура, тем надежней будет проходить процесс гашения дуги, тем легче работа выключателя.

Успешность отключения короткого замыкания и гашения дуги в выключателе зависит от своеобразного соревнования двух процессов:

восстановления электрической прочности дугового промежутка и восстановления напряжения на контактах выключателя.

4.18 Гашение электрической дуги в выключателях переменного тока

4.18.1 Гашение электрической дуги в потоке сжатого воздуха

Этот способ гашения электрической дуги нашел широкое применение в выключателях переменного тока высокого напряжения. Сжатый воздух обладает высокой плотностью и теплопроводностью. Омывая дугу с большой скоростью, он охлаждает ее и при прохождении тока через нуль обеспечивает деионизацию дугового столба [2,3]. Кроме того, при высоком давлении воздух обладает большой электрической прочностью, что создает высокую скорость нарастания электрической прочности, дугового промежутка.

Гашение электрической дуги может быть осуществлено подачей струи сжатого воздуха или параллельно оси дуги – воздушное продольное дутье, рис. 4.17, или перпендикулярно - воздушное поперечное дутье, рис. 4.18.

Дугогасительные устройства воздушного продольного дутья могут иметь различное исполнение, зависящее, прежде всего от формы и взаимного расположения контактов и сопел, вследствие чего гашение дуги может происходить:

-

Рис. 4.18- Дугогасительные устройство воздушного поперечного дутья: 1 ‑ изоляционный корпус; 2 ‑ электрическая дуга; 3 ‑ неподвижный контакт; 4 ‑ подвижный контакт; 5 ‑ изоляционные перегородки

при одностороннем дутье, между двумя сплошными контактами, рис. 4.17, а;

- при одностороннем дутье между двумя контактами, один из которых сплошной, а другой полый, рис. 4.17, 6;

- при двустороннем симметричном дутье между двумя полыми контактами одного диаметра, рис. 4.17, в;

- при двустороннем несимметричном дутье между двумя полыми контактами с различными внутренними диаметрами, рис. 4.17, г.

Наиболее совершенными являются дугогасительные устройства с двумя полыми контактами, рис. 4.17, в и рис. 4.17, г. Корпус дугогасительного устройства (камеры) 1 выполняется из фарфора. Дуга 2, образующаяся между торцами контактов 3 и 4, потоком воздуха быстро вдувается в их внутреннюю полость. При этом обеспечивается малый износ контактов. Пары металла электродов не попадают в междуконтактный промежуток и потоком воздуха выносятся в атмосферу.

Наилучшие условия для гашения дуги в камерах продольного дутья имеют место, когда расстояние между контактами немного больше половины внутреннего диаметра полого контакта при двухстороннем симметричном дутье и четверти внутреннего диаметра полого контакта при одностороннем дутье. Данное расстояние в зависимости от номинального напряжения выключателя составляет 25 – 50 мм. При таких размерах расстояний между контактами напряжение, которое может быть приложено между ними в момент гашения дуги, не превышает 60 кВ при давлении 2МПа и 125 кВ при давлении 4 МПа. Поэтому воздушные выключатели на номинальное напряжение 110 кВ и выше выполняются с многократным разрывом цепи, т.е. с несколькими гасительными устройствами включенными последовательно[2].

Процесс гашения электрической дуги в камере поперечного дутья происходит следующим образом. При размыкании неподвижного контакта 3 и подвижного 4 между ними возникает дуга 2, которая потоком сжатого воздуха сдувается с рабочих поверхностей контактов на их дугогасительные поверхности и одновременно вдувается в первую щель, образованную изоляционными перегородками 5, рис. 4.18.

По мере дальнейшего опускания контакта 4 открывается вторая

щель, в которую вдувается дуга, и т.д. В результате дуга удлиняется, принимая форму зигзага, и эффективно охлаждается сжатым воздухом. Для защиты перегородок от обугливания они полностью или частично выполняются из газогенерирующего материала, например из фибры. При соприкосновении дуги с поверхностью фибры с последней бурно выделяются газы, способствуя дополнительному охлаждению дуги. Из–за больших габаритов и наличия органической изоляции в настоящее время эти камеры не выпускаются, но в эксплуатации еще имеются.