Люди привыкли видеть искру в выключателе — иногда в тёмной комнате она просвечивает сквозь корпус или видна через щель — да при вставке вилки блока питания или зарядного устройства в розетку. Это электрическая дуга, хоть и совсем крохотная, и гаснет она быстро. А вот дугогашение в промышленных электроаппаратах — проблема серьёзная.
Иногда настолько серьёзная, что бóльшая часть размеров аппарата — именно дугогасительное устройство. Вот воздушные выключатели ВВБК-500:
500 — рабочее напряжение в киловольтах (да-да, полмиллиона вольт), а буква К означает, что выключатель работает на сжатом воздухе с давлением 4 МПа или 40 атмосфер. Именно столько нужно, чтобы сдуть с контактов и погасить дугу — по сути молнию, плазменный шнур. Горизонтальные «рога» — дугогасительные камеры, наклонные — делительные конденсаторы, они поровну делят напряжение между камерами выключателя.
На наших электровозах и электропоездах переменного тока напряжением 25 кВ выпуска до 2010-х годов стоит похожий выключатель — с воздушным дутьём, но в миниатюре — ВОВ-25М. Он подробно описан в статье «ТЭД-25»:
А увидеть и услышать его «бабах» можно на видео «Тяни-толкай. Часть II» с 5:20.
На чешских электровозах стоят похожие выключатели, но свои — впрочем, дугогасительная камера при неисправности взрывается точно так же:
На локомотивах с меньшим рабочим напряжением — электровозах на 3 кВ и тем более тепловозах с их примерно 1 кВ — проблем с дугогашением поменьше, там уже практически не встречаются аппараты с активным дутьём сжатым воздухом. Нередко применяется магнитное дутьё — стоит либо катушка, либо постоянный магнит, и дугу — тот же проводник — выдувает по правилу левой руки.
Может использоваться конвекция — выключатель «лежит», контакты расположены так, чтобы дуга под действием собственной температуры слетала с них вверх. Это, как правило, выключатели на не особо высокое напряжение, до 10 кВ включительно, в которых не используется воздушное дутьё высокого давления. На них почти всегда стоит дугогасительная камера — коробка из негорючего изолятора вроде асбоцемента, она расщепляет и охлаждает дугу.
Вот быстродействующий выключатель (БВ) электровоза постоянного тока напряжением 3 кВ:
Здесь виден серьёзный подход к дугогашению: организовано и магнитное дутьё (катушка с магнитопроводом — полюсами), и воздушное (снизу подведён воздух от вентилятора охлаждения двигателей), и созданы условия для выноса за счёт конвекции, и установлена огромная дугогасительная камера.
А бывают выключатели, где ни воздушного дутья высокого давления, ни огромной камеры. Взглянем на поселковую подстанцию 35/10 киловольт:
Главные компоненты любого распределительного устройства (РУ) — как раз выключатели. И здесь установлен масляный типа ВМ-35:
Перед выключателем и после него стоят разъединители, но у них, как видим, голые контактные ножи, разорвать дугу они не смогут и предназначены для бестóкового отключения — чтобы снять с выключателя напряжение для его обслуживания.
А у масляного выключателя контакты находятся в масле, дуга гаснет за счёт масляного дутья при разложении масла в газ. Правда, межремонтный ресурс таких выключателей невелик — несколько сотен отключений.
Есть и куда более изящные аппараты — элегáзовые выключатели, вот на 220 кВ:
Нижний изолятор, потоньше — опорный, верхний — камера. Она заполнена элегазом (гексафторидом серы, SF₆) под давлением, который, очень грубо говоря, по диэлектрическим свойствам близок к маслу, однако почти не разлагается под действием дуги и частично восстанавливается сам. У элегаза лишь один минус: в сильные морозы он сжижается, поэтому элегазовым аппаратам нужен подогрев.
