Автогазовые выключатели нагрузки

Выключатели нагрузки 10 кВ предназначены для включения и отключения участков электрической цепи, находящихся под напряжением. В момент отключения в цепи может протекать ток до 630 А. При включении или отключении линии, находящейся под напряжением, между контактами выключателя возникает электрическая дуга.

Дуга, образующаяся при включении цепи не столь опасна, так как ток, протекающий в этот момент через контакты устройства, незначителен.

При размыкании же контактов, через которые протекает значительный ток, в результате быстрого уменьшения площади соприкосновения контактов плотность тока резко увеличивается, местный перегрев вызывает термическую эмиссию электронов из металла. Кроме того, в момент разрыва цепи между близкими контактами быстро возникает мощное электрическое поле. Оба этих фактора приводят ионизации атомов воздушной среды к появлению электрической дуги.

При увеличении расстояния между контактами длина дуги увеличивается, тепло рассеивается в окружающей среде, ионизация уменьшается, и дуга гаснет.

Расстояние между контактами, на котором в нормальных условиях возможно образование электрической дуги, при напряжении 10 кВ составляет несколько сантиметров.

При определении ширины воздушного промежутка, исключающего дуговой пробой часто руководствуются эмпирическим правилом: "1 кВ = 1 см". То есть при напряжении 10 кВ расстояния между контактами 10 см оказывается достаточно для гашения электрической дуги.

Устройство и принцип работы выключателя нагрузки

Чтобы развести контакты на безопасное расстояние и при этом не вывести их из строя из-за разрушающего действия электрической дуги, в выключателях нагрузки применяют систему двойных контактов.

Каждый полюс выключателя состоит из пары рабочих и пары дугогасительных контактов, соединенных по параллельной схеме. При этом массивные рабочие контакты рассчитаны на длительное протекание рабочего тока, а дугогасительные контакты могут выдерживать только кратковременный ток, но они заключены в дугогасительную камеру - полимерный кожух, предназначенный для гашения дуги.

При включении цепи сначала замыкаются дугогасительные контакты, которые гасят дугу, а затем - рабочие, которые пропускают основной ток нагрузки. При выключении, наоборот, сначала размыкаются рабочие контакты (без образования дуги, так как цепь в это время еще не разомкнута), а затем размыкаются дугогасительные контакты, которые гасят образующуюся при разрыве цепи электрическую дугу.

Гашение дуги между дугогасительными контактами происходит из-за выделения стенками дугогасительной камеры газов, препятствующих развитию дуги. Выключатели с такими дугогасительными камерами называются автогазовыми, так как электрическая дуга сама вызывает процессы, приводящие к ее гашению.

Конструкция выключателей нагрузки

В настоящее время в эксплуатации находятся два поколения выключателей нагрузки, отличающихся конструкцией дугогасительных ножей.

В старом поколении выключателей нагрузки дугогасящие ножи жестко связаны с главными ножами. К этому поколению относятся снятые с производства выключатели нагрузки ВН-10, ВН-16, ВН-17 и некоторые выпускающиеся в настоящее время выключатели нагрузки ВНР-10.

В новом поколении выключателей нагрузки, к которому относятся современные выключатели ВНР-10 и ВНА-10, дугогасящие ножи связаны с главными ножами через шарнир и пружину.

Автогазовые выключатели нагрузки ВНР-10 старого и нового типов

В новых выключателях нагрузки ход дугогасительного ножа меньше, поэтому ему не требуется такая длинная дугогасительная камера, как у выключателей предыдущего поколения. Уменьшение длины дугогасительной камеры никак не сказывается на отключающих свойствах выключателей нагрузки, так как ее длина по-прежнему значительно превышает расстояние, на котором затухает электрическая дуга.

Кинематическая схема работы выключателей старого и нового поколения также отличаются.

В выключателях старого поколения при отключении цепи, как обычно, сначала размыкаются главные контакты. Электрическая дуга при этом не возникает, так как дугогасительные контакты в это время еще замкнуты, поскольку подвижная часть дугогасительного контакта скользит по неподвижной части контакта на протяжении нескольких сантиметров. Только после выхода подвижной части дугогасительного контакта из соприкосновения с неподвижной частью происходит разрыв цепи.

В выключателях нагрузки нового поколения взаимодействие главных и дугогасящих ножей происходит иначе. Поскольку главные и дугогасящие не имеют жесткой связи, то при размыкании главных ножей дугогасящие ножи остаются на своих местах.

Только после того, как главные ножи выключателя нагрузки разойдутся на значительное расстояние, кулачок главного подвижного контакта входит в соприкосновение с дугогасительным контактом и размыкает его.

В процессе отключения отсутствует скольжение и обгорание замкнутых дугогасительных контактов (как в выключателях старого поколения). Контакт между дугогасительными ножами остается плотным до самого момента размыкания. При этом дополнительный прижим контактов обеспечивается пружиной.

Названия "новое" и "старое" поколения, использованные в этом материале являются условными и относительными, как как новое поколение выключателей нагрузки выпускается уже более 10 лет и хорошо зарекомендовало себя на практике. Выпуск выключателей старого поколения в настоящее время практически прекращен.