Файл: Мирошниченко Р.И. Обратные зажигания в ртутных выпрямителях и борьба с ними.pdf

tic

Рис. 11. Изменение температуры анодной головки при изменении нагрузки по графику тяговой подстанции (/ = 300 а < /н)

Температура анодной головки зависит также от тем­ пературы корпуса выпрямителя и температуры окружающей среды. На рис. 12 представлена экспериментально полу­ ченная зависимость температуры анодной головки ta от температуры корпуса tK для выпрямителей РМНВ 500 х 6. Кривая показывает наличие обратной зависимости, т. е. чем выше температура корпуса, тем ниже температура анодной головки при неизменной нагрузке на выпрями­ тель. Повышение температуры анодной головки при низких температурах корпуса объясняется увеличением при этих условиях анодного падения напряжения, а следовательно, и потерь энергии.

h ' C

Рис. 12. Зависимость температуры 'анодной головки ta от температуры корпуса iK для выпрямителя РМНВ 500 X 6 при нагрузке 600 а на 6 вентилей

Материал анода и состояние его поверхности. Наблю­ дения в лабораторных и производственных условиях за причинами, вызывающими обратные зажигания, показы­ вают, что наличие в аноде малейших примесей щелочно­ земельных металлов или других веществ, обладающих малой работой выхода электронов, резко повышает веро­ ятность обратных зажиганий. Это иллюстрируют кривые на рис. 7, на которых дана частота обратных зажиганий для различных марок графита в зависимости от темпера­ туры анода. Испытания, проводившиеся на подстанции Щербинка Московской ж. д., подтвердили, что качество графита, применяемого для РМНВ, также было различным, а вследствие этого изменялась и частота о. з. испытывае­ мых выпрямителей.

Однако снижение частоты о. з. требует не только соот­ ветствующего выбора материала анода, но и создания усло-

вий, при которых поверхность анода была бы свободна от каких-либо загрязнений. Касание при переборке анодов руками, покрытие в процессе эксплуатации поверхности анода пленками окислов (цвета побежалости), пленками от конденсации органических паров (желтый налет — остат­ ки плохого бензина, пары от резиновых уплотнений) и ко­ потью приводит к резкому возрастанию числа о. з. Обрат­ ные зажигания, обусловленные образованием таких пле­ нок на аноде, объясняются тем, что ионы, оседая на них, создают высокий положительный потенциал, вследствие чего пробивается изоляционный слой; появляется искорка, которая зажигает дугу о. з.

Для уменьшения числа о. з. стойкие пленки рекомен­ дуется при переборке соскабливать.

При низких давлениях исключительно большое зна­ чение имеет состояние поверхности анода. Шероховатость поверхности, наличие микроскопических острий, углов — все это вызывает местные перегревы, искажения поля и по­ вышение электронной эмиссии. Таким же образом влияет на­

переборке производить тщательную механическую об­ работку поверхности, сглаживая исешероховатости. Кроме того, для устранения этих дефектов весьма полезно после формовки проводить кенотронную тренировку, которая представляет собой обработку поверхности анодной го­ ловки бомбардировкой ионами тлеющего или несамостоя­ тельного разряда.

3. ОЕРАТНОЗАЖИ ТАЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Рассмотренные выше факторы характеризуют причины, вследствие которых на .аноде возможно появление катод­ ного пятна. У выпрямителей определенной конструкции

анодом и катодом будет напряжение, достаточнее для того, чтобы между ними произошел пробой. Как известно, ти­ пичным в кривых пробивных напряжений U = / (р0а) (кривая Пашена), характеризующих возникновение само­ стоятельного разряда, является наличие в них минимума,

18

разделяющего кривую на две ветви: левую, определяющую возникновение разряда при малых расстояниях между электродами а и малых давлениях р0, и правую —характе­ ризующую возникновение разряда при больших давлениях и больших расстояниях между электродами. На рис. 13 показана левая ветвь кривой Пашена, экспериментально полученная Гусевой Л. Г. [9] для паров ртути. Приведен­

ная

уменьшением давления пара.

Как развивается разряд при нормальном и пониженном напряжении, наглядно показывает рис. 14, где представ­ лены экспериментальные результаты, полученные Клем­ перером и Маршаллом [1] в образце вентиля, анод кото­ рого выполнен из графита, а катод —ртутный. Крестиками на рис. 14 отмечены случаи возникновения непосредственно дугового разряда, кружочками — случаи возникновения тлеющего разряда, а кружочками с расположенными ря­ дом крестиками — случаи возникновения тлеющего раз­ ряда с переходом в дуговой. Общая кривая приближается к приведенной на рис. 13 кривой пробивного напряжения (кроме нижней резко спадающей ступеньки).

Учитывая это обстоятельство, в начале развития выпрямителестроения считали, что обратнозажигающее воз­ действие, характеризующее условия, при которых наиболее

3* 19

обратный ток имеет наибольшее значение, а обратное напряжение изменяется скачком. Этим была установлена связь обратнозажигающего воздействия с процессом ком­ мутации.

Последние исследования подтвердили, что обратнозажигающее’ воздействие В 0при определенной температу­ ре корпуса выпрямителя определяется произведением

idi а в 0 = и СК . dt

Величина В0Для вентилей определенного типа в зна­ чительной степени зависит от схемы их соединения.

