Масляные выключатели

Влияние дугогасящей среды на характер протекания разряда весьма существенно, поскольку предопределяет такие основные характеристики дуги, как ее диаметр, температуру, время горения, выброс потоков плазмы и др.

Разряд на контактах выключателя сопровождается концентрированным выделением тепловой энергии: на катоде выделяется энергия, подводимая заряженными ионами, и часть энергии электронов, эмитируемых катодом вследствие излучения из прикатодной области. К аноду в основном подводится энергия электронов. Определенную роль в тепловом балансе играют высокотемпературные потоки плазмы. Часть энергии поступает на электроды из ствола дуги за счет теплопроводности, конвекции и излучения.

Дугогасящие среды (масло, элегаз, вакуум), используемые в коммутационных аппаратах, обуславливают своеобразие процессов в дугогасительных устройствах, влияющих на перенапряжения.

В масляных выключателях разрыв тока обусловливается специфическими физико химическими процессами, происходящими в зоне дугогашения. При возникновении дуги между размыкающимися контактами образуется парогазовая среда,состоящая из продуктов разложения масла (66%водорода, 17%ацетилена, 9%метана и ряд примесей). Высокая теплоотводящая способность водорода обеспечивает эффективное гашение дуги.Однако в процессе разложения масла,кроме водорода,образуются углеродистые соединения в виде твердого осадка,а также пары материала контактов и продукты разложения твердых изоляционных элементов,снижающие эффективность дугогашения.

Рис.1.Кривые процесса восстановления изоляционных свойств в масле.

Рис.2.Отключение электродвигателя масляным выключателем.

Восстановление изоляционных свойств масляной среды происходит значительно медленнее,чем в выключателях с другими дугогасящими средами. Кривая 1 на рис.1 показывает график изменения напряжения пробоя межконтактного промежутка масляного выключателя после расхождения контактов. Кривая 2 демонстрирует характер изменения напряжения на вводах двигателя при размыкании контактов после прохождения тока через ноль. Эта кривая показывает,что высокочастотный процесс,связанный с обменом энергией между емкостными и индуктивными элементами присоединения, может привести к многократным повторным пробоям межконтактного промежутка.Однако на первых этапах дугового разряда за счет подпитки током от соседних фаздуговой разряд поддерживается и в момент прохождения тока через ноль. Причем дуговой разряд сохраняется до 6-8 периодов частоты 50 Гц. Следовательно,к моменту,когда изоляционные свойства выключателя будут восстановлены,запас энергии в емкости и индуктивности присоединения будет погашен и вероятность эскалации перенапряжения за счет повторных пробоев очень низка.

На рис.2 показаны осциллограммы напряжений фаз А,В и С на вводах электродвигателя мощностью 500 кВт, найденных путем моделирования процессов. Кратность первого импульса перенапряжений составляет 2*1, что ниже допустимой кратности.

Рис.3 иллюстрирует распределение напряжений по виткам обмотки в точках 1, 2 и 3 эквивалентной схемы двигателя (рис.4),которые находятся в пределах допуска. Перенапряжения при отключении масляного выключателя сильно зависят от свойств дугогасящей среды.

Рис.3.Кривые напряжений в различных точках эквивалентной схемы двигателя при отключении масляным выключателем.

Рис. 4. Схема замещения электродвигателя.

Количество продуктов разложения масла зависит от энергии дуги, числа коммутаций и в среднем на единицу энергии дуги составляет 0,045 0,060 г/кДж. Так,после 10 отключений тока 5 кА выключателем с контактами из композиции 70 W-Cu в дугогасительном устройстве с объемом масла 3*10³ см ³ содержится 38 г углеродов (в виде осадка), 2 г вольфрама и 0,8 г меди. Углеродистые соединения до нескольких месяцев остаются в масле во взвешенном состоянии, снижая электрическую прочность внутренней изоляции масляного выключателя. После 8-10 отключений маломасляного выключателя на 6 кВ сопротивление внутренней изоляции снижается до 30 МОм (при первоначальном значении 10000 МОм).

Наличие свободных частиц углерода во взвешенном состоянии и особенно металла снижает электрическую прочность масла, что плохо сказывается на процессах в дугогасительной камере в режиме включения. При уменьшении расстояния между контактами возникает преждевременный множественный пробой межконтактного промежутка, провоцирующий перенапряжения.

Моделирование процессов включения электродвигателя той же мощности иллюстрируется рис. 5 (масштаб рисунка тот же, что и рис. 2). Кратность перенапряжений выше нормы, а перенапряжения на витках обмотки (рис. 6) оказываются недопустимыми.

Рис. 5. Перенапряжения при включении электродвигателя масляным включателем.

Рис. 6. Перенапряжения на витках при вклю чении двигателя масляным выключателем.

Дата добавления: 2014-12-08