СПОСОБ ТРЕНИРОВКИ ВАКУУМНЫХ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ КАМЕР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
METHOD FOR TRAINING OF VACUUM ARC-QUENCHING CHAMBERS OF HIGH VOLTAGE

Изобретение относится к области электротехники, а именно к вакуумной коммутационной аппаратуре высокого напряжения и ее производству.
При производстве вакуумных дугогасительных камер (ВДК) финишной технологической операцией является тренировка вакуумных промежутков камеры возбуждением дуги между контактами и пробоями при высоком напряжении. С помощью тренировки можно добиться повышения электрической прочности промежутков, стабилизировать их разрядные характеристики (Сливков И.Н. Изоляция и разряд в вакууме. М.: Атомиздат, 1972 г., стр.89) [1]. Тренировка возбуждением дуги при размыкании контактов (токовая тренировка) дает возможность очистить поверхность контактов от многих поверхностных загрязнений, а также в отдельных случаях создать на поверхности контактов слой металла со специальными свойствами. Включения же особо прочных в химическом отношении неметаллических соединений разрушаются и удаляются только при высоковольтных разрядах (тренировка высоковольтными пробоями), когда на эти включения на стадии пробоя воздействуют электроны, ускоренные до высоких энергий. Поэтому во время финишных технологических операций применяются оба вида тренировки вакуумных промежутков.
Для ВДК на высокие напряжения роль тренировки высоковольтными пробоями возрастает с ростом номинального напряжения, для достижения высокой электрической прочности необходим выбор особых режимов тренировки высоковольтными пробоями.
Известен способ тренировки ВДК путем возбуждения сильноточной дуги между контактами, в результате чего на поверхности образуется мелкодисперсный слой псевдоэвтектики (Авторское свидетельство СССР №915114, Н01Н 33/68, опубл. 23.03.82) [2]. Этот способ в определенных пределах обеспечивает повышение электрической прочности промежутка и может быть использован для ВДК на средние напряжения (до 10-35 кВ). Однако при высоких напряжениях (110 кВ и выше) этот способ не дает эффекта, так как при воздействии концентрированного теплового потока (от дуги или других источников), кроме слоя псевдоэвтектики, образуются частицы металла и неровности на поверхности контактов, что ограничивает электрическую прочность промежутка.
Ближайшим техническим решением к предлагаемому является способ тренировки межконтактного промежутка ВДК разрядами высокого напряжения различной полярности после отпайки камеры (Авторское свидетельство СССР №312316, Н01Н 33/68, опубл. 19.08.7l) [3].
Недостатком такого способа тренировки является то, что в нем нет научно обоснованных ограничений на режимы тренировки ВДК. Воздействие высоковольтного импульсного пробоя может приводить как к увеличению электрической прочности межконтактного промежутка (эффект тренировки), так и к уменьшению прочности промежутка (эффект детренировки). Для ВДК высокого напряжения особенно важно правильно выбрать режимы тренировки высоковольтными пробоями.
Целью предлагаемого решения является устранение указанных недостатков и обеспечение высокой электрической прочности ВДК высокого напряжения.
Указанная цель достигается тем, что в способе тренировки вакуумных дугогасительных камер импульсными разрядами высокого напряжения различной полярности после отпайки камеры тренировка импульсными разрядами высокого напряжения производится при протекшем через тренируемый промежуток заряде не более 10 мКл для каждого из разрядов.
На чертеже показана ВДК, состоящая из подвижного 1 и неподвижного 2 контактов, экранной системы 3 и герметического корпуса 4.
При отключении цепи и в отключенном состоянии к разомкнутым контактам 1 и 2 ВДК прикладывается высокое напряжение, которое камера должна выдерживать без пробоя. Для этого в качестве заключительной технологической операции используют тренировку импульсными разрядами высокого напряжения.
Чем выше номинальное напряжение ВДК, тем выше напряжение, которое необходимо прикладывать к промежуткам камеры. При тренировке высоковольтными пробоями происходит импульсный разряд конденсаторов (или паразитной емкости) на тренируемый промежуток. В отличие от токовой тренировки полезный эффект при тренировке высоким напряжением связан не с тепловым воздействием во время дуговой стадии разряда, а с импульсным воздействием потока электронов, ускоренных до больших энергий при пролете промежутка в стадии пробоя. Под действием этих электронов разрушаются прочные в химическом отношении неметаллические включения. После пробоя промежутка начинается дуговая стадия разряда, и воздействие электронов с высокой энергией заканчивается.
Дуговая стадия при импульсном разряде может вызвать значительные разрушения поверхности контактов за счет теплового воздействия и привести к эффекту детренировки, если режим тренировки выбран неправильно. Это связано с тем, что при импульсном разряде дуга существует в сжатой форме и плотности среднего теплового потока на поверхности контакта велики. Электрическая эрозия и вызываемые ею разрушения контакта при дуговой стадии импульсного разряда определяются энергией, выделяемой на поверхности контакта, которая равна U'эQ (U'э - эквивалентное приэлектродное падение напряжения, Q - заряд, протекший через промежуток в дуговой стадии). Величина U'э является постоянной для используемых в ВДК контактных материалов, и энергия, выделяемая на поверхности, определяется зарядом Q. Для высоковольтных ВДК граница между режимами тренировки и детренировки лежит в районе значения заряда 10 мКл. При большем заряде происходят значительные изменения на поверхности контактов (появляются металлические частицы и микровыступы), что отрицательно влияет на электрическую прочность промежутка. Вместо эффекта тренировки высоковольтными разрядами наблюдается эффект детренировки, если протекший заряд превышает 10 мКл. Электрическая прочность вакуумного промежутка при больших зарядах снижалась после разряда в 2-3 раза.
Для лучшего понимания изобретения приводятся примеры осуществления способа и обосновывающие оптимальность выбора режимов тренировки ВДК высоковольтными разрядами.
Пример 1. Была собрана ВДК на напряжение 60 кВ. ВДК была подвергнута токовой тренировке при низком напряжении, а затем проводилась тренировка высоковольтными разрядами.
При высоковольтной тренировке электрическая прочность межконтактного промежутка длиной 20 мм нарастала вплоть до напряжения пробоя 300 кВ. Емкость «в ударе» при этой тренировке составляла 0,04 мкФ, а заряд при напряжении пробоя менее 300 кВ соответственно не превосходил 10 мКл. При больших напряжениях пробоя электрическая прочность промежутка падала, т.е. наблюдался эффект детренировки. Например, при напряжении пробоя 400 кВ (соответственно, при заряде 16 мКл) электрическая прочность падала до 250-270 кВ.
4
5
Пример 2. В разборной вакуумной камере полусферические электроды диаметром 50 мм подвергались высоковольтной тренировке при межэлектродном промежутке 0,25 мм. При емкости «в ударе» 1,25·10 пФ промежуток удалось оттренировать до электрической прочности 60 кВ (заряд в этом режиме не превосходил 0,75 мКл). При увеличении емкости «в ударе» до 5·10 пФ (соответственно, заряд увеличивался до 30 мКл) после пробоя электрическая прочность резко упала (до 5 кВ). Этот эффект детренировки связан с разрушением поверхности электродов при разряде.
Предложенный способ тренировки ВДК устраняет существующие недостатки, дает возможность обеспечить высокую электрическую прочность камер.
Источники информации
1. Сливков И.Н. Электроизоляция и разряд в вакууме. М.: Атомиздат, 1972, стр.89.
2. Авторское свидетельство СССР №915114, H01H 33/68, опубл. 23.03.82.
3. Авторское свидетельство СССР №312316, H01H 33/68, опубл. 19.08.71 (прототип).