Вакуум в качестве среды гашения дуги

В настоящее время в средних напряжениях технология гашения дуги в вакууме доминирует по отношению к технологиям, использующим воздух, элегаз, или масло. Обычно, вакуумные выключатели более безопасны, и более надежны в ситуациях, когда число нормальных операций и операций, обслуживающих короткие замыкания, очень велико.

Сегодня очень быстро растет популярность, вакуумного распределительного оборудования. В приложениях, использующих распределительное оборудование для среднего напряжения, вакуумные распределительные устройства имеют номиналы от 3 до 35 кВ. В настоящее время в приложениях для среднего напряжения технология вакуумного разрыва цепи доминирует по отношению к технологиям, использующим воздух, элегаз, или масло. Обычно, вакуумные выключатели более безопасны, и более надежны в ситуациях, когда число нормальных операций и операций, обслуживающих короткие замыкания, очень велико.

Работа любого выключателя во многом зависит от диэлектрической среды, используемой для гашения дуги. Другим преимуществом вакуумного распределительного оборудования является то, что оно почти не требует обслуживания.

Ниже обсуждаются характеристики этой технологии, благодаря которым она стала такой популярной.

Диэлектрическая прочность вакуума

Для заданного зазора между контактами, вакуум имеет диэлектрическую прочность, почти в восемь раз превышающую этот диэлектрическую прочность воздуха, и в четыре раз превышающую диэлектрическую прочность элегаза при давлении в 1 бар. Благодаря такой высокой диэлектрической прочности, зазор между контактами в вакуумном выключателе может быть очень малым. При небольшом расстоянии между контактами безопасное гашение дуги возможно благодаря высокой диэлектрической прочности. Кроме того, вакуум обеспечивает быстрое восстановление своей диэлектрической прочности после полного гашения дуги при нулевом токе. Это делает вакуумное распределительное оборудование наиболее подходящим для отключения конденсаторов.

Низкий расход энергии дуги в вакууме

Энергия, рассеиваемая электрической дугой в вакууме, в десять раз меньше энергии, дугой рассеиваемой в масле и в четыре разе меньше, чем в элегазе. Малая величина рассеиваемой энергии связана, в основном, с малым временем прерывания (из-за небольшого расстояния между контактами), и малой длиной дуги (также, из-за небольшого расстояния между контактами). Благодаря низкому рассеиванию энергии дуги, вакуумные выключатели имеют малую эрозию контактов, и это позволяет им почти не требовать обслуживания в течение срока эксплуатации. Кроме того энергия, требуемая для разрыва тока заданной величины, для вакуумного выключателя меньше, чем для воздушного и масляного выключателя.

Простой механизм привода

При использовании элегаза, масла и воздуха в качестве дугогасящей среды выключателя, движению контактов мешает сильное сопротивление среды, находящейся в дугогасительной камере под большим давлением. Но в вакуумных выключателях такого препятствия не существует, и, кроме того, расстояние, проходимое контактами при размыкании, намного меньше из-за высокой диэлектрической прочности вакуума. Поэтому на работу привода в выключателе данного типа расходуется намного меньше энергии, чем в других типах выключателей. Поэтому для таких распределительных система достаточно использовать простой пружинный механизм, не требующий гидравлических или пневматических элементов. Более простой механизм привода увеличивает время эксплуатации вакуумного распределительного оборудования.

Быстрое гашение дуги

При размыкании контактов, через которые в этот момент проходит ток, между контактами возникает испарение металла, и эти пары металла обеспечивают путь, по которому электрический ток продолжает течь до тех пор, пока его величина не достигнет нуля. Это явление известно, как вакуумная дуга. Вакуумная дуга гаснет, когда величина тока достигает нуля, а проводящие пары металла осаждаются на поверхность контактов в течение микросекунд. По данным проводимых наблюдений, только 1% паров металла оседает на стенки вакуумной камеры, а 99% металла оседает на поверхность контактов, с которой они были испарены.

Из ранее приведенных обсуждений почти очевидно, что диэлектрическая прочность вакуума восстанавливается очень быстро, и эрозия контактов пренебрежимо мала.

Согласно наблюдениям, для тока силой до 10 кА, дуга находится в диффузном состоянии. Она принимает форму испарения разряда, и покрывает всю поверхность контакта. Но при токе свыше 10 кА, дуга, под воздействием собственного магнитного поля сжимается вокруг центральной точки поверхности контакта. Из-за этого центральная точка контакта нагревается очень сильно. Эту проблему можно решить, обеспечив специально спроектированную поверхность контакта, которая вынуждает дугу двигаться по поверхности, а не оставаться неподвижно в определенной точке. Различные производители используют разные конструкции поверхностей контакта для усиления этого движения дуги под воздействием ее собственного магнитного поля. В результате эрозия контакта минимизируется, и становится более равномерной.