Отключающая способность дугогасительных устройств элегазовых выключателей

Одной из основных задач при конструировании дугогасительных устройств является отключение неудаленных КЗ, когда возможен отказ вследствие теплового пробоя межконтактного промежутка.
В дугогасительных устройствах двухстороннего дутья, широко применяемом в различных конструкциях элегазовых выключателей, дуга подвергается двухстороннему продольному обдуву в соплах. Вдоль оси дуги можно выделить три области с заметно отличающимися характеристиками. Область I находится в средней части, между соплами, вблизи точки торможения потока. Здесь замедлены процессы распада остаточного ствола дуги и восстановления электрической прочности. Поэтому эти процессы в основном влияют на режим отключения тока с возможным электрическим пробоем вблизи максимума переходного восстанавливающегося напряжения. Отметим, что коммутационный режим с возможным электрическим пробоем имеет большое практическое значение, особенно при конструировании элегазовых выключателей с большим напряжением (более 200 кВ) на один дугогасительный разрыв. Однако методы расчета стадии электрического пробоя развиты еще недостаточно.
Область II занимает горловину сопла. Баланс энергии в этой части ствола дуги, где имеется интенсивное турбулентное движение, описывается уравнением

где S — площадь поперечного сечения ствола дуги; у — плотность; h — энтальпия; Ея — напряженность электрического поля на стволе дуги; гд — радиус ствола дуги; а — проводимость плазмы; qlr — тепловой поток при турбулентном теплопереносе, отнесенный к единице длины дуги.
Левая часть уравнения (4) характеризует изменение энергии дуги во времени (тепловую инерцию). Первый член правой части описывает нагрев плазмы в результате протекающего тока, второй — турбулентный теплоперенос.
Методы математического анализа процессов гашения дуги применимы к простым формам течения газа с дугой в рабочих каналах без учета турбулентного воздействия окружающей среды.
Одновременно в дугогасительных устройствах продольного дутья современных элегазовых выключателей, особенно в области перехода тока через нулевое значение, течение газа с дугой в каналах весьма сложной конфигурации имеет явно выраженный турбулентный характер. Отсюда возникает необходимость использования экспериментальных данных, в том числе и при определении предельных коммутационных характеристик дугогасительных устройств в условиях возможного теплового пробоя.
Тепловой пробой межконтактного промежутка дугогасительного устройства может произойти в том случае, когда охлаждение остаточного ствола дуги под действием турбулентного теплопереноса недостаточно интенсивно и ствол дуги еще обладает значительной проводимостью. Пусть через 1 мкс после перехода тока через нулевое значение сопротивление межконтактного промежутка составляет 1000 Ом, а скорость переходного восстанавливающегося напряжения 5 кВ/мкс. Тогда подводимая в этот момент времени к дуге мощность Рд = (5-103)2/1000=25-103 Вт может быть достаточна для разогрева плазмы и развития теплового пробоя. Отметим, что время развития теплового пробоя для элегазовых дугогасительных устройств составляет несколько микросекунд после перехода тока через нулевое значение. Для этой же фазы отключения (при неудаленном КЗ) характерны высокие начальные скорости восстановления напряжения (1 — 10 кВ/мкс). Таким образом, процессы, происходящие в области II дугового канала, играют решающую роль в коммутационных режимах с возможным тепловым пробоем.
На область III может приходится значительная часть полного падения напряжения на дуге. При этом ток быстрее уменьшается до нулевого значения, что несколько облегчает условия гашения дуги, уменьшая подводимую к дуге энергию.
Отключающая способность элегазовых дугогасительных устройств, а также других типов дугогасительных устройствах с газовым дутьем в условиях возможного теплового пробоя зависит как от конструктивных параметров дугогасительных устройствах, так и от параметров отключаемой электрической цепи. К определяющим конструктивным параметрам относятся давление газа, род газа, а также распределение давления вдоль продольной оси дугогасительного устройства, зависящее от конфигурации дутьевой системы. К параметрам электрической цепи следует отнести ток отключения или скорость подхода тока к нулевому значению. Тогда отключающая способность дугогасительного устройства с продольным элегазовым дутьем может быть охарактеризована зависимостью предельной скорости восстановления напряжения du/dt от давления р элегаза в сопле и скорости подхода тока к нулевому значению di/dt
На рис.   приведена зависимость du/dt =f(di/dt) для дугогасительного устройства элегазового выключателя при давлении 1,5 МПа и постоянных к = 4,1; т = 2,68; п = 2,42  и для дугогасительного устройства воздушного выключателя.

Отключающая способность дугогасительного устройства
Отключающая способность дугогасительного устройства:
I — элегаз; 2 — воздух

 
< Динамика элегазовых выключателей при отключении   Расчет основных параметров узкощелевых дугогасительных устройств >