Применение вакуумных выключателей на ТПС

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Институт транспортной техники и организации производства

КАФЕДРА

«Локомотивы и локомотивное хозяйство »

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Спецкурс»

на тему: «Применение вакуумных выключателей на ТПС»

Выполнил: студент группы ТЛТ-521

Костяной Д. Ю.

Консультант: профессор

Киселев В. И.

2005

ВВЕДЕНИЕ

     Промышленность, мощные линии электропередач и железнодорожный транспорт нуждаются в коммутирующих устройствах самого разного типа и мощ­ности. Когда появляются коммутаторы нового типа (такие, как вакуумные), они внедряются в практику в тех областях, для которых они более всего подходят. При этом экономические соображения, играют важную роль. Однако на первое место могут выйти лишь те приборы, которые перекры­вают характеристики или возможности ранее существовавших устройств.

Первые промышленные вакуумные коммутаторы обладали очень ограниченными коммутационными характеристиками по напряжению, при котором они могли надежно работать. В связи с этим они в основном использовались не в качестве выключа­телей мощности (из-за ненадежной работы в режиме короткого замыкания), а в качестве выключателей нагрузки. Они  широко распространились во многих отрослях благодаря тому, что малый промежуток между контактами требует и малого передвижения контакта, для чего достаточно простого механизма с соленоидом. Неко­торые коммутаторы такого типа предназначены для переклю­чения конденсаторов, т. е. для соединения и разъединения частей конденсаторных батарей.

     Характерное свойство вакуумных выключателей — их боль­шой срок службы, что, необходимо для устройства, контакты которого нельзя исправить или заменить. Когда появились выключатели, способные реагировать на короткие замыкания, они получили преимущест­венное  распространение в тех  случаях,  когда   требуется их частое (или относительно частое) использование.

К основным свойствам вакуумных коммутаторов, из-за которых они находят все более широкое применение и используются в промышленности относят:

1)  предсказуемое и надежное отключение;

2)  дуга и продукты ее  горения заключены в замкнутом объеме;

3)  быстрое гашение дуги и быстрое восстановление электрической

     прочности  обеспечивают максимальную защиту оборудования;

4)  быстрая ликвидация коротких замыканий;

5)  замкнутый объем предохраняет контакты от воздействия грязи,

      пыли и влаги;

6)   незначительная эрозия контактов обеспечивает исключительно

      долгий срок  службы без ремонта;

7)  высокая электрическая прочность на небольшом расстоянии между

      контактами   обеспечивает возможность быстрого   отключения при

      использовании   простых  механизмов привода;

8)  низкие звуковые и ударные  нагрузки;

9) стабильность контактного сопротивления в течение всего срока

     службы исключает «тепловую неустойчивость»;

10) пожаро и взрывобезопасность;

11) экологической чистотой в эксплуатации и производстве

     Коммутационные аппараты постоянного тока широко применяются для коммутации силовых цепей постоянного тока на подвижном составе электрифицированного транспорта, на тяговых подстанциях, в горнодобывающей промышлен­ности, а также в электрофизических установках. В настоящее время во всех этих отраслях необходима замена уста­ревшего оборудования на новые коммутацион­ные аппараты, обладающие более высокими технико-экономическими показателями.

      Для переключения силовых и вспомогатель­ных цепей на подвижном составе железнодорожного транспорта до настоящего времени применяются коммутацион­ные аппараты электромагнитного типа с гаше­нием дуги в деионизационных решетках, кото­рые отличаются наличием открытой электричес­кой дуги. Такие аппараты обладают низкой на­дежностью, недостаточной коммутационной из­носостойкостью и высокой стоимостью затрат на обслуживание. Они характеризуются значи­тельным рассеиванием энергии в дуге с повы­шенным уровнем акустических шумов и радио­помех, а также выделением токсичных и хими­чески активных веществ при горении дуги, и как следствие этого, быстрым износом контактов и частой их заменой.

     Применение вакуумных переключателей, в которых для отключения переменного тока ис­пользуется вакуумная дугогасительная камера (ВДК), позволяет устранить многие из недостат­ков, присущих открытой электрической дуге. Сравнительно малый (2-4 мм) ход контактов  ВДК позволяет наиболее эффективно исполь­зовать электромагнитный привод и, как след­ствие, существенно уменьшить массогабаритные показатели контактора.

1. УСТРОЙСВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВАКУУМНОГО                                               

    ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

1.1. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ  РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ДУГИ

     Все дуги можно разделить на два общих типа, отличающихся в основном атмосферой, в которой они горят. Это дуги высокого давления, горящие в газе или паре с  плотностями, которые соответствуют давлениям выше нескольких десятков мм рт. ст.  (например, обычная электрическая дуга  при атмосферном давлении), и дуги низкого давления, в газе или паре с давлением ниже 10 мм рт. ст., (например, старые дуговые ртутные вентили).  Это деление довольно произвольно и во многом зависит от тока и материалов электродов. Дуга низкого давления характеризуется наличием диффузного столба (плазмы), в котором  отсутствует тепловое  равновесие.   Электроды в этой области имеют высокую температуру  (10000-50000 К), а температура газа тяжелого  компонента плазмы немного ниже температуры окружающей среды. Для дуги высокого давления характерно наличие ограниченного столба с высокой температурой газа (обычно 4000-20000 К) в котором существует тепловое  равновесие  между электронами,   положительными  ионами и нейтральными атомами и молекулами.

     Обычно дуги, образующиеся в вакуумных выключателях,— дуги низкого давления. Дуги с горячим катодом могут сущест­вовать за счет энергии внешнего источника, как в дуговой лампе высокого давления с горячим катодом или ртутном газовом выпрямителе низкого давления. Дуги с горячим катодом возникают также в случаях, когда в каче­стве материала контактов в вакуумном выключателе исполь­зуются такие тугоплавкие материалы, как вольфрам. При этом электрод локально нагревается до высокой температуры, что дуги обеспечиваются за счет термоэлектронной эмиссии. Эта эмиссия может проис­ходить с такой большой и недостаточно резко очерченной площади, что наблюдение отдельных участков с интенсивной эмиссией становится невозможным. Такую ситуацию иногда называют дугой без катодного пятна. Она возникает в вакууме только в случае очень малого катода с сильной тепловой пере­грузкой.