Коллектив авторов - История электротехники

В этот период были созданы и внедрены первые гибридные ЭА, сочетающие достоинства электромагнитных и полупроводниковых ЭА. Одновременно были существенно улучшены конструкции электромагнитных ЭА за счет использования новых, высокоэффективных электрических материалов. Это позволило улучшить массогабаритные показатели ЭА.

Промышленное освоение мощных тиристоров стало основой для возрождения и расширения работ по созданию высоковольтных линий электропередачи постоянного тока. Для оснащения этих линий потребовались новые виды выключателей, разъединителей, предохранителей и других видов ЭА. Так, например, для защиты тиристорных преобразователей потребовалось разработать специальные быстродействующие ЭА на основе жидких металлов.

С середины 80-х годов начала интенсивно развиваться силовая электроника. На основе достижений электронных технологий были созданы силовые полупроводниковые приборы, отличающиеся полной управляемостью, низким потреблением энергии на управление и высоким быстродействием. Использование нового поколения силовых электронных приборов в сочетании с достижениями в области микроэлектронных технологий позволило создавать принципиально новые виды бесконтактных ЭА, сочетающих функции регулирования, контроля, диагностики и защиты. В этом смысле в 90-х годах стало возможным говорить о новом поколении «интеллектуальных» ЭА.

Выключатели высокого напряжения. Выключатель является одним из основных видов ЭА, обеспечивающих включение и отключение электрических цепей с различными токами, в том числе токами перегрузки и коротких замыканий.

В начале XX в. появились первые выключатели, в которых гашение дуги происходило под воздействием продуктов разложения минерального масла. Поэтому такие выключатели получили название масляных. Конструктивно первые выключатели были выполнены в виде бака с трансформаторным маслом, в котором располагались неподвижные части контактов. Подвижная часть контактов прикреплялась к траверсе, подвешенной на вертикальных бакелитовых трубках. Эти стержни соединялись с конструктивными элементами приводного механизма. В каждой фазе контакт обеспечивался двумя неподвижными контактами и одной траверсой. В результате обеспечивалось два разрыва цепи на каждую фазу и соответственно в процессе коммутации возникало две дуги. Гашение дуги обеспечивалось за счет увеличения ее длины при движении траверсы и воздействия продуктов разложения масла, возникающих под воздействием высокой температуры дуги. Эти продукты в виде газового пузыря создавали дугогасящую среду, и при прохождении тока через нуль происходил процесс деионизации и восстановления электрической прочности между разрывными контактами. Трансформаторное масло служило одновременно изоляцией токоведущих частей от заземленного корпуса бака.

Первые отечественные масляные выключатели были разработаны на напряжение от 6 до 110 кВ. Среди них были как однобаковые выключатели типа МА-5, ВМ-12, так и трехбако-выетипаМВ-18, МВ-24.

Большое значение при создании ЭА имеет теория электрической дуги. Исследования методов гашения электрической дуги для ЭА были проведены в период 1910–1914 гг. М.О. Доливо-Добровольским, и им впервые предложено использовать для этих целей магнитное дутье, обеспечивающее гашение длинной дуги в узких щелях специальных дугогасительных камер.

В начале XX в. были заложены основы теории электрической дуги по результатам исследований, выполненных в 1902 г. англичанкой Тертой Айртон и в 1905 г. русским ученым В.Ф. Миткевичем. Основополагающими для развития теории дуги явились выводы об ее электронной природе, а также установление зависимостей между током дуги, ее длиной и напряжением.

По мере развития ЭА расширялись исследования и в области электрической дуги. Наиболее существенные результаты исследований в этой области были получены в 20-х годах XX в. американскими учеными Комптоном и Слепяном. В развитии теории дуги и разработке методов ее эффективного гашения принимали участие многие ученые, среди которых значительное место принадлежит отечественным специалистам.

Особенно плодотворным был период 30–40-х годов. Так, например, Д.А. Рожанским впервые (1937 г.) разработана математическая модель дуги, учитывающая тепловую инерцию и тепловой баланс в различных режимах ее существования. А.Я. Буйлов впервые исследовал в 1933–1935 гг. процесс деионизации при высоком напряжении и установил зависимость изменения диэлектрической прочности от скорости восстановления напряжения. Г.А. Буткевич в период 1929–1936 гг. установил температуры дуг переменного и постоянного тока. Е.М. Цейров в 1941 г. предложил аналитический метод расчета дуги. В 30-е годы большой вклад в исследование электрической дуги внес М.М. Акодис, которым предложено много оригинальных конструкций дугогасительных устройств. М.А. Бабиковым в 1934–1939 гг. исследованы переходные процессы при изменениях дуги. Всесторонние исследования поведения дуги низкого напряжения в щелевых дугогасительных камерах выполнены О.Б. Броном и его учениками.

В более поздние периоды большой вклад в развитие теории дуги внесли A.M. Залесский, Г.А. Кукеков, И.С. Таев, А.А. Чунихин и многие другие отечественные ученые. Следует также отметить работы Г.Г. Нестерова в области гашения дуги в жидких средах нагруженных аппаратов.

Для уменьшения габаритов и снижения массы масляных выключателей были разработаны конструкции маломасляных выключателей, в которых масло использовалось только как дугогасящая среда (рис. 6.10). Изоляция же между токоведущими частями обеспечивалась твердыми изоляционными материалами — фарфором и бакелитами.

Совершенствование масляных выключателей, повышение их коммутационной способности шло различными путями. Одним из таких путей являлось использование деионной решетки, погруженной в масло, что позволяло более эффективно осуществлять дугогашение при более высоких напряжениях. Другим способом стало применение дугогасительных камер из изоляционного материала. Возникновение дуги повышало давление в этих камерах. Поэтому при выходе подвижного контакта из камеры происходил более интенсивный обдув дуги и ускорялся процесс ее деионизации. В дальнейшем конструкции с дугогасительными камерами были усовершенствованы за счет создания процесса так называемого масляного дутья. Масляные выключатели с дугогасительными камерами продольного масляного дутья были впервые разработаны в 1931 г. в США фирмой «Дженерал электрик» («General Electric»), а с поперечным масляным дутьем — в 1930 г. в Британской научно-исследовательской электротехнической ассоциации.