ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В МАСЛЕ

Этот способ гашения нашел широкое применение в выключателях переменного тока на высокое напряжение (подробно см. работу [2]).

Контакты выключателя погружаются в масло. Возникающая при разрыве дуга (5000 — 6000 °С) приводит к очень интенсивному испарению окружающего ее масла с диссоциацией его паров. Вокруг дуги образуется газовая оболочка (рис. 6-19) — газовый пузырь, состоящий в основном из водорода (70 — 80% газов пузыря) и паров масла. При этом водород, обладающий наивысшими среди всех газов дугогасящими свойствами, наиболее тесно соприкасается со стволом дуги. Выделяемые с громадной скоростью газы проникают непосредственно в зону ствола дуги, вызывают перемешивание холодного и горячего газа в пузыре, создают интенсивное охлаждение и деионизацию дугового промежутка, особенно в момент прохождения тока через свой естественный нуль.

Рис. 6-19. Электрическая дуга в сфере газового пузыря в масле при простом однократном разрыве
1 – неподвижный контакт; 2 – подвижный контакт; 3 – стенка бака; 4 – масло; А – ствол дуги; Б – водородная оболочка; В – зона распада; Г – зона газа; Д – зона пара; Е – зона испарения

Быстрое (взрывное) разложение масла приводит к повышению давления внутри пузыря, что также способствует гашению дуги. В обычных конструкциях масляных выключателей давление в газовом пузыре повышается до 0,5 — 1 МПа, а в выключателях с дугогасительными камерами — еще больше.

Следует отметить, что сам процесс разложения масла с образованием газопаровой смеси связан с отбором от дуги большого количества энергии (30 — 35 %), что также благоприятно влияет на гашение дуги.

Процесс гашения в масле происходит тем интенсивнее, чем ближе соприкасается дуга с маслом и чем быстрее движется масло по отношению к дуге. При простом разрыве дуги в масле дуга окружена пузырем, заполненным парами масла и газа, находящимися в относительно спокойном состоянии. Воздействие самого масла на дугу относительно мало. Воздействие масла на дугу существенно увеличивается, если дуговой разрыв ограничить каким-либо замкнутым изоляционным устройством, так называемым дугогасительным устройством (камерой). В дугогасительных камерах создается более тесное соприкосновение масла с дугой, а также интенсивное обдувание дуги потоками газов, паров масла и самим маслом, в результате чего значительно возрастает продольный градиент напряжения, ускоряется процесс деионизации, сокращается время горения дуги, уменьшается ход контактов по сравнению с простым разрывом в масле.

В случае когда дуга горит в газовом пузыре, объем которого не ограничивается стенками, средняя температура газопаровой смеси находится в пределах 800 — 1000 К, а в случае горения дуги в узком, ограниченном объеме при больших токах средняя температура газопаровой смеси достигает 2000 — 2500 К, г. е. отвод энергии от дуги здесь значительно больший.

Некоторые средние значения продольного градиента напряжения в охлаждаемой в масле дуге, полученные опытным путем, приведены в табл. 6-1,

Дугогасительные устройства современных масляных выключателей по принципу действия могут быть разделены на три основные группы:

1. Дугогасисительные устройства с дутьем, в которых дутье газовой смеси и масла в зону гашения дуги создается за счет энергии, выделяющейся в самой дуге.

2. Дугогасительные устройства с принудительным (импульсным) масляным дутьем, у которых масло в зону гашения дуги (к месту разрыва) подается с помощью специальных нагнетающих гидравлических механизмов за счет постороннего источника энергии.

Рис. 6-20. Схемы процесса гашения электрической дуги в камерах с автодутьем: а – камера продольного дутья; б – камера поперечного дутья
1 – масло; 2 – неподвижный контакт; 3 – клапан; 4 – дуга; 5 – газовый пузырь; 6 – камера; 7 – подвижный контакт

3. Дугогасительные устройства с магнитным гашением дуги в масле, у которых столб дуги под влиянием поперечного, магнитного поля перемещается в узкие, заполненные маслом каналы и щели, образованные стенками из изоляционного материала.

Таблица 6-1

Наибольшее распространение находят дугогасительные устройства первой группы, так как обеспечивают большую эффективность гашения при сравнительно несложных конструкциях.

Принципиальные схемы работы простейших дугогасительных камер с автодутьем приведены на рис. 6-20. Газовый пузырь, образующийся вокруг дуги при размыкании контактов приводит к существенному повышению давления в ограниченном объеме камеры (положение I). Масло и продукты разложения, стремясь выйти через отверстия в камере, создают интенсивное обдувание дуги потоками газопаровой смеси и масла вдоль дуги.

(продольное дутье — рис. 6-20, а) при выходе подвижного контакта из камеры (положение II} или поперек дуги (поперечное дутье— рис. 6-20, б) при наличии выхлопного отверстия, расположенного против места разрыва (положение II). После гашения дуги камера наполняется маслом (положение III). Современные масляные выключатели снабжены более сложными камерами, в которых используются указанные принципы в различных комбинациях с одним, двумя и большим числом разрывов.