Вакуумные переключатели тока

Использование вакуумной дуги для производства сильноточных выключателей тока началось в 1950х годах. С тех пор развитие конструкции и используемых материалов позволили существенно повысить значения рабочих токов и напряжений а так же надежность и долговечность устройств. В настоящее время вакуумные выключатели используются в средних диапазонах токов (до 70кА) и напряжений(несколько десятков кВ)

Основными преимуществами вакуумно-дуговых выключателей тока являются:

1. Компактность
2. Долговечность
3. Отсутствие необходимости в обслуживании
4. Экологичность

Принцип действия вакуумных выключателей

Схема замещения и типичная осциллограмма работы выключателя представлены рис.7.3 . Типичный вакуумный выключатель работает в сетях переменного тока частотой 50 Гц. При размыкании контактов выключателя между ними зажигается дуговой разряд. В течение одного полупериода тока контакты расходятся. При пересечении током нулевого значения катодные пятна перестают функционировать и плазма покидает разрядный промежуток создавая прочную вакуумную изоляцию.

Рис. 7.4 Принципиальная схема и осциллограмма работы вакуумного выключателя тока

Более детально процесс около нуля тока представлен на рис 7.5.

Рис. 7.5 Поведение плазмы дуги в процессе пересечения током нулевой отметки

При нормальном функционировании дуги наибольшая концентрация плазмы наблюдается на катоде в катодных пятнах. При достижении нуля тока катодные пятна перестают функционировать и плазма свободно разлетается по направлению к аноду и в стороны. При инверсии напряжения остаточная плазма эмитирует электроны в направлении бывшего катода (сейчас анода ) и ионы в направлении бывшего анода (сейчас катода) Но концентрации плазмы на новом катоде оказывается недостаточно для образования новых катодных пятен.

Типы вакуумных выключателей

Существуют два вида вакуумных выключателей. Основные отличия между ними заключаются в типе создаваемого проходящим током собственного магнитного поля. Различают TMF (transverse magnetic fields\ поперечное магнитное поле) AMF (axial magnetic field\ продольное магнитное поле) выключатели Конструкции этих двух типов выключателей представлены на рис. 7.6

Рис. 7.6 Типичные схемы TMF(слева) AMF(справа) контактов

В TMF контактах создается поперечное магнитное поле в котором дуговой столб перемещается под действием силы Лоренца. Дуга перепрыгивает с лепестка на лепесток

Рис.7.7 Дуговой столб в случае TMF(слева) AMF (справа)

Таким образом минимизируется процесс разрушения контактов.

В AMF контактах перед лицевой поверхностью располагают катушку , создающую продольное магнитное поле. В таком поле электроны становятся мене подвижными и разрядный столб приобретает распределенный диффузионный характер. В данном случае дуговой столб остается стационарным. Детальные фотографии с различными светофильтрами показывают, что на катоде под диффузным столбом все равно существуют катодные пятна.

Характер дугового столба для случаев TMF AMF показан на рис.7.7