Можно решить проблему ещё радикальнее. Дуга — это ведь ионизированный газ, состоящий отчасти из испарившегося материала контактов, но в основном из окружающего газа (или продуктов разложения масла). Чтобы значительно уменьшить дугу — надо убрать окружающий газ, то есть поместить контакты в вакуум. Это сделано в вакуумных выключателях, вот такой на электровозе ДС3 (ДС-три, ~25 кВ):
Вертикальный изолятор — опорный, горизонтальный — сам выключатель. На отечественные электровозы тоже ставится вакуумный ГВ — типа ВБО-25.
Однако и без старых добрых аппаратов с гашением дуги в атмосфере пока никуда. Взглянем на низковольтные контакторы тепловоза 2М62. Многие, кто живёт у западных границ России, а также в Белоруссии, видел эти симпатичные маленькие тепловозы — правда, они маленькие не только снаружи, ещё и внутри тесные жутко:
Перед нами три контактора, коммутирующие цепи напряжением 75 вольт: КМН (контактор масляного насоса), КВ (контактор возбуждения главного генератора) и КТН (контактор топливного насоса). КМН и КВ — однополюсные (с одной контактной группой), КТН — двухполюсный, с КМН и КВ на фото дугогасительные камеры сняты, на КТН обе стоят.
КМН включается на минуту перед запуском дизеля, чтобы заполнить подшипники дизеля маслом, а потом уже дизель мажется как автомобильный двигатель — встроенным насосом с приводом от коленвала. КВ включается каждый раз, когда машинист включает тягу — ставит контроллер на первую позицию, то есть «втыкает передачу». И отключается (рвёт дугу!) при сбросе контроллера на ноль. Иногда это — несколько раз в минуту.
И это сразу видно по состоянию контактов — у КМН подвижный контакт (указан зелёной стрелкой) как новый, неподвижные контакты, которые за ним, сияют медью, дугогасительные катушки (белые, за контактами) и всё остальное тоже чистое. А у КВ всё покрыто копотью, разлетевшимся металлом контактов. Потому что он отключается в сотни раз чаще КМН и КТН.
Одна из задач слесаря-аппаратчика при техобслуживании ТО-3, что тепловоз проходит примерно раз в месяц — зачистить обгоревшие контакты, так вот с КМН и КТН даже камеры можно снимать лишь для осмотра, а КВ надо драить как палубу.
А теперь взглянем на главных игроков — поездные контакторы или просто П, они подключают к главному генератору тяговые двигатели. Не отказал себе в удовольствии снять аппаратную камеру в лучах заглянувшего солнца:
Поездные, четыре из шести притаились в углу, на крайнем (показан стрелкой) дугогасительная камера стоит, на ней лежит мой напильник с наждачной бумагой, с остальных камеры сняты. Взглянем на контакты, а там — эстетика догорающей дуги:
«Хоккейная шайба» на заднем плане — дугогасительная катушка.
На обратной стороне подвижного контакта — дорожки выдутой в дугогасительную камеру дуги, расщеплённой на несколько шнуров деионной решёткой камеры. И это при том, что поездные не отключают полный ток двигателей — при сбросе контроллера сперва выключается КВ, напряжение генератора и с ним ток двигателей падают, через пару секунд выключаются поездные.
У контактных площадок контактов — своя эстетика, эдакая пористая вулканическая порода вроде туфа:
Здесь дуга разгорается при размыкании, а в следующие миллисекунды взлетает вверх, на рога, и там уже гаснет.
К чему я толкую? На днях на канале «СамЭлектрик.ру» вышла серия статей об УЗО (ВДТ), в четвёртой статье имеется интересная фраза:
Вот она:
"Поэтому лучшее решение с точки зрения безопасности и функциональности – на каждую групповую цепь (например, группу розеток) ставить связку «электромеханическое УЗО + автоматический выключатель»." Правда, там свой контекст, это нужно читать статью, а у меня свои причины ставить де дифавтомат, а именно пару «ВДТ (УЗО) и автомат». Что это вообще такое?
Автоматический выключатель или АВ, он же в народе автомат, защищает провода от перегрузки, от перегрева. ВДТ, он же выключатель дифференциального тока или в народе УЗО, защищает людей и животных от поражения током. Как — я рассказал в статье «ТЭД-18»:
АВДТ, он же в народе дифавтомат — объединённые в одном корпусе АВ и ВДТ. Вроде хорошо — два в одном, и места занимает меньше, и стоит дешевле, нежели раздельные АВ и ВДТ. Но!