Рис. 15. Схемы ртутновыпрямительных агрегатов, выпускаемых различными фирмами:

а —каскадная схема (фирма Броун-Бовери, мощность 4 950 кет)-, б —двой­ ная мостовая схема (фирма Жемон, мощность 8 000 кет)

На тяговых подстанциях электрифицированных желез­ ных дорог, работающих при напряжении 3,3 кв, применя­ ются различные схемы включения выпрямительных агре­ гатов. За рубежом широко применяются схемы включения: каскадная, мостовая и с разделяющей катушкой (рис. 15). На тяговых подстанциях Советского Союза до последнего времени применялась схема включения выпрямительных агрегатов звезда — две обратные звезды с разделяющей

20

катушкой (схема 1, рис. 2). В последние годы начали приме-. нять схемы — мостовую (схема 2, рис. 16) и с разделяющей катушкой и последовательно включенными в каждую из фаз двумя вентилями (схема 3, рис. 17).

Сравнение этих трех схем по вероятности появления в них о. з., т-. е. по обратиозажигающему воздействию, показывает следующее. При одинаковом выпрямленном токе и ек трансформаторов угол коммутации у в схемах 1 и 2 одинаков, так как в схеме 2 коммутирующий ток в два раза больше, а коммутирующее напряжение в два раза и реактивное сопротивление на вторичной стороне в четыре раза меньше, чем соответствующие величины в схеме 1.

Поэтому в схеме 2 скачок о. з. в два раза меньше, а скорость изменения анодного тока в момент погасания вентиля в два раза больше,' чем в схеме 1. Следовательно, ориенти­ ровочно можно считать, что В0 для обеих схем одинаково.

21

При испытаний последней схемы осциллографирова* нием установлено, что обратное напряжение между по­ следовательно включенными вентилями распределяется не­ равномерно. Вследствие шунтирования вентилей катодной группы сопротивлением столба охлаждающей воды на­ пряжение, приходящееся на эти вентили, составляет только 13% полного обратного напряжения, что создает для анодной группы по обратнозажигающему воздействию условия, мало отличающиеся от условий работы вентилей по обычной схеме 1, особенно если учесть, что токи, допу­ скаемые на выпрямители, включенные по этой схеме, в не­ сколько раз больше токов, допускаемых на выпрями­ тели, включенные по схеме 1. Как же отражается не­ равномерность распределения напряжения на вероят­ ности о. з.?

Исследование вероятности о. з. при различном соотно­ шении напряжений, приходящихся на последовательно включенные вентили, показало, что случай неравномерного распределения напряжения между вентилями является неблагоприятным в отношении вероятности о. з. и к нему, следовательно, не нужно стремиться.

Однако, учитывая то, что опыт эксплуатации показал весьма малую частоту о. з. в схеме 3, допустимо оставить неравномерное распределение напряжения между после­ довательно включенными вентилями, так как это позво­ ляет значительно облегчить изоляцию вентилей с разно­ потенциальными катодами от системы откачки.

Основным преимуществом схемы 2 является создание более затрудненных условий для превращения о. з. в ава­ рийный режим для преобразовательного агрегата по срав­ нению со схемой 1. В схеме 1 о. з. приводит к короткому замыканию между фазами трансформатора и шинами по­ стоянного тока; создает условия для подпитки места корот­ кого замыкания со стороны работающих анодов этого и других параллельно включенных агрегатов. В схеме 2 о. з. на одном из анодов приводит лишь к несимметричному короткому замыканию питающего трансформатора и только при о. з. на двух анодах, принадлежащих анодной и ка­ тодной группам, в один и тот же период может привести к короткому замыканию шин постоянного тока.

Отсутствие подпитки «больного» вентиля от параллельно работающих выпрямителей в схеме 2 и очень малая вероят-

22

ноеть появления о. з. в схеме 3 дает возможность зна­ чительно облегчить требования к быстродействующим выключателям и широко применять сетсчную защиту.

Для неуправляемых выпрямителей установлено [8] очень простое соотношение между мощностью выпрямите­ лей Рd и обрайнозажигающим воздействием В0 ■

Во. = 666 РU

Для управляемых выпрямителей эта величина зависит от угла регулирования.

4. АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ДАННЫХ ПО РАБОТЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Учитывая то, что появление отдельных причин, приво­ дящих к обратным зажиганиям, не носит регулярного характера, а также неоднократны случаи, когда о. з. являются следствием совокупности ряда причин, принято оценивать надежность работы выпрямителей по количе­ ству о. з. за определенный период работы выпрямителя, т. е. по частоте о. з.

ВСША принято требовать, чтобы каждый анод в тече­ ние года давал не больше одного о. з., в Европе принята норма — одно о. з. на 18 анодов в год. В СССР норма по обратным зажиганиям пока не установлена.

Надежность работы выпрямителей в значительной сте­ пени определяется их конструкцией. В период до 1948 г. на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог эксплуатировались преимущественно многоанодные выпрямители.

Впроцессе их эксплуатации был отмечен ряд случаер, когда о. з. совпадали с отключением быстродействующих выключателей фидеров, с оперативными переключениями (включение в параллельную работу, отключение с парал­ лельной работы выпрямителя), с толчками нагрузки или колебаниями напряжения, со срабатыванием роговых раз­

рядников.

По данным анализа причин о. з. за годы эксплуатации многоанодных выпрямителей большой процент (около 30%) составляют о. з. по невыясненным причинам. Значительное количество о. з. совпадало с резкими изменениями нагру­ зок: для выпрямителей на 3 300 в имело место 25,2% о. з. при отключении быстродействующих выключателей

23