Расхождении контактов

Существуют масляные выключатели с большим объемом масла — баковые, в которых трансформаторное масло используется в качестве дугогасящей и изолирующей сред, и выключатели с малым объемом масла — горш-ковые, в которых масло используется только для гашения дуги. Схема устройства выключателя с большим объемом масла без специальных дугогаситель-ных камер — с простым разрывом контактов— представлена на 2.6. В стальном баке 1, закрытом массивной крышкой 2 и заполненном трансформаторным маслом, помещаются неподвижные 3 и подвижный 4 контакты. Последний соединен через изолирующую штангу 5 с приводным механизмом 6. Вводные изоляторы 7 изолируют от бака то-коведущие части, через которые неподвижные контакты 3 соединены с внеш- Ри(, 26 Схема уСТрой-ней цепью. Приводной механизм воз- Ства выключателя с боль-действует на подвижный контакт 4 и шим объемом масла тем самым определяет замкнутое (верхнее) или разомкнутое (нижнее) положение контактов выключателя. В момент расхождения контактов 3 и 4 при выключении цепи под током между ними образуется электрическая дуга. При очень высокой температуре дуги масло, окружающее дугу, быстро испаряется и разлагается (при разложении 1 г масла выделяется 1400—1500 см3 газа). Дуга окружается газовой оболочкой — пузырем, оттесняющим масло. В газовом пузыре создается большое давление, которое через малосжимаемое масло с большой скоростью передается стенкам и днищу бака, действуя на них как удар. Масло смещается кверху, где между его поверхностью и крышкой бака имеется воздушная прослойка. Образующиеся при разложении масла газы состоят на 70—75% из водорода, содержат метан, ацетилен, этилен и другие углеводороды.

Во время расхождения контактов / и 13 возникает дуга, масло разлагается и испаряется. Образующиеся газы создают в камере давление. Когда контакт 13 откроет первую щель, образуется газовое дутье поперек ствола дуги, и при прохождении тока через нуль возможно окончательное гашение дуги. При открытии следующих щелей обдув дуги усиливается. Обычно при больших токах дуга гаснет после открытия первых двух щелей. При отключении малых токов в камере создается небольшое давление, и дуга не гаснет после открытия всех трех щелей, а затягивается в масляные карманы 4 в верхней части дутогасительного устройства.

напряженность электрического поля на длине / «=* 10~4 см в первоначальный момент расхождения контактов

ными на 7-14,а. Пусть контакты выключателя начинают размыкаться в момент t\. По мере расхождения контактов напряжение на возникшей дуге возрастает, а скорость роста тока к.з. гк падает. Далее наступает момент, когда ток достигает максимума, а скорость его изменения и э. д. с. eL равны нулю. Далее ток начинает интенсивно уменьшаться, а напряжение на дуге растет и становится выше э. д. с. источника. В момент t2 ток сводится к нулю и дуга гаснет.

2 образование расплавленного металлического мостика в начальной стадии расхождения контактов, когда благодаря уменьшающемся силе нажатия п контактах и увеличивающемуся их переходному сопротивлению возрастает выделение теплоты в контакте;

Время, проходящее от появления короткого замыкания до отключения аварийного участка, складывается из собственного времени выключателя и времени, необходимого для работы релейной защиты. Применяемые в настоящее время воздушные выключатели имеют собственное время, т. е. время от момента подачи импульса релейной защиты до расхождения контактов выключателя и погасания на них дуги (0,06—0,08 с). Работа релейной защиты требует 0,02—0,04 с.

После начала расхождения контактов выключателя при отключении между ними некоторое время продолжает гореть электрическая дуга. Момент обрыва тока зависит от скоэости деионизации дуги, которая в свою очередь определяется характеристиками выключателя и обрываемым током. При больших токах сопротивление растягивающейся дуги невелико и не оказывает влияния на форму тока; окончательный разрыв цепи практически происходит в момент прохождения тока через нулево.е значение. Это упрощает статистические закономерности процесса по сравнению с включением, когда замыкание цепи возможно при различных фазах э. д. с. При малых токах (например, при отключении ненагруженных трансформаторов) степень ионизации дуги оказывается незначительной, и под действием рабочего дутья выключателя может произойти очень быстрый распад дугового канала еще до того, как гок проходит через свое нормальное нулевое значение, сопротивление дуги скачкообразно возрастает, а ток в дуге резко падает до нуля — происходит «срез» тока, который характеризуется значением /0 =? 0. При этом выделяется большая энергия L/Jj/2, запасенная в индуктивности схемы L, например в индуктивности намагничивания трансформаторов, что может привести к значительным перенапряжениям.

