Гашение дуги в газовом высоковольтном выключателе
Подробное объяснение процесса гашения дуги в выключателе SF6 типа пневматического привода
В выключателе SF6 типа пневматического привода процесс гашения дуги является критическим механизмом, который обеспечивает надежное прерывание высоких токов, особенно при коротких замыканиях. Процесс включает взаимодействие между основными контактами, дугогасительными контактами и соплом из ПТФЭ (политетрафторэтилена), которое направляет поток сжатого газа SF6 для гашения дуги. Ниже приведено подробное объяснение процесса гашения дуги шаг за шагом:
Начальное состояние: основные контакты открыты, ток переключен на дугогасительные контакты
Основные контакты: Основные контакты, которые больше и предназначены для передачи нормального нагрузочного тока, расположены концентрически снаружи дугогасительных контактов. В этом начальном состоянии основные контакты уже открыты, и ток был переключен (перекоммутирован) на дугогасительные контакты.
Дугогасительные контакты: Дугогасительные контакты меньше и специально разработаны для работы при высоких температурах и давлениях, возникающих при горении дуги. Они готовятся к открытию, и когда это происходит, между ними возникает дуга.
Зажигание дуги: дугогасительные контакты начинают разъединяться
Когда дугогасительные контакты начинают разъединяться, ток продолжает протекать через малый зазор между ними, образуя дугу. На этом этапе дуга все еще относительно стабильна, и сопло из ПТФЭ, которое закреплено на подвижном контакте, начинает направлять сжатый газ SF6 из объема пневмопривода к дуге.
Поток газа изначально ограничен, так как сечение дуги может быть большим, особенно при высоких токах короткого замыкания. Этот феномен, при котором сечение дуги больше диаметра горла сопла, называется закупоркой током. При закупорке током поток газа частично блокируется дугой, что препятствует его эффективному охлаждению.
Накопление давления газа и сужение дуги
Механическое движение и передача тепла: По мере того как дугогасительные контакты продолжают разъединяться, механическое движение контактов дополнительно сжимает газ SF6 в объеме пневмопривода. Кроме того, тепло от дуги передается газу, вызывая быстрое повышение его температуры. Это сочетание механического сжатия и передачи тепла приводит к значительному увеличению давления газа в объеме пневмопривода.
Подход к пересечению нулевого значения тока: Когда дуга приближается к естественному пересечению нулевого значения (точка, где переменный ток проходит через ноль), сечение дуги начинает уменьшаться. Это уменьшение размера дуги позволяет сжатому газу SF6 свободнее проходить через сопло.
Мощный воздушный удар: Как только дугогасительные контакты полностью разъединяются, сжатый газ в объеме пневмопривода выпускается через сопло, создавая мощный удар, который направлен прямо на дугу. Этот высокоскоростной поток газа быстро охлаждает дугу, растягивает ее и нарушает ионизированный плазму, что приводит к гашению дуги.
Гашение дуги и восстановление диэлектрической прочности
Гашение дуги: После гашения дуги в момент пересечения нулевого значения тока, поток тока прекращается, и дуга больше не существует. Отсутствие дуги означает, что источник тепла удален, что позволяет газу SF6 остыть.
Рекомбинация частиц газа: После гашения дуги расщепленные частицы газа SF6 (такие как SF4, S2F10 и т.д.) начинают рекомбинировать, восстанавливая исходную химическую структуру SF6. Этот процесс рекомбинации также восстанавливает изоляционные свойства газа.
Восстановление диэлектрической прочности: Быстрая рекомбинация частиц газа и охлаждение газа приводят к быстрому восстановлению диэлектрической прочности между контактами. Это гарантирует, что дуга не возникнет снова, когда напряжение между контактами возрастет после прохождения тока через ноль.
Остановка движения контактов: После гашения дуги и восстановления диэлектрической прочности движение контактов прекращается. Давление газа внутри выключателя (CB) затем стабилизируется, и система возвращается в нормальное, неведущее состояние.
Ключевые моменты для понимания:
Закупорка током: При высоких токах короткого замыкания сечение дуги может быть больше диаметра горла сопла, временно блокируя поток газа. Этот феномен называется закупоркой током. Несмотря на это, давление газа продолжает расти из-за механического сжатия и передачи тепла от дуги.
Объем пневмопривода и конструкция сопла: Объем пневмопривода является ключевым компонентом, который хранит сжатый газ SF6, который затем выпускается через сопло из ПТФЭ. Сопло спроектировано таким образом, чтобы точно направлять поток газа на дугу, обеспечивая эффективное охлаждение и гашение дуги.
Быстрое восстановление диэлектрической прочности: Одним из ключевых преимуществ газа SF6 является его способность быстро восстанавливать свои изоляционные свойства после гашения дуги. Это обеспечивает безопасное прерывание высоких токов без риска повторного возгорания дуги.
Заключение
Процесс гашения дуги в выключателе SF6 типа пневматического привода является высокоэффективным и надежным методом прерывания высоких токов, особенно при коротких замыканиях. Комбинация механического сжатия, потока газа и уникальных свойств газа SF6 обеспечивает быстрое гашение дуги и быстрое восстановление диэлектрической прочности между контактами. Этот дизайн позволяет выключателю обрабатывать большие токи короткого замыкания, сохраняя целостность и безопасность электрической системы.
