> Техника, страница 33 > Выключатели электрические

Выключатели электрические

Выключатели электрические, приборы для размыкания и замыкания электрического тока в цепи с целью отключать от источника электрич. энергии или приключать к нему различные приемники. В зависимости от силы (а также напряжения) тока, циркулирующего в данной цепи, можно различать В. э. слабых и сильных токов. Первые применяются в технике связи, сигнализации, лабораторной практике, в небольших установках, в осветительной технике и в медицинской практике; вторые—на электрических станциях, в больших установках, в службе тяги. В. э. ста-бых токов нередко в силу особых требований должны быть приспособлены к удобному манипулированию или к автоматическому действию. Такие специальные В. э.

имеют соответственные конструкции и получают особые названия. Так, В. э. для быстро следующих друг за другом кратковременных импульсов — телеграфные ключи; для автоматически производимых весьма частых разрывов в цепи—прерыватели (смотрите); для изменения направления тока — коммутаторы (смотрите); для перехода от одного приемника к другому—переключатели (смотрите); для включения или выключения под действием определенной причины (повышение т. э. т. IV.

темп-ры, появление воды, взлом и т, п.)— предохранители (смотрите); для перерыва соединений электрич. цепи при отсутствии тока—· разъединители (смотрите) (треншальтеры).

Общий характер электрич. состояния цепи во время включения может быть пояснен на примере осцилограммы (фигура 1) тока короткого замыкания электрическ. цепи 1 500 У при нормальном токе в 1 000 А. Как видно из хода кривой, повышение тока до 8 700 А повело к напряжению в 2 260 У; это—случай безопасного перенапряжения. Необходимость в современном электрохозяйстве выключать большие мощности при высоком напряжении (порядка 100 kV) с вытекающими отсюда возможными последствиями в виде появления на приемнике недопустимых перенапряжений образования в В. э. мощных дуг, иногда и аварий—пожаров, ов и опасности для обслуживающего персонала—делает службу В. э. весьма ответственной и заставляет предъявлять к их конструкции весьма сложные требования. Что же касается материалов для В. э., то требования определены: материалом для В. э. служит медь, а для гасящих дугу контактов—медь и уголь. Применение меди обусловлено ее большою электро- и теплопроводностью (первое ведет к малому падению напряжения в В. э., а второе способствует быстрому гашению дуги); кроме того медь допускает легкую обработку и обладает достаточной упругостью.

Действующая часть В. э. представляет во всех случаях либо рубильник (смотрите), либо контактную пружину, либо ртутный контакт, причем в первых двух случаях эта часть укрепляется на поперечной перекладине (траверсе), к которой бывает приложено усилие перемещающее действующую часть. Эта последняя м. б. единственною (однополюсный В. э.), или же монтируется совместно с другой такой же частью (двухполюсный В. э.), или еще с двумя (трехполюсный В. э.), даже с четырьмя (четырехполюсный В. э., редко применяется). Разведение и сближение контактов В. э. может производиться либо вручную, либо автоматически, глав. обр. с помощью электромагнита. Наконец, средою, в которой происходит самый разрыв сети, м. б. либо воздух, либо вакуум, либо изоляционное масло (смотрите Изоляционные масла), в зависимости от чего В. э. делятся на воздушные и масляные (масляники). В отношении всех В. э. принято называть рабочей плотностью тока число ампер, приходящихся на 1 миллиметров² площади соприкосновения в контакте, то есть в электрическом соединении; мощностью выключения называют произведение прерываемой силы тока на напряжение между разводимыми контактами, которое устанавливается тотчас после отключения; наконец, работа выключения выражается как т_

А_т-_а=J е_в- г dt, о где е_в—напряжение дуги, a i—ток в ней.

Приближенно

где 1—выключаемый ток короткого замыкания. Е— напряжение сейчас яте после выключения, г—продолжительность выключения в секундах, равная обычно 1—2 полу-периодам. При трехфазном токе это произведение надо помножить на J/3.

Воздушные В. э. Рубильники представляют собой (фигура 2) медный нож, входящий в медную же пружину, крепко его зажимающую и образующую контакт. Размеры рубящих В. э. выбирают так, чтобы повышение темп-ры контактов сравнительно с окру-Фпг. г. жающей средою не пре восходило 50°. Обычно это достигается при плотностях, не превосходящих 0,1—0,2 А /мм². Внешние размеры рубильника определяются напряжением и силой рабочего тока. При конструировании и выборе рубильника можно руководиться эмпирической формулой Эрлахера:

D=С_г + i- и d=К_г+ ±,

где 1) есть расстояние (в миллиметров) между контактами одной полярности, a d—между контактами разных полярностей (фигура 3), I— сила тока, С, С_г, К_х, К_г—эмпирич. функции, зависящие от предельного напряжения (приведены в таблице 1).

Таблица 1.—Значение коэффициентов в формулах Эрлахера.

Предельное напряжение в V	Для одинаковой полярности D		Для разной полярности d
Предельное напряжение в V	Сг	с₂	к,	К,
250	50—100	10	10— 30	10
800	70—150	10	30— 60	10
2 000	150—200	5	50—100	5

Размеры а и & (в миллиметров) плиты, на которой монтируется рубильник, могут быть рассчитаны по значениям D и d, найденным на основании табл. 2.

