Меры защиты от перенапряжения - Отключение электрического тока в вакууме

3.2. Меры защиты от перенапряжения

«Мягкие» контактные материалы

Контактные материалы (например, AgWC, CuBi), имеющие очень низкое значение тока обрыва, были разработаны для производства контакторов. Эта характеристика была получена в результате сочетания низкой удельной теплопроводности и высокого давления пара, чтобы создать устойчивые катодные пятна даже при очень малых значениях тока. Эти характеристики противоречат отключающей способности: что приемлемо для контакторов, не подходит для автоматических выключателей. Кроме того, использование этих материалов представляется эффективным только для того, чтобы уменьшить перенапряжения, связанные с возникновением тока обрыва, который на практике не создает проблем, если не превышает нескольких ампер (как в случае с применением CuCr). Использование «мягких» контактных материалов не дает какого-либо улучшения по сравнению с обычными «твердыми» материалами (CuCr) в отношении явления многократного зажигания. В действительности, эти материалы также способны отключать ток, имеющий большое значение di/dt и характеризующийся меньшей скоростью восстановления электрической прочности диэлектрика после размыкания контактов (см. рис. 23). В результате, последовательность перенапряжений с крутым фронтом не устраняется, а, напротив, имеет тенденцию сохраняться дольше, чем в случае использования материала, более эффективного при отключении.

Синхронизированное отключение

В качестве теоретического решения задачи устранения этих явлений многократного повторного зажигания можно было бы предложить осуществлять управление моментом размыкания контактов относительно волны тока, чтобы предотвратить кратковременное возникновение дуги. На практике в связи с этим возникают сложные проблемы обеспечения надежности по времени срабатывания механизма управления, тем более что такой вариант используется только в области очень высоких напряжений, когда эффект, который дает защита от коммутационных перенапряжений, оправдывает дополнительные расходы на оборудование. В области среднего напряжения более экономично применять устройства защиты от перенапряжений, когда требуется организовать защиту электроприемника.

Рис. 23 : Изменение электрической прочности между контактами с момента их размыкания в зависимости от материала их изготовления
Устройства защиты, ограничивающие перенапряжения
Как указывалось выше, наиболее серьезное действие оказывает многократное зажигание, захватывая, главным образом, первые витки обмоток трансформатора или двигателя.
Эти два типа электроприемников должны рассматриваться отдельно.
В действительности, трансформаторы рассчитаны на то, чтобы выдерживать механическое напряжение в диэлектрике, создаваемое грозовыми импульсами, которые являются перенапряжениями с крутым фронтом, и, таким образом, обеспечивают должный уровень изоляции первых витков обмотки. Однако, отключаемый индуктивный ток имеет малую силу (ненагруженный трансформатор), и связанное с ним перенапряжение остается ограниченным. Как правило, нет необходимости предусматривать какую-либо особую защиту трансформаторов, управляемых с помощью вакуумных выключателей, возможно, за исключением случаев применения сухих трансформаторов с массивным диэлектриком, более чувствительных, чем масляный трансформатор.
Двигатели имеют меньшую электрическую прочность, чем трансформаторы, тогда как отключаемый ток может быть большим (отключение в фазе пуска или блокировки ротора) и, соответственно, возникают серьезные перенапряжения. Как правило, рекомендуется устанавливать защиту на выводах двигателя независимо, какое устройство управления - контактор или автоматический выключатель - и какой контактный материал используются. В качестве защитных устройств могут применяться конденсаторы, уменьшающие крутизну фронта нарастания перенапряжения, резистивно-емкостные цепи (схемы RC) (обычно С порядка 0,1 - 0,5 мкФ и R - от 10 до 50 Ом) и/или разрядники ZnO.