Масло, которое раньше уже применялось в качестве изоляционного материала, с начала прошлого века стало использоваться как среда отключения, так как эта технология позволяла создавать относительно простое и экономичное оборудование. Масляные выключатели использовались, главным образом, для напряжений от 5 до 15 кВ.
Принцип действия
Контакты погружены в диэлектрическое масло. В момент размыкания контактов под воздействием электрической дуги происходит разложение масла с выделением водорода (70%), этилена (20%), метана (10%) и свободного углерода. Энергия дуги в 100 кДж производит примерно 10 л этих газов. Эти газы образуют пузырь, который под действием инерции массы масла находится в течение времени отключения под динамическим давлением, которое может достигать 50 - 100 бар. При прохождении тока через нуль давление газа снижается, и происходит гашение дуги дутьем. Водород, выделившийся в результате разложения масла, служит дугогасительной средой. Водород является хорошим дугогасительным веществом благодаря его тепловым свойствам и его постоянной деионизации, которая лучше этой характеристики в воздушной среде, в частности, в условиях повышенного давления.
Различные методы отключения в масле
Выключатели с большим объемом масла В первых устройствах с использованием масла электрическая дуга свободно возникала между контактами, образуя пузырьки газа без их удержания. Во избежание возникновения дуги между фазами или между выводами и корпусом, эти пузырьки не должны ни в коем случае касаться бака или соединяться (см. рис. 25). Следовательно, устройства, сконструированные с учетом этих условий, имеют очень большие размеры. Помимо значительных габаритов, эти устройства имеют другие многочисленные недостатки, например, невозможность обеспечения достаточной безопасности из-за того, что выделяемый водород скапливается под крышкой, повышенные требования к проведению технического обслуживания для контроля чистоты масла и сохранения электроизоляционных свойств. Для устранения этих недостатков (недостаточная безопасность, громоздкие размеры оборудования) производители разработали малообъемные масляные выключатели.
Малообъемные масляные выключатели
Электрическая дуга и пузырь газа удерживаются в масляном баке. Давление газа повышается, когда дуга последовательно проходит через камеры, а затем, при прохождении тока через нуль, давление снижается через сопло в зоне дуги.
Рис. 25 : Пузырьки газа, образующиеся в начале замыкания фазы на корпус при отключении в выключателе с большим объемом масла
В результате происходит резкое гашение дутьем, что обеспечивает восстановление электроизоляционных свойств между контактами.
Влияние значения тока на отключающую способность (PdC)
При больших значениях тока наблюдается значительное выделение водорода и повышение давления. Как следствие, время горения дуги сравнительно мало. Напротив, при малых значениях тока давление повышается незначительно, и время дуги длительное. Время горения дуги увеличивается, достигая критических значений, и тогда уже становится трудно завершить отключение. Чтобы устранить этот недостаток, в конце хода можно использовать дополнительные устройства для дутья.
Основные характеристики малообъемных масляных выключателей
Значение тока короткого замыкания или номинального тока определяет выбор минимального диаметра подвижного контакта. Длина дугогасительной камеры и ход подвижной части почти пропорциональны приложенному напряжению. Чтобы избежать избыточного давления, минимальное время горения дуги при отключении тока большой силы должно быть меньше 10 мс и не должно превышать 40 мс для критического тока. Кроме того, изолирующая оболочка дугогасительной камеры должна быть рассчитана на очень высокое давление, создаваемое в результате неустраненных коротких замыканий, так как на то, чтобы снизить давление, требуется примерно одна секунда. Однако, несмотря на использование небольшого количества масла, в этой технологии все же имеются некоторые недостатки:
разложение масла является необратимым процессом;
разложение масла и износ контактов пагубно влияют на электрическую прочность, что, в свою очередь, вызывает необходимость дополнительных затрат на техническое обслуживание;
в случае быстрого повторного включения полюс остается под повышенным давлением, и его отключающая способность ухудшается;
полностью не исключен риск взрыва и воспламенения.
Области применения метода отключения в масле
Эта технология очень широко использовалась во многих областях, в том числе на транспорте и в энергетике. Постепенно данный метод вытесняется технологиями отключения в вакууме и в элегазе, которые не имеют недостатков, описанных в предыдущих параграфах.