Таблица 2.—Р азмеры плиты для рубильника.

Вид рубильника	Пределы значений (в миллиметров)
Вид рубильника	а
Однополюсный. Двухполюсный. Трехполюсный.	от d до 1,5<2 » 2d » 2,5(2 » 3d » 3,5(2	от D+d до D+2d

Контактные В. э. (с контактными пружинами). Примером может служить конструкция, изображенная на фигуре 4. Обычно параллельно основным пружинным контактам устанавливают добавочные, которые выключаются с некоторым запозданием после основных. Принимая на себя разрыв дуги выключения, вспомогательные контакты обгорают и тем защищают от разрушительного действия дуги основные контакты. По ука- |

занной причине вспомогательные контакты должен быть легко заменяемы. Рабочая плотность тока на пружинных контактах м. б. доводима до 0,4—0,5 А/мм^г. Пружинные контакты выполняются из ковкой меди толщиною 0,5 миллиметров, причем для каждого типа их эмпирически подбирается наиболее подходящий угол между пружинами и величина их давления. При тщательном выполнении контактов можно принять это давление в 1 килограмм/см² поверхности соприкосновения, что дает сопротивление контактов примерно 91 μίΐ /см²·. Наивыгоднейшее давление устанавливается по наименьшей потере напряжения в контакте. Пружинные контакты должны выдерживать в течение 5 ск. 50-кратный ток против нормального, нагреваясь не свыше 300°, так как от большего подъема t° медь утрачивает необходимую упругость.

Предельная нагрузка для пружинных контактов простой конструкции, достигнутая в настоящее время,—10 000 А. Для отключения небольших мощностей (до 50 kVA) и на малых участках воздушн. линий (до 10 км), особенно в установках с.-х.

Фигура 4. назначения, применя ются ради удешевления воздушные В. э., монтированные на столбах (фигура 5) и снабженные рогами для тушения дуги размыкания.

Автоматические В. э. Несмотря на весьма большое разнообразие конструкций автоматич. В.э., почти во всех применяются электромагниты. Цель автоматич. приспособлений — предохранить цепь от чрезмерного повышения или понижения силы тока, напряжения, мощности. Таковы автоматические В.э. сериесные, шунтовые, обратные шунтовые и т. д. Все они могут быть как максимальными, так и минимальными.

Масляные В. э. употребляют для выключения умеренных мощностей, причем они представляют собой те же воздушные В. э., но помещенные в бак с маслом (фигура 6), причем фигура 5.

иногда каждая фаза проводки имеет свой отдельный рубильник, помещенный в особом баке (фигура 7). Процесс размыкания цепи сопровождается об-

разованием дуги, дающей высокую t°, от действия которой контакты нагреваются, плавятся и частично испаряются. Масло подвергается испарению и крекингу (расщеплению молекул), продуктами которого являются водород, метан, этилен и друг, предельные и непредельные углеводороды. В зависимости от давления и от температуры крекинг протекает различно, и по процентному соотношению его продуктов можно судить о величине возникающего давления. Обычно получается 70% водорода,

10% метана и 20% этилена, что отвечает 4 atm давления. Общее количество выделяющихся газов достигает 50—60 см⁴ на 1 kW в ск. работы выключения. Образование газов, притом горячих, может повести к короткому замыканию в однобаковом трехфазном масляном В. э., если пузыри отдельных фаз сольются между собой. Соприкасаясь с воздухом,

Фигура 7.

горячие пары и газы могут воспламениться или дать чатую смесь. Кроме того быстро расширяющиеся газы могут повредить кожух и крышку масляного выключателя, если над масляной поверхностью нет достаточно высокой воздушной подушки. Работа выключения распределяется между указанными явлениями следующим образом: 1) на деформацию кожуха, траверса и прочее—3%, 2) на колебание массы масла— 2%, 3) на нагревание и испарение контактов—4,5%, 4) на испарение и крекинг масла—90,5%. В виду этих опасных явлений большие мощности выключения требуют введения особых приспособлений (смотрите Масляные выключатели).

Лит.: Поярков Μ. Ф., Централью электрич. станции, М.—Л., 1927; У г р и м о в Б. И., Техника высоких напряжений, вып. 4, М.—Л., 1926; Сушкин Н.И. и Г л а з у н о в А. А., Центральн. электрич. станции, М.—Л., 1927; Лютер Р. А., Электрич. силовые установки, Л., 1926; Tarboux J. О., Electric Power Equipment, Ν. Y. 1927; Morrow L. W.W., Electric Power Stations, Ν. Y., 1927; We cimo r e E. B. a. Trencham H., Switcbgear for

Electric Power Control, L., 1924; Biermanns J., Die tjberstreme in Hochspannungsanlagen, B., 1926 ; RtidenbergR., Kuraschlussstrome beim Betrieb y. Grosskraftwerken, Berlin, 1925; Roth A., Hochspan-nungstechnik, B., 1927; Pagnon P. et Barbi 1-lion L., Interrnpteuvs et disjoncteurs dans l’huile, Paris, 1927; «ETZ», 1927; «General Electric Review», Schenectady, 1926; «RGE», 1926. M. Поярков.