Виды вакуумных дугогасительных камер

Принципиальные конструктивные схемы и общий вид наиболее распространенных вакуумных дугогасительных камер приведены на рис. 1 и 2. Наиболее распространена камера, изображенная на рис. 1, а. Здесь контакты окружены главным электростатическим экраном, который служит для охлаждения и конденсации на нем паров металла, образующихся в камере при коммутации выключателя. Помимо центрального экрана на обоих фланцах предусмотрены концевые экраны, защищающие от попадания на поверхность изоляционного корпуса паров металла, доходящих в процессе коммутации до торцевых фланцев камеры и отражающихся от них в межконтактный промежуток. Изоляционный корпус может быть изготовлен из газонепроницаемого материала неорганического происхождения. Внутри корпуса, в середине, крепится главный экран. Герметизация подвижного контакта камеры выполняется с помощью сильфона, помещаемого также внутрь камеры, что предохраняет его от внешних повреждений.

Рис. 1. Принципиальные схемы вакуумных дугогасительных камер

Рис. 2. Общий вид вакуумных выключателей:

1 — на 10 кВ: 2 — на 35 кВ; 3 — на 110 кВ

Несколько иная конструкция дугогасительной камеры показана на рис. 1, б. Диаметр корпуса этой камеры меньше, чем у предыдущей, что достигнуто за счет значительного увеличения ее длины. Главный электростатический экран является здесь частью корпуса, изоляция последнего обеспечивается двумя изоляционными цилиндрами, по одному с каждой стороны экрана.

Конструкция вакуумной камеры, приведенной на рис. 1, в, используется весьма редко. Корпус этой камеры выполнен из металла, а изоляция осуществляется посредством торцевых фланцев из электроизоляционного материала, на которых монтируются контакты камеры. Сильфон и внутренняя поверхность фланцев защищены системой электростатических экранов. Достоинствами этой конструкции являются простота и дешевизна герметизации уплотнительного узла на стыке металлического корпуса и изоляционных фланцев, осуществляемой эластичными уплотнениями. Основной недостаток такой камеры — сложность создания для нее изоляции, обладающей достаточной электрической и механической прочностью. По этой причине подобные камеры находят себе применение лишь для вакуумных выключателей на напряжения не свыше 3 кВ.

При конструктировании вакуумных камер следует учитывать возможность некоторого размягчения металлических деталей в процессе их нагрева при изготовлении камеры, в частности, при термообработке, дегазации и т.п. Конструкция дугогасительной камеры и технологический режим ее сборки должны быть таковы, чтобы при ее изготовлении исключалось попадание загрязнений внутрь камеры. Герметизация уплотнительных узлов в местах стыков металл — керамика осуществляется посредством электроннолучевой сварки.

После технологических операций по химической очистке следует дегазация деталей в вакуумной печи.

Окончательная сборочная операция состоит в сварке стыка металл-керамика, либо в сварке соединения металл — металл. После этого камеры подвергают вакуумированию и термообработке с последующим запаиванием наглухо откачного канала (штенгеля).

В качестве материала контактов вакуумных камер используются металлокерамические композиции, которые должны обладать специфическими свойствами.

Сильфоны изготавливаются из нержавеющей стали. Имеются две фазновидности сильфонов. Одни выполняются с плавно закругленным профилем на сгибах, получаемым либо раскатыванием на станке, либо формированием с помощью гидравлического пресса. Сильфоны другой разновидности выполняются с V-образным профилем сгибов: эти сильфоны выполняются из набора плоских шайб, свариваемых между собой попеременно по внутреннему и по наружному диаметрам. Выбор той или иной разновидности зависит от ряда причин, и отдать предпочтение какой-либо одной из них непросто. Но когда требуется сильфон большого диаметра с большим ходом, предпочтительнее сварные сильфоны.

Измерение давления в камере после ее окончательной герметизации производится после изготовления камеры (через 7 — 10 сут). Для этого используется метод магнетрона (одновременно наложенными продольным магнитным и электрическим полями). Ток, протекающий при этих условиях между контактом и экраном, и служит мерой остаточного давления газа.

Однозначная корректная обработка результатов измерения давления чрезвычайно сложна, поскольку давление в вакуумной камере определяется различными процессами, находящимися в динамическом равновесии. Каждая конкретная камера будет обладать только ей присущими характеристиками изменения давления во времени, находящимися в непосредственной зависимости от свойств конструкционных материалов и технологического процесса.

Большинство фирм гарантирует 25-летний срок службы вакуумной дугогасительной камеры. Однако это следует считать крайне заниженным сроком, поскольку при коммутации тока в дугогасительных камерах происходит частичное испарение металла электродов и образовавшиеся пары конденсируются затем в виде налета на экранах и контактах. В результате проявляется эффект геттерирования, приводящий обычно к еще большему понижению давления в камере, отчего в течение срока службы вакуумных выключателей давление в вакуумных дугогасительных камерах, как правило, находится в диапазоне 1,3-102 — 1,3-105 Па (10-2 — 10-6 мм рт. ст.), хотя на протяжении длительного срока эксплуатации такого устройства возможно и ухудшение, и улучшение вакуума Для обеспечения высокой отключающей способности и необходимой изоляционной прочности достаточно, чтобы давление газа в вакуумной дугогасительной камере находилось в пределах 0,13 — 1,3 Па (10-2 — 10~3 мм рт. ст.). На практике для гарантии высокой надежности вакуумных дугогасительных камер на протяжении длительного срока эксплуатации используются гораздо более низкие давления.