Воздушные выключатели с их быстрым перемещением контактов и интенсивным дутьем имеют вначале значительно более быстрый рост электрической прочности, чем масляные выключатели, предельная же прочность у выключателей обоих типов практически одинакова. Следует отметить, что кривые, изображенные на 23-1, являются приближенными; эксперименты по определению восстанавливающейся прочности выключателей обнаруживают очень большой разброс величин, который, помимо известного статистического характера пробоя, определяется разбросами в скорости расхождения контактов, интенсивности дутья,-а также фазой тока в момент начала расхождения контактов.

Если в процессе расхождения контактов окажется, что восстанавливающееся напряжение между контактами выше, чем прочность межконтактного промежутка, то возникнет пробой промежутка, т. е. повторное включение цепи. Следующий обрьш тока произойдет при переходе тока через нуль или при срезе тока в случае отключения малых токов. Таким образом, коммутация отключения может представлять собой серию чередующихся отключений и включений, происходящих до тех пор, пока при полном расхождении контактов дуга окончательно не оборвется.

После обрыва дуги электрическая прочность межкоктакт-ного промежутка выключателя постепенно возрастает по мере расхождения контактов. Из кривых 23-1 следует, что в течение первого полупериода свободных колебаний отключаемого контура, который обычно составляет менее 0,1 периода колебаний напряжения источника, восстанавливающаяся прочность еще мала, поэтому повторные

расхождение контактов может начаться в произвольный момент времени, а погасание дуги, после которого начинает восстанавливаться напряжение, происходит при переходе тока через нуль. Таким образом, на 23-11, а т представляет собой интервал между началом расхождения контактов и моментом обрыва тока. Можно принять, что наибольшее значение т равно полупериоду промышленной частоты, так как в большинстве случаев ток обрывается при первом переходе через нуль после начала расхождения контактов, т. е. в пределах полупериода. Из графика видно, что при значениях т > тх повторного зажигания не произойдет, так как к моменту обрыва тока контакты расходятся настолько, что пробивное напряжение межконтактного промежутка выше, чем восстанавливающееся напряжение. При т. < TJ повторные зажигания возможны, но они происходят не при максимуме, а при меньших мгновенных значениях напряжения. Интервал TJ соответствует предельному случаю, когда прямая 2 является касательной к кривой 1. Очевидно, вероятность повторных зажиганий равна отношению tj/0,571. Величину тх можно определить, если приравнять крутизны восстанавливающихся и пробивных напряжений, а также мгновенные значения напряжений, используя уравнения

Для улучшения условий гашения дуги контакторы переменного тока снабжаются дугогасительными камерами 2, состоящими из асбестоцементного или фибрового кожуха и встроенных внутри его металлических пластин. При расхождении контактов возникшая дуга под действием силы F, обусловленной смещением магнитного потока Ф дуги, переходит на металли-

Для улучшения условий гашения электрической дуги контакторы переменного тока снабжаются дугогаситель-ными камерами 2, состоящими из асбестоцементного или фибрового кожуха и встроенных внутри него металлических .пластин. При расхождении контактов возникшая дуга под действием силы, обусловленной смещением магнитного потока дуги, переходит на металлические пластины, делится на части и вследствие охлаждения и быстрой деионизации дугового промежутка в моменты, когда ток проходит через нулевое значение, быстро гаснет.

При включении электрических аппаратов (автоматических выключателей, контакторов, реле и др.) подвижные и неподвижные контакты соударяются. При этом материал контактов подвергается упругой и пластической деформации. Вследствие упругой деформации контакты размыкаются, но под действием контактной пружины замыкаются вновь. Явление отброса подвижного контакта от неподвижного после их соприкосновения называется -вибрацией контактов. Процесс вибраций носит затухающий характер. Вибрация приводит к увеличению электрического износа контактов при включении, так как при расхождении контактов между ними возникает короткая электрическая дуга. В связи с износом контактов уменьшается конечное контактное нажатие, что приводит к увеличению их переходного сопротивления. Электрическая дуга разогревает контактные поверхности, расплавляя их в отдельных точках. Повторное соприкосновение расплавленных контактных поверхностей может привести к их свариванию. Износ контактов тем больше, чем больше амплитуда и продолжительность вибрации. Общее время вибрации составляет единицы миллисекунд. На вибрации контактов влияют масса (момент инерции) контактного узла, скорость контактов в момент соударения, материал и форма контактов.

