Применение вакуумных выключателей на ТПС, страница 5

     Диффузную дугу прервать легче, чем контрагированную, так как она характеризуется более низкой плотностью паров. Поэтому были разработаны такие типы прерывателей, которые способствуют поддержанию дуги в диффузном состоянии даже при больших токах. В некоторых из них ток проходит через два контакта, между которыми первоначально и возникает дуга при их разведении. Затем ток переносится на систему электродов, находящихся на оптимальном расстоянии друг от друга, через которую он и проходит в течении основного вре­мени горения дуги. Для поддержания диффузной формы дуги использовалось также магнитное поле. В этом случае в зависимости oт назначения можно выбирать более подходящие материалы. Для поддержания диффузной моды горения дуги важным фактором является площадь поверхности контактов. Если поверхности элек­тродов достаточно велики, то диффузная дуга может существовать при любом токе.

1.6. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ И ДРУГИЕ   

       ТРЕБОВАНИЯ

     Восстановление электрической прочности после нуля тока. После отключения тока на выключателе может очень быстро появиться напряжение. Напряжение может нарастать медленно, но достигать большей величины (например, при отключении заряженного конденсатора). Ток в емкостной цепи сдвинут по фазе примерно на 90⁰ относительно напряжения, поэтому нуль тока достигается при почти максимальном заряде конденсатора. Этот заряд остается запасенным в конденсаторе, и вследствие этого напря­жение на выключателе периодически изменяется между нулем и удвоенной величиной максимального напряжения по закону с частотой источника. Это может продолжаться в течение нескольких секунд или минут в зависимости от того, насколько быстро происходит разряд конденсатора. Независимо от вида коммутации она считается успешной, если коммутатор способен выдержать любое возникающее при этом переходное напряжение в процессе восстановления электрической проч­ности промежутка и напряжение питания, появляющееся после обрыва тока между его контактами.

     Из опыта работы рентгеновских трубок, ускорителей частиц и т. п. следует, что это не составляет никакой проблемы, поскольку перечисленные приборы могут выдержи­вать чрезвычайно высокое напряжение на довольно малых промежутках. К сожалению, этот опыт нельзя перенести на вакуумные коммутаторы, так как в одном случае электроды тщательно обработаны и отполированы, а в другом — их по­верхности после горения дуги часто покрыты застывшими не­ровностями. Возможно, небольшие диэлектрические частицы (попавшие на электроды при сильных механических вибрациях, сопро­вождающих быстрый процесс размыкания контактов) могут существенно понизить пробивное напряжение промежутка. Особую сложность представляют операции включения большого тока и выключения при полном   отсутствии тока. Это встречается при работе в мощных цепях.

     При отказе вакуумной камеры на отдельных эле­ментах цепи могут накопиться заряды, вызывающие неравно­мерное распределение напряжения. Между соеди­ненными последовательно вакуумными дугогасительными каме­рами имеется взаимодействие, приводящее к тому, что nкамер действуют практически всегда в nраз лучше, чем одна такая камера.

     Существует опасность того, что отдельные камеры могут оказаться перегруженными, и вследствие  высокой электрической прочности каждой камеры они могут выдержать напряжение между контактами, но пробиться снаружи. Для предотвращения этого необходимо использовать подходящую изоляцию, или необходимым поместить эти камеры в какой-либо электрически прочный газ.

     Никакие другие коммутационные среды не предъявляют так много требований к материалу контактов, как вакуумная дуга. Они часто являются противоречивыми. Почти во всех мощных коммутационных устройствах при­меняются скользящие контакты, обеспечивающие низкое кон­тактное сопротивление. В ряде случаев контактное устройство представляет собой клин, двигающийся между подпружинен­ными направляющими, или стержень, вдвигающийся в кон­тактное гнездо, которое состоит из отдельных лепестков, стяну­тых кольцевой пружиной. Применение таких устройств затрудняется жесткими требованиями к чистоте контактных поверхностей в вакууме, которая нарушается за счет истирания, возникающего при их работе. С помощью новых металлургических методов эта проблема может быть решена. В настоящее время указанная трудность вынуждает использовать в вакуумных прерывателях контакты торцевого типа, для которых, существуют свои проблемы. Соприкасающиеся поверхности надо сжимать с большой силой, чтобы они не разъединились под действием электромагнитных сил, возникающих в условиях короткого замыкания. Этого разъединения, или «отскока», надо избежать вследствие того, что кратковременная сильноточная дуга, обра­зующаяся при этом между контактами, могла бы вызвать силь­ную эрозию.

     Примером технического компромисса, приводящею к приемлемому решению при наличии противоречивых требо­ваний, является использование вакуумных дугогасительных камер в контакторах. Контакторы применяются в сравнительно низковольтных цепях (от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт). Контакторы характеризуются большой частотой ком­мутаций, применяющихся для отключения нагрузки. Часто такой нагрузкой служит электриче­ский двигатель. В ряде случаев следует отключать перегружен­ный или остановившийся двигатель.

     Вследствие того, что такие цепи являются низковольтными, а изоляция двигателей существенно хуже, чем, у трансформаторов сравнимой мощности, имеется опасность, связанная со срезом тока. Она затрудняет использование вольфрама или других тугоплавких материалов для контактов, хотя такие материалы были бы желательны из-за их большого срока службы. С другой стороны, такие материалы с низкой точкой кипения, как сурьма, приводили бы к полному отсутствию среза тока, но имели бы сравнительно небольшой срок службы из-за сильной эрозии.

     Для того чтобы удовлетворить этим противоре­чивым требованиям, для вакуумных контакторов были разра­ботаны композитные материалы. Пористая матрица из спеченного вольфрама или молибдена создается методами порошковой металлургии. Подобный материал можно хорошо обезгазить с помощью высокотемпературного прогрева в ва­кууме. Затем такая пористая матрица заполняется другим металлом с низкой точкой кипения, который предварительно обезгаживается путем многократного плавления в вакууме. Установлено, что эта комбинация материалов характеризуется почти таким же током среза, как материал с низкой точкой кипения, и почти тем же сроком службы, что и тугоплавкий материал.