а) поперечным дутьем; б) продольным дутьем

Элегазовые выключатели наряду с вакуумными наиболее перспективны особенно на напряжение 110 и 220 кВ.
Элегаз (SF6 — шестифтористая сера) представляет собой инертный газ, плотность которого превышает в 5 раз плотность воздуха. Электрическая прочность элегаза в 2-3 раза превышает прочность воздуха. При давлении 0,2 МПа его электрическая прочность сравнима с прочностью трансформаторного масла. При атмосферном давлении в элегазе может быть погашена дуга с током, превышающим в 100 раз ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях.
Элегаз является "электроотрицательным" газом. Его молекулы обладают способностью захватывать электроны. При этом образуются малоподвижные, тяжелые отрицательные ионы, которые медленно передвигаются в электрическом поле. Такая способность элегаза объясняется его химическими свойствами. Потеря электронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет. В струе элегаза, то есть при газовом дутье, поглощение электронов из дугового столба происходит еще более интенсивно. Высокая диэлектрическая прочность элегаза обеспечивает требуемую степень изоляции при минимальных расстояниях.

Гашение дуги в дугогасительной камере выключателя происходит в глубоком вакууме (при остаточном давлении порядка 1 0~6 мм рт. ст.) при разведении контактов. После подачи команды на отключение (момент времени tg) по прошествии небольшого промежутка времени наступает момент начала расхождения контактов t1 (рис.5). При этом в межконтактном промежутке зажигается электрическая дуга, падение напряжения Un на которой очень мало (меньше 30 В). В момент перехода тока через нуль t2 межконтактный промежуток заполняется ионизированными парами металла, образовавшимися за время горения дуги. Однако, в силу отсутствия среды, препятствующей распространению этих паров, их уход из межконтактного промежутка происходит в течение очень малого промежутка времени (порядка 10~5 с), после чего вакуумный выключатель готов выдержать восстанавливающееся напряжение. Поскольку электрическая прочность вакуумного промежутка чрезвычайно высока, отключение тока гарантированно происходит при зазорах более 1 мм.

16)Применение полупроводниковых приборов для облегчения гашения дуги

Одним из перспективных путей повышения эффективности коммутации силовых цепей, позволяющим исключить возникновение дуги отключения или ограничить время ее горения, является использование силовых полупроводниковых приборов. Во многих странах и у нас в РФ ведутся работы по

созданию коммутационных аппаратов на базе тиристоров и симисторов, однако до настоящего времени такие аппараты имеют ограниченное применение. Основ­ными факторами, препятствующими широкому применению указанных аппаратов, даже при низком напряжении, являются высокая стоимость, значительные габариты, отсутствие видимого разрыва цепи, чувствительность к перегрузкам, скорости нарастания тока и напряжения.

Более приемлемыми для сильноточных аппаратов признаны устройства с бездуговой коммутацией, основанные на использовании механических контактов и тиристоров или механических синхронизирующих устройств, контактов и не­управляемых диодов.

Коммутация цепей переменного тока. Для аппаратов с высокой частотой оперативных включений и отключений заслуживает внимания контактная система с тиристорным блоком бездугового отключения (рис. 6-28). Тиристоры VS1 и VS2 включены параллельно контакту. При разомкнутом контакте К они заперты — ток в цепи отсутствует. При замыкании контакта и возникновении тока в цепи трансформаторы тока ТА1 и ТА2 (или другое устройство) через диоды VD1 и VD2 подают соответственно полярности полуволны отпирающие сигналы на управляющие электроды тиристоров. Однако ток через тиристоры не протекает, так как они шунтированы контактом. В момент размыкания контакта ток переходит в цепь того из тиристоров, направление проводимости которого соответствует полярности тока. Прямое падение напряжения, на открытом тиристоре мало (1,5 — 2 В на одном тиристоре), и дуга на контактах не возникает. При переходе тока через нуль проводящий тиристор закроется, а второй не откроется ввиду отсутствия сигнала. Ток в цепи прекратится. Коммутационная износостойкость контактов при этом способе гашения сильно возрастает (например, у контакторов серий КТ64 и КТ-65 — в 10 раз).

17)Электрические контакты

Электрический контакт — поверхность соприкосновения проводящих электрический ток материалов, обладающая электропроводностью, или приспособление, обеспечивающее такое соприкосновение (соединение). В зависимости от природы соприкасающихся материалов различают электрические контакты типа проводник—проводник (механические контакты), проводник—полупроводник и полупроводник—полупроводник.

Реальная площадь контакта в сотни раз меньше номинальной площади контактирующих поверхностей из-за шероховатости, неровности, наличия непроводящих пленок. При этом под воздействием нагрузки разные участки площади деформируются по-разному, электрический ток проходит только через пятна контакта, линии тока стягиваются к ним, в итоге возникает «сопротивление стягивания». Сопротивление стягивания для контакта материалов с удельным сопротивлением ρ:

Таким образом, общее контактное сопротивление складывается из сопротивления стягивания единичного пятна, учета распределения пятен и деформации контактирующих поверхностей. Проблема создания надежных электрических контактов до сих пор является не решенной. Трудность этой задачи заключается в следующем:

R_c=p/2a

- Поскольку поверхности электрических контактов являются шероховатыми, а сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, то рабочая площадь электрического контакта заметно меньше его геометрических размеров. Форма неровностей поверхности, значительно влияет на величину переходного сопротивления и эксплуатационные свойства электрических контактов: износоустойчивость трущихся поверхностей, коррозионную устойчивость и др.

