17.2. ТОКОВЕДУЩАЯ ЦЕПЬ И ДУГОГАСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТОВ
а) Токоведущая цепь. Наиболее важной частью токоведущей цепи автоматов являются контакты. При номинальных токах до 200 А применяется одна пара контактов, которые для увеличения дугостойкости могут быть облицованы металлокерамикой. При токах более 200 А применяются двухступенчатые контакты типа перекатывающегося контакта (рис. 3.15) или пары главных и дугогасительных контактов. Основные контакты облицовываются серебром либо металлокерамикой (серебро, никель, графит). Дугогаентельный неподвижный контакт покрывается металлокерамикой СВ-50 (серебро, вольфрам), подвижный — СН-29ГЗ. Применяется металлокерамика и других марок. Работа таких контактов рассмотрена в § 3.4. В автоматах на большие номинальные токи применяется несколько параллельных пар глазных контактов.
В быстродействующих автоматах с целью уменьшения собственного времени применяются исключительно торцевые контакты, имеющие малый провал. Контакты изготавливаются из меди, а поверхности касания подвергаются серебрению. В настоящее время проводятся работы по созданию искусственного жидкостного охлаждения контактов [3.2]. Такое решение позволяет сохранить малую массу и быстродействие автомата и увеличить длительный ток с 2,5 до 10 кА.
Устойчивость контактирования при включении на короткое замыкание зависит от скорости нарастания контактного нажатия. При амплитуде включаемого тока более 30—40 кА применяются автоматы моментного действия, у которых скорость движения контактов и контактное нажатие не зависят от скорости перемещения включающего механизма.
В универсальных автоматах, работающих селективно, создается определенная выдержка времени при протекании тока короткого замыкания, и размыкание контактов в течение этого времени недопустимо.
Во избежание приваривания контактов применяется электродинамическая компенсация. Один из вариантов такого компенсатора показан на рис. 17.1. При протекании тока в дугогасительной контуре на проводник АВ, несущий неподвижный дугогасительный контакт, действует электродинамическое усилие Рэд, увеличивающее нажатие контактов.
В установочных и быстродействующих автоматах, у которых при коротком замыкании отключение происходит без выдержки времени, электродинамическая компенсация не применяется, так как она ведет к увеличению собственного времени отключения.
б) Дугогасительная система. В автоматах применяются полузакрытое и открытое исполнения дугогасительных устройств. В полузакрытом исполнении автомат закрыт изоляционным кожухом, имеющим отверстия для выхода горячих газов. Объем кожуха достаточно велик для исключения внутри больших избыточных давлений. Зона выброса горячих и ионизированных газов составляет несколько сантиметров от выхлопных щелей. Такое исполнение применяется в установочных и универсальных автоматах, монтируемых рядом с другими аппаратами, в распределительных устройствах, автоматах с ручным управлением. Предельный отключаемый ток не превышает 50 кА.
В быстродействующих автоматах и автоматах на большие предельные токи (100 кА и выше) или большие напряжения (выше 1000 В) применяются дугогасительные устройства открытого исполнения с большой зоной выброса.
В установочных и универсальных автоматах массового применения широко используется деионная дугогасительная решетка из стальных пластин (§ 4.11). Поскольку эти автоматы предназначены как для переменного, так и для постоянного тока, число пластин выбирается из условия отключения цепи постоянного тока. На каждую пару пластин должно приходиться напряжение не более 25 В. В цепях переменного тока с напряжением 660 В такие дугогасительные устройства обеспечивают гашение дуги с током до 50 кА. На постоянном токе эти устройства работают при напряжении до 440 В и отключаемых токах до 55 кА. При этом дуга горит с минимальным выбросом ионизированных и нагретых газов из дугогасительного устройства.
При больших токах применяются лабиринтно-щелевые камеры и камеры с прямой продольной щелью. Втягивание дуги в щель осуществляется магнитным дутьем с катушкой тока. Продольно-щелевая камера может иметь несколько параллельных щелей неизменного сечения. Это уменьшает аэродинамическое сопротивление камеры и облегчает вхождение в нее дуги с большим током. Вначале дуга разбивается по щелям на ряд параллельных дуг. Но затем из всех параллельных дуг остается лишь одна. Гашение этой дуги завершает процесс отключения. Стенки камеры и перегородки изготавливаются из асбоцемента или керамики.
В лабиринтно-щелевой камере (см. рис. 4.24) постепенное вхождение дуги в зигзагообразную щель не создает высокого аэродинамического сопротивления при больших токах. Узкая щель повышает градиент напряжения в дуге, что сокращает необходимую ее длину при гашении. Зигзагообразная форма щели уменьшает габаритные размеры автомата. В такой камере дуга интенсивно охлаждается стенками. Поэтому материал камеры должен обладать высокими теплопроводностью и температурой плавления.
Для того чтобы камера не разрушалась под воздействием температуры, дуга должна двигаться непрерывно с большой скоростью. Это требует создания мощного магнитного поля на всем пути движения дуги в щели. При недостаточно высокой скорости движения дуги происходит разрушение дугогасительного устройства (§ 18.7). В качестве материала для камеры применяется керамика — кордиерит. Газообразующие материалы типа фибры и органического стекла не применяются из-за повышения аэродинамического сопротивления вхождению дуги в камеру.
В настоящее время с целью упрощения конструкции (отказ от мощных и сложных систем магнитного дутья) вновь возвращаются к использованию деионной стальной решетки. Стальные, изолированные керамикой пластины, имеющие паз для дугогасительных контактов, создают усилие, перемещающее дугу. Гашение дуги происходит так же, как в камере с поперечными изоляционными перегородками, но при отсутствии специальной системы магнитного дутья.