Тяговые и трансформаторные подстанции - Дугогасительные камеры быстродействующих выключателей постоянного тока

Быстродействующий автоматический выключатель характеризуется отключающей способностью, выражающейся наибольшим значением тока КЗ, который они надежно могут отключить при наиболее неблагоприятных условиях.
Быстродействующие автоматические выключатели принято классифицировать так: по назначению — линейные (фидерные) и катодные; по направленности действия — поляризованные, срабатывающие автоматически в зависимости не только от величины тока, но и от его направления, и неполяризованные, срабатывающие только в зависимости от величины тока; по способу достижения быстродействия — с пружинным, магнитопружинным и электромагнитным отключением. Основные электрические характеристики БВ, применяемых на тяговых подстанциях, приведены в табл. 3

* Для двух последовательно включенных выключателей ЛБ-2/4 наибольший ток отключения— 40 000 А, а для ВАБ-43 — 27 000 А.

Рис. 36. Принцип гашения дуги постоянного тока
Гашение дуги в БВ осуществляется в дугогасительной камере с воздушной средой с применением магнитного дутья. Дугогаситель- ные камеры выполняют в виде двух асбоцементных стенок прямоугольной или веерной формы с небольшим постоянным или увеличивающимся кверху расстоянием между этими стенками. Пространство между стенками разделяют асбоцементными перегородками на щели, в которые под действием магнитного дутья втягивается дуга. БВ снабжены катушками магнитного дутья, которые расположены с наружной стороны дугогасительной камеры и включены последовательно в цепь постоянного тока, чем достигается интенсивное дутье при отключении токов КЗ, Катушку магнитного дутья включают так, чтобы создаваемый ею магнитный поток, воздействуя на дугу с током (как магнитное поле на проводник с током — по правилу левой руки), выталкивал ее вверх камеры, где она, удлиняясь и соприкасаясь с неионизированным воздухом, стенками и перегородками камеры, гасится.

Принцип гашения дуги постоянного тока рассмотрим на примере продольно-щелевой дугогасительной камеры. При расхождении главных контактов (подвижного П и неподвижного Н, рис. 36) образуется дуга с током I, которая, взаимодействуя с магнитным полем катушек магнитного дутья, условно показанных одной катушкой 6, быстро выталкивается силой F на главные рога I и 5, чем предотвращается оплавление главных контактов. Вследствие наличия дутья дуга переходит на вспомогательные рога 2 и 4, в результате чего включается в действие вспомогательная катушка магнитного дутья 3. При совместном действии главной и вспомогательной катушек магнитного дутья дуга получает дальнейшее удлинение. Удлиненная дуга при соприкосновении с холодными слоями воздуха, стенками и перегородками камеры интенсивно деионизируется и гаснет при токах, не превышающих отключающей способности выключателя. Дугогасительная камера такого типа применяется на БВ типа ВАБ-28. Недостаток камер этого типа заключается в том, что их конструкция не позволяет растягивать на большую длину дуги значительной мощности.
Дугогасительная камера лабиринтно-щелевого типа (рис. 37, а), способная растягивать дугу до 4,5 м, применяется на выключателях типа АБ-2/4.

Рис. 37. Лабиринтно-щелевая камера (а), полюсы камеры (б), растягивание дуги в камере (в, г)