- Окружающая среда оказывает существенное влияние на работу электрических контактов. В случае контакта между разнородными металлами, имеющими разные электрохимические потенциалы, при взаимодействии содержащихся в атмосфере различных оксидов (СО2, SO2 и др.) с влагой воздуха образуются растворы кислот, которые являясь электролитом, вызовут гальванический процесс между электродами контактной пары. Электрохимическая коррозия приведет к постепенному разрушению контактного соединения. Кроме того, с течением времени возможно окисление самих контактных поверхностей, приводящее к возрастанию переходного сопротивления.

- На долговечность электрических контактов также оказывают влияние такие факторы как: возможный перегрев площади контакта, фреттинг, электромиграция, различные коэффициенты термического расширения контактирующих проводников, сила тока и др.

18)Общие сведения. Режимы работы контактов. Материалы контактов

Режимы работы контактов

а) Включение цепи. При включении контактов могут иметь место следующие процессы:

1) вибрация контактов;

2) эрозия в результате образования разряда между сходящимися контактами

Проведение тока во включенном состоянии. В этом режиме следует различать два случая: через контакты проходит длительный номинальный ток и через контакты проходит ток КЗ.

Материалы контактов

К материаламконтактов современных электрических аппаратов предъявляются следующие требования:

· высокие электрическая проводимость и теплопровод­ность;

· высокая коррозионная стойкость в воздушной и дру­гих средах;

· стойкость против образования пленок с высоким электрическим сопротивлением;

· малая твердость для уменьшения необходимой силы нажатия;

· высокая твердость для уменьшения механического износа при частых включениях и отключениях;

· малая эрозия;

· высокая дугостойкость (температура плавления);

· высокие значения тока и напряжения, необходимые для дугообразования;

· простота обработки, низкая стоимость.

Рассмотрим свойства некоторых контактных материалов.

Медь. Положительныесвойства: высокие удельная электрическая проводимость и теплопроводность, достаточная твердость, что позволя­ет применять при частых включениях и отключениях довольно высокие значения и , простота технологии, низкая стоимость.

Недостатки: достаточно низкая температура плавления, при рабо­те на воздухе покрывается слоем прочных оксидов, имеющих высокое сопротивление, требует довольно больших сил нажатия. Применяется как материал для плос­ких и круглых шин, контактов аппаратов высокого напряжения, кон­такторов, автоматов и др. Вследствие низкой дугостойкости нежелатель­но применение в аппаратах, отключающих мощную дугу и имеющих большое число включений в час.

Серебро. Положительные свойства: высокие электрическая проводи­мость и теплопроводность, пленка оксида серебра имеет малую механи­ческую прочность и быстро разрушается при нагреве контактной точки. Контакт серебра устойчив благодаря малому напряжению на смятие . Для работы достаточны малые нажатия (применяется при нажати­ях 0,05 Н и выше). Устойчивость контакта, малое переходное сопротив­ление являются характерными свойствами серебра.

Недостатки: малая дугостойкость и недостаточная твердость пре­пятствуют использованию его при наличии мощной дуги и частых вклю­чениях и отключениях.

Применяется в реле и контакторах при токах до 20 А. При больших токах вплоть до 10 кА серебро используется как материал для главных контактов, работающих без дуги.

Алюминий. Положительные свойства: достаточно высокие электри­ческая проводимость и теплопроводность. Благодаря малой плотности, токоведущая часть круглого сечения из алюминия на такой же ток, как и медный проводник, имеет почти на 48 % меньшую массу. Это позволя­ет уменьшить массу аппарата.

Недостатки:

1) образование на воздухе и в активных средах пленок с высокой механической прочностью и высоким сопротивлением; 2) низ­кая дугостойкость (температура плавления значительно меньше, чем у меди и серебра); 3) малая механическая прочность; 4) образование медным и алюминиевым контактами своеобразного гальванического элемента из-за наличия в окружающем воздухе влаги и оксидов. Под действием ЭДС этого элемента происходит электрохимическое разрушение кон­тактов (электрохимическая коррозия). В связи с этим, при соединении с медью алюминий должен покрываться тонким слоем меди электро­литическим путем либо оба металла необходимо покрывать серебром.

Алюминий и его сплавы (дюраль, силумин) применяются, главным образом, как материал для шин и конструкционных деталей аппаратов.

Вольфрам. Положительные свойства: высокая дугостойкость, боль­шая стойкость против эрозии, сваривания. Высокая твердость вольфра­ма позволяет применять его при частых включениях и отключениях.

Недостатки: высокое удельное сопротивление, малая теплопровод­ность, образование прочных оксидных и сульфидных пленок. В связи с образованием пленок и их высокой механической прочностью вольфра­мовые контакты требуют большого нажатия.

В реле на малые токи с небольшим нажатием применяются стойкие против коррозии материалы – золото, платина, палладий и их сплавы.

Металлокерамические материалы.

Рассмотрение свойств чистых ме­таллов показывает, что ни один из них не удовлетворяет полностью всем требованиям, предъявляемым к материалу контактов.

Материалы, обладающие необходимыми свойствами, получают методом порошковой металлургии (металлокерамики). Полученные таким методом материалы сохраняют физические свойства входящих в них металлов. Дугостойкость металлокерамики обеспечивается такими компонентами, как вольфрам, молибден. Низкое переходное сопротивление контакта достигается использованием в качестве второго компонента серебра или меди. Применение металлокерамики увеличивает стоимость электрических аппаратов, однако в эксплуатации эти затраты окупаются за счет увеличения срока службы ЭА и повышения его надежности.