ВРЕМЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ ОТКЛЮЧЕНИЯ. КРИТИЧЕСКИЕ ТОКИ

Согласно ГОСТ Р 52565-06 время дуги отключения t_д — интервал времени между моментом возникновения дуги между контактами ДУ и моментом окончательного погасания ее во всех полюсах (разрывах) ДУ. Когда на привод ВВ поступает команда на отключение, то привод одновременно во всех полюсах (разрывах полюсов) размыкает главные контакты и далее дугогасительные контакты. Время горения дуги на дугогасительных контактах зависит как от типа и номинальных параметров ВВ, так и вида короткого замыкания (однофазное, трехфазное и т. д.), параметров энергосистемы. Поэтому ВВ должен обеспечить как минимальное время дуги отключения t_{д, мин} (мс), так и максимальное время дуги отключения t_{д, макс} :

для ВВ с U_ном £ 35 кВ t_{д, макс}³ t_{д, мин} + 7,3 мс;

для ВВ с U_ном ³ 110 кВ t_{д, макс}³ t_{д, мин} + 9 мс.

Требования к ДУ иметь «окна отключения» существенно усложняют конструкции ДУ, так как воздействие дугогасящей среды на дугу отключения в ДУ ограничено по времени. Следует отметить, что в паспортных данных для ВВ указывается среднее время дуги отключения, которое для современных элегазовых ВВ и вакуумных ВВ составляет обычно 15 мс, для воздушных ВВ 20 мс, для маломасляных ВВ 30-40 мс.

Критические токи в выключателях. Согласно ГОСТ Р 52565-06, критический ток I_к — ток менее номинального тока отключения (например, I_к = 0,2; I_{о. ном}; I_к = 0,05 I_{о. ном}), при котором время горения дуги t_д значительно возрастает (более 10 мс). Критические токи обычно имеются в автогенерирующих ДУ, когда образование необходимого массового расхода дугогасящей среды для гашения дуги отключения связано с величиной тока отключения (в масляных, маломасляных, элегазовых ДУ). Так как гашение дуги отключения при критических токах происходит в малоподвижной газовой среде, то эрозия дугогасительных контактов возрастает.

1.8. ОТКЛЮЧЕНИЕ МАЛЫХ ЕМКОСТНЫХ
И ИНДУКТИВНЫХ ТОКОВ

Отключение малых емкостных токов (ненагруженных воздушных линий) может привести к значительным перенапряжениям [2]. Процесс отключения ненагруженной линии при наличии повторных пробоев показан на рис. 1.11, где С_л — емкость линии; U_ии L_и — напряжение источника и его индуктивность; С_п — емкость элементов сети; i_с— емкостный ток линии; и₁ – напряжение сети; u₂ – напряжение на линии; — наибольшее напряжение при первом повторном пробое; — наибольшее напряжение при втором повторном пробое; t₀ - первый переход тока через нуль, t_п — второй переход тока через нуль (между контактами выключателя восстанавливается напряжение , которое примерно через 10 мс в момент t_п после отключения достигает своего максимального значения.

При протекании емкостного тока i_c через индуктивность L_и возникает падение напряжения u_L, которое находится в противофазе к напряжению u₂ на емкости С_л. При отключении i_c на левом выводе ДУ ВВ происходит скачек напряжения, равный амплитуде u_L = u_Lm.

Рис. 1.11. Процесс отключения ненагруженной линии

После размыкания дугогасительных контактов в ДУ дуга емкостного тока гасится обычно при первом переходе тока через нуль. В момент гашения дуги напряжение имеет амплитудное значение. До такого напряжения и остается заряженной емкость С_л (рис. 1.11, б), после того как она оказалась отделенной от питающей сети. В последней напряжение продолжает изменяться по синусоидальному закону и через половину периода достигает амплитудного значения, но с обратным знаком. В этот момент напряжение между дугогасительными расходящимися контактами достигает удвоенной амплитуды напряжения сети. Если напряжение, восстанавливающееся между этими контактами, превысит электрическую прочность межконтактного промежутка, то может произойти повторное зажигание дуги, и емкость линии будет перезаряжаться в колебательном процессе с последующим увеличением кратности перенапряжений.

При данном виде испытаний, в частности, для выключателя 220 кВ с наибольшим рабочим напряжением U_{н. р} = 252 кВ, амплитуда напряжения должна быть 2U_{н. р} [ ], где = 1,4, нормированный ток 125 А, который увеличивается с ростом номинального напряжения и составляет, например, для ВВ с U_ном = 500 кВ значение 500 А.

Отключение малых индуктивных токов.В процессе отключения малых индуктивных токов в межконтактном промежутке возникает дуга. Так как токи равны 10-20 А, то, в частности, мощное газовое дутье в воздушном выключателе разрывает ток до естественного перехода тока через нуль (срез тока). В вакуумных выключателях, вследствие высокой скорости нарастания электрической прочности межконтактного промежутка и физических особенностей образования дуги в вакууме, дуга также может погаснуть до естественного перехода тока через нуль (срез тока). В результате среза тока энергия, запасенная в индуктивной нагрузке (где L — индуктивность нагрузки (трансформатор, двигатель, реактор); i₀ — ток в индуктивности (в момент среза тока), переходит в емкость нагрузки C, и возникают значительные перенапряжения, которые могут привести к пробою изоляции электрооборудования (рис. 1.12). Для схемы замещения (см. рис. 1.12, а) в момент t₀ произошел срез тока, при этом мгновенное значение напряжения на емкости равнялось U₀. В отключаемой части цепи в момент обрыва тока была накоплена энергия в магнитном поле индуктивности L нагрузки и энергия в емкости С. Под воздействием этой энергии в отключаемой части цепи возникают колебания напряжения (см. рис. 1.12, б).

Рис. 1.12. Схема замещения (а) и перенапряжения в процессе «среза» (б) малого индуктивного тока вакуумным выключателем

Максимальное напряжение на оборудовании в первом приближении может быть определено так:

.

Высокочастотные колебания напряжения со стороны источника определяются как , а со стороны нагрузки — [3]. Напряжение, восстанавливающееся на контактах выключателя, равно (см. рис. 1.12, б, заштрихованная область).

Наиболее совершенная защита изоляции электрооборудования от опасных перенапряжений обеспечивается нелинейными ограничителями перенапряжений (ОПН).

Принято считать, например для вакуумных выключателей, что если фирма-производитель гарантирует ток среза не выше 3 А, то можно не использовать ОПН. Однако в эксплуатации ток среза зависит от многих факторов: волнового сопротивления нагрузки z_н в момент среза тока, режимов коммутации, эрозии контактов и т. д.

Существенно влияет на ток среза и суммарная приведенная емкость, шунтирующая межконтактный промежуток, с ростом которой ток среза увеличивается. Согласно экспериментам, ток среза зависит от величины суммарной емкости , шунтирующей выключатель (рис. 1.12, а): i₀ = mC_c^a, где m, a — эмпирические коэффициенты.

Поэтому проблема среза тока (использования ОПН или других схем защиты от перенапряжений) в ВВ требует дополнительного изучения и согласования между эксплуатационной организацией с фирмой-производителем.

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА ОТКЛЮЧЕНИЯ
В ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