Магнитное дутье в камере осуществляется сильно развитыми полюсами (на рис. 37, б показано правильное положение лучей полюса), прилегающими к камере снаружи с обеих ее сторон. Полюсы П устанавливают на магнитопроводе М дугогасительных катушек. Стенки камеры непараллельны и расходятся кверху.
С внутренней стороны стенок камеры имеются клинообразные перемежающиеся перегородки (рис. 37, в), расходящиеся из одного центра по радиусам (см. рис. 37, а и г). Эти перегородки (см. рис. 37, в) образуют зигзагообразную щель — лабиринт, по которой растягивается дуга. Дугогасительные рога 1 и 4 размещены внутри камеры. Первый из них закрепляется изолированно от стенок и деталей на пластмассовом держателе 2, второй является продолжением шарнира 5, с помощью которого камеру устанавливают на выключателе. Внизу для входа дуги в камеру имеется небольшое окно между дугогасительными рогами.
В верхней части камеры лабиринт прерван и установлены пламегасительные решетки 3, представляющие собой пакеты тонких стальных пластин, служащие для охлаждения и деионизации пламени, сопровождающего дугу. Правильное гашение дуги в камере обеспечивается, если щели лабиринта одинаковые (см. рис. 37, г).
Лабиринтно-щелевая камера способна гасить дуги с током до 20 кА. Для отключения больших токов необходимо дугу растянуть до 5—6 м. В этом случае дуга, растягиваясь по лабиринтным щелям, не гаснет. Магнитное дутье выталкивает дугу за пределы камеры, и она, ионизируя воздушную среду, перебрасывается на заземленные металлические конструкции, вызывая пожар в РУ-3,3 кВ. По этой причине на фидерах 3,3 кВ устанавливают по два БВ типа АБ-2/4. В двух БВ дугу можно растягивать до 8—9 м, не опасаясь выброса ее за пределы камер.
Дугогасительная камера с автоматическим включением активного сопротивления в отключаемую цепь самой дугой и одновременным дроблением дуги на ряд мелких дуг значительно повышает отключающую способность выключателя любого типа.
На ацеидовой плите 2 (рис. 38) с ацеидовыми фигурными брусьями 8, являющимися основанием камеры, уложены пакеты 7. Эти пакеты набраны из скоб 3, изготовленных из полосового фехраля. В средней части камеры между пакетами уложен каскад раздвоенных U- образных рогов 5 из круглых латунных стержней. Использование латуни вызвано тем, что из нее при высокой температуре выделяются пары олова, оказывающие деионизирующее воздействие на горящую дугу. Применение U-образных рогов обеспечивает равномерное распределение напряжения по высоте камеры, снижая величину напряжения па рогах до значения, при котором в любом месте камеры исключается повторное зажигание угасающей дуги вследствие возникающей при этом э. д. с. самоиндукции. Обе ацеидовые плиты, в которых заключены пакеты 7, снабжены отверстиями 6, через которые при гашении дуги выбрасываются газы из камеры. Этим достигается снижение высокого давления, опасного для целостности камеры, охлаждение и деионизация газов вследствие соприкосновения их с холодным воздухом. Зажимы 9 предназначены для электрического соединения камеры с контактами выключателя. Разветвления U-образных рогов изолированы ацеидовыми прокладками 4.
Вдоль вертикальной оси камеры, начиная от горловины 10, расположена решетка 11 клиновидного типа (на рисунке для наглядности решетка показана повернутой на 90° по отношению к плоскости камеры). Решетка, составленная из клиньев с определенным углом заострения, способствует легкому прохождению газов внутрь камеры, вверх вдоль ее оси и препятствует движению газов в обратном направлении — вниз на контакты выключателя.
Из-за магнитного дутья выключателя и аэродинамического эффекта давления газов дуга легко проходит по щелям, обтекая клинья решетки, а затем автоматически включает фехралевые сопротивления в отключаемую цепь. Ток, протекая через фехралевые скобы (они образуют катушку при помощи замыкающих их дуг), создает магнитный поток, который вызывает дополнительную силу по удлинению дуги в камере и способствует включению новых скоб в отключаемую цепь. На рис. 38 буквами А, Б, В и Г показаны этапы включения дугой активного сопротивления в отключаемую цепь, дробления дуги на мелкие дуги и погасания дуги на рогах 1. Принцип работы данной камеры основан на условиях гашения дуги при искусственном понижении ординат U — IR (рис. 38, б) по отношению к вольт-амперной характеристике дуги и выведения э.д.с. самоиндукции ръ в область отрицательных значений. Дополнительно к этому дуги дробятся на ряд мелких дуг.

Рис. 38. Дугогасительная камера с автоматическим включением активного сопротивления в отключаемую цепь (а) и графики (б, в), характеризующие ее работу

На рис. 38, «приведены сравнительные кривые изменения тока во времени при отключении выключателя с лабиринтно-щелевой камерой (кривая ОАБВГ) с камерой с автоматическим включением активного сопротивления (кривая ОАБВ'Г). Для обеих кривых одинаково время нарастания до тока уставки срабатывания (точка А) и собственное время t1 до момента расхождения контактов (точка Б). Однако после расхождения контактов возрастание тока (точка В’) и времени у камеры с автоматическим включением сопротивления значительно меньше возрастания тока (точка В) и времени выключателя с лабиринтно-щелевой камерой.
Уменьшение нарастания тока после расхождения контактов из-за автоматического включения дугой активного сопротивления в отключаемую цепь и сокращение времени нарастания тока после расхождения контактов увеличили быстродействие выключателя и повысили его отключающую способность, так как камера с автоматическим включением активного сопротивления гасит дугу при токе.