Соединение рукоятки привода и рычага, шарнирно связанного с контактной системой автомата, осуществляется при помощи системы рычагов, связанных между собой. Эта система включает в себя ломающийся рычаг а — б — в. В положении / контакты автомата замкнуты. В момент замыкания контактов между рукояткой и контактной частью автомата имеется жесткая связь. При расхождении контактов эта связь утрачивается за счет ломающегося рычага (положение //). Расцепление механизма и отключение контактной системы происходят под действием специальных расцепителей, которые реагируют на повышение

Распространены герметизированные дугогасящие устройства, в которых дугогасящей средой является элегаз (шестифтористая сера SF6) или вакуум ( 6.2,г). Дуга возникает и гасится при расхождении контактов. Сильфом С (гибкая гофрированная трубка из тонкой стали) создает возможность такого движения и отделяет объем камеры от окружающей среды.

Если в процессе расхождения контактов окажется, что восстанавливающееся напряжение между контактами выше, чем прочность межконтактного промежутка, то возникнет пробой промежутка, т. е. повторное включение цепи. Следующий обрьш тока произойдет при переходе тока через нуль или при срезе тока в случае отключения малых токов. Таким образом, коммутация отключения может представлять собой серию чередующихся отключений и включений, происходящих до тех пор, пока при полном расхождении контактов дуга окончательно не оборвется.

Термоэлектронная эмиссия. Термоэлектронной эмиссией называется явление испускания электронов из накаленной поверхности. Если материал катода таков, что температура его кипения может превысить 2500 К, то эмиссия электронов с поверхности катода может происходить за счет термических процессов. Такое явление имеет место в электрических аппаратах при расхождении контактов, где последняя площадка контактирования сильно разогревается, часто до расплавления и испарения. На отрицательном электроде образуется катодное пятно (раскаленная площадка), которое служит основанием дуги и очагом излучения электронов.

На участке / (0 < / < /t) имеет место не дуга, а перешеек из расплавленного металла, возникающий при расхождении контактов. Этот перешеек существует, пока электроды (контакты) не разойдутся на определенное расстояние / > /ь которое зависит от значения отключаемого тока и материала электродов. Например, в опытах [5] предельное расстояние между электродами, при котором еще возникал перешеек из расплавленного металла (/ = 7000 А), было равно 1 мм (электроды медные) и 2 мм (электроды стальные). Скорость движения перешейка чрезвычайно мала, а при расстоянии между электродами меньше 0,5 мм он может и вовсе не двигаться даже при наличии значительного магнитного поля. Отсюда следует, что в выключающих аппаратах дуга не может выйти из промежутка между контактами, пока они не разойдутся на расстояние больше 0,5 — 1 мм.

Механизм гашения дуги в вакууме поясняется следующим образом [36]. При расхождении контактов сперва образуется жидкий металлический мостик из материала электродов. Мостик очень быстро нагревается и испаряется, появляется дуга, которая горит в среде этих паров. Такая дуга называется вакуумной. Ее характерной особенностью является малое падение напряжения на ней (20 — 40 В). Только при токах 10—100 кА падение напряжения на дуге возрастает до 50 — 200 В. При прохождении тока через нуль дуга гаснет. Чрезвычайно большая разница в плотности частиц в плазме погасшей дуги и в пространстве камеры (вакууме) обусловливает исключительно высокую скорость диффузии зарядов из дугового промежутка. Соответственно этому мгновенно достигается высокая начальная прочность промежутка. Восстанавливающаяся электрическая прочность промежутка в зависимости от времени в вакууме на несколько порядков выше, чем в других средах [31]. Последнее иллюстрируется 6-24.

тактов и входа в решетку. Магнитное поле подводит возникающую при расхождении контактов дугу /5 к дугогасительной решетке, но его недостаточно, чтобы загнать дугу в решетку. Оказавшись у края пластин, дуга закрывает выход нагретым газам из камеры. Давление внутри ограниченного объема камеры быстро возрастает. Совместным действием этого давления и магнитного поля дугогасительной катушки дуга вгоняется в решетку, где гаснет при первом прохождении тока через нуль. Малое значение энергии, выделяемой дугой в решетке, позволяет применять тонкие и узкие пластины. Тем самым ограничивается значение вихревых токов и снижается их противодействие вхождению дуги в решетку. Таким образом, сочетание дугогасительной решетки с магнитным дутьем и газовым давлением позволяет создать эффективное малогабаритное устройство. Водяное охлаждение основных контактов и рассмотренное дугогасительное устройство дают возможность изготовлять высокочастотные контакторы малых размеров.

Удлинение дуги при быстром расхождении контактов: чем дли-нее дуга, тем большее напряжение необходимо для ее существования. Если напряжение источника окажется меньше, то дуга гаснет.