Автомат, как правило, если выбивает — то при коротком замыкании (КЗ), это ток в десятки, а то и сотни ампер. Да, обычная домовая проводка при коротком замыкании может на мгновение дать сотни ампер, но за секунды оплавится! Поэтому автомат и выбивает сразу — срабатывает быстрый электромагнитный расцепитель, защищая дом от пожара.
Реже автомат выбивает от перегрузки — например, если вы повесили на одну линию три обогревателя. Это срабатывает медленный тепловой расцепитель. Как работает «теплушка» — рассказано в статье «ТЭД-27», часть 2:
Короче говоря, автомат отключает сверхток — ток выше номинала, больше того, что указан у него на «портрете». Если на автомате написано С16 — то тепловой расцепитель начнёт стрелять при токе 23 ... 25 А, электромагнитный — 80 ... 160 А. А это — гашение дуги. Что такое разорвать сотни ампер для автомата, помещающегося в ладони? От такого тока подгорают даже контакты могучих поездных контакторов.
После пары-тройки сработок по КЗ автомат по-хорошему нужно менять — контакты обгорели, корпус изнутри металлизировался (покрылся разлетевшимся металлом). В лучшем случае автомат не будет держать номинальный ток («теплушка» будет срабатывать от самонагрева автомата), будет отжигаться подключённый к автомату провод. В худшем — автомат не сможет выключить ток КЗ: либо контакты сварятся, либо дуга перекинется на металлизированные изолирующие части и будет гаснуть очень долго. При КЗ каждая секунда дорога.
ВДТ же отключается, когда жалкие миллиамперы идут «налево» — в землю в обход нулевого провода. Ток потребления в цепи нормальный, меньше номинала аппарата. Отключение вызывает определённый подгар контактов, но и близко не такой, как при отключении КЗ. Если ВДТ отключился при почти не нагруженной сети (например, ночью вас залили соседи, у меня такое было несколько месяцев назад) — то ток при отключении вообще будет копеечным.
А теперь представьте, что в щитке стоит АВДТ. Он отключается и при уходе «налево», и при КЗ. А стоит-то он нехороших денег, в 4 ... 6 раз больше АВ! Эксплуатируя контакты АВДТ на отключение тока короткого замыкания, мы нерационально расходуем ресурс дорогостоящего аппарата. Поэтому щиток у меня в квартире выглядит вот так:
Половина квартиры защищена одной парой АВ и ВДТ, половина — другой. В роли ВДТ первой линии стоит дифавтомат, но намного большего номинала, нежели включённый последовательно с ним АВ, поэтому неважно, С10 сработает раньше С32. Что было — то поставил... А 6-амперный автомат — на холодильник, без ВДТ.
Случится пара сработок автомата — выну из кармана двести рублей, поменяю и всё. Конечно, замкнутые в момент КЗ контакты ВДТ тоже как-то пострадают от тока КЗ — но на порядок меньше, чем погасившие дугу контакты АВ. Замена не потребуется.
То же самое практикую на работе. Вот этот щиток дорабатывал установкой ВДТ без снятия напряжения, поэтому и выглядит маленько неряшливо:
Первый автомат — пара ДРЛок, второй — розетки, а питаются от этих розеток опасные и красивые экспонаты — двигатели на металлических рамах, защитить ВДТ их надо было обязательно:
Это газоперекачивающий НК-12СТ, он показан в этой статье:
А вот «двигатель президента» ПС-90:
История соловьёвского семейства Д-20П — Д-30 — Д-30КУ — ПС-90 кратко расписана в 14-х «Тушкиных...»:
На сегодня всё. Надеюсь, изложил понятно. Оставайтесь со мной и с СамЭлектриком — мы всегда пишем о том, что проверили на себе, либо о том, что проверили люди, которым мы доверяем. И лучший способ остаться с нами — подписаться. А в Телеграме мной открыт канал, объединяющий нескольких авторов по теме транспорта — https://t.me/vsechtodviz: