Увеличение скорости расхождения контактов сокращает длительность горения дуги и количество энергии, выделяемое ею, и таким образом облегчает работу выключателя. Однако, как уже указывалось в § 4-2, существует предельная минимальная продолжительность горения дуги, равная полупериоду переменного тока 50 Гц.
Рис. 4-35. Многократный разрыв дуги в баковом масляном выключателе
1 — опорные изоляторы; 2 — неподвижные контакты; 3 — подвижные контакты; 4 — траверса
Более быстрое гашение дуги будет иметь неприятные последствия в виде перенапряжений и поэтому не рекомендуется. Соответственно этому существует предел скорости и для расхождения контактов, которая к тому же ограничивается массой подвижных элементов контактной системы, ускоряющихся и тормозящихся в процессе коммутации.
Таким образом, отключающая способность дугогасительной камеры имеет предел, обусловленный физическими особенностями дуги и механическими свойствами контактной системы. Эта трудность, препятствующая увеличению отключающей способности выключателя, устранена в современных конструкциях последовательным включением нескольких дугогасительных камер. Получающийся при этом так называемый многократный разрыв позволяет во много раз увеличить отключающую способность выключателя (рис. 4-35 и 4-36).
Рис. 4-36. Многократный разрыв в гасительной камере масляного выключателя
1 - разрывы полюса; 2 — шунтирующие сопротивления
Многократный разрыв, который применяется сейчас практически при всех способах гашения дуги, дает для процесса отключения следующие преимущества по сравнению с простым двукратным разрывом: при той же скорости подвижной системы выключателя скорость удлинения дуги возрастает во столько раз, во сколько раз увеличено число разрывов;
Рис. 4-37. Выравнивание напряжения по разрывам выключателя с помощью емкостного делителя (а) и, шунтирующих сопротивлений (б)
1 — разрывы полюса; 2 — емкостные шунты; 3 — шунтирующие сопротивления; 4 — отделитель
градиент на дуге уменьшается, так как ее напряжение распределяется между большим числом опорных точек и сумма катодных и анодных падений становится больше; дугогасительный раствор контактов может быть меньше, так как на каждый разрыв приходится лишь часть возвращающегося напряжения; скорость восстанавливающегося напряжения, приходящегося на отдельный разрыв, уменьшается соответственно числу последовательно включенных разрывов; начальный скачок электрической прочности в околокатодном пространстве сразу после обрыва дуги также больше, так как число катодов теперь больше; термоэлектронная эмиссия становится менее интенсивной, так как градиент напряжения на горячих катодах уменьшается.
Определяющим отключающую способность разрывов является напряжение Uвозвр, приходящееся на каждый разрыв. Очевидно, что наивысшая отключающая способность выключателя при заданном числе разрывов получится при равномерном распределении Uвозвр между отдельными разрывами. Выравнивание напряжений на разрывах выключателя с многократным разрывом дуги достигается включением шунтирующих сопротивлений или конденсаторов по схеме, приведенной на рис. 4-37. Ток через выравнивающие сопротивления отключается вспомогательными выключателями после отключения главных контактов (двухступенчатое отключение).
Отключающая способность выключателя с многократным разрывом и шунтирующими сопротивлениями может быть определена по отключающей способности одного разрыва.
Другая возможность существенного повышения отключающей способности выключателя состоит в так называемой синхронизации отключения к. з., т. е. в отключении с такой скоростью, при которой расстояние между контактами выключателя к моменту естественного перехода тока дуги через нуль оказывается достаточным для предотвращения повторного зажигания дуги.
При таком отключении продолжительность горения дуги сводится к нескольким миллисекундам, а энергия дуги, выделяемая в межконтактном промежутке и характеризующая работу отключения, становится в десятки раз меньше энергии, выделяемой при обычном, несинхронном отключении.
Синхронизированные выключатели отличаются от обычных тем, что в них применены синхронизаторы — устройства управления моментом отключения, вырабатывающие сигналы синхронизации, которые обеспечивают начало расхождения контактов за определенное время до нуля тока (обычно за 1—2 мс).
Существует много конструкций синхронизаторов, действующих по различному принципу [31]. Достаточно хорошие результаты получены с синхронизатором, представляющим собой быстродействующую магнитную систему, питаемую суммой двух токов. Одна из составляющих этой суммы пропорциональна отключаемому току, а другая — его первой производной. Сумма токов переходит через нуль несколько раньше, чем отключаемый ток. При этом срабатывает магнитная система и подает синхронизирующий импульс на отключение.
Другим отличительным свойством синхронизированного выключателя является сверхбыстродействующий высокоточный привод, который должен обеспечить расхождение контактов выключателя на полную длину межконтактного промежутка менее чем за 1 мс после получения импульса на отключение от синхронизатора. Конструктивно исполнение подобных импульсных приводов такж8 весьма разнообразно. Удовлетворительный результат дал механический привод. При подаче импульса па отключение контактная система выключателя соединяется с заранее раскрученным при помощи пневмопривода маховиком, который достигает номинальной частоты вращения за несколько микросекунд. В выполненных конструкциях максимальная скорость контактной системы достигалась менее чем через 0,5 мс, а полное расхождение контактов — через 1 мс после получения импульса на отключение.
Синхронизированное отключение имеет большое значение для повышения долговечности выключателей. Известно, что дуговые разрушения контактов при отключениях к. з. вызывают необходимость в смене контактов после четырех-пяти циклов срабатывания выключателя. Опыт и расчеты показывают, что у синхронизированного выключателя за счет сокращения времени горения дуги и уменьшения среднего тока в ней износ контактов при том же числе отключений в 200—300 раз меньше. Другими словами, синхронизированный выключатель способен при том же отключаемом токе произвести в 200—300 раз большее число отключений без смены контактов.
Синхронизированное отключение в трехфазных сетях должно производиться пофазно и последовательно во времени, так как переход тока через нуль в каждой фазе происходит со сдвигом. При подаче на одну из фаз сигнала на отключение от защиты и импульса от синхронизатора другие две фазы блокируются. После отключения первой фазы блокировка снимается и к синхронному отключению готовится вторая фаза выключателя; третья фаза при этом продолжает оставаться заблокированной. После отключения второй фазы снимается блокировка с последней фазы и она отключается также синхронно.
В трехфазных сетях с глухозаземленной нейтралью синхронизированное управление может применяться без блокировки, так же как и в однофазной сети, ибо в этих сетях выключатели могут отключаться одновременно всеми тремя полюсами.
Однофазное синхронизированное отключение имеет большое значение для тяговых сетей, которые питаются однофазным переменным током.
