Влияние параметров переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН) на отключающую способность выключателя

Обновлено: 18.05.2024

Переходным восстанавливающимся напряжением (ПВН) называется напряжение, появляющееся на полюсе выключателя после погасания в нем дуги. Различают понятия: действительное ПВН и ПВН системы. Действительное ПВН - это напряжение, измеренное на полюсе выключателя и оно зависит от схемы и параметров системы, а также от конструкции и свойств выключателя. ПВН системы является характеристикой системы и влияние конструкции и свойств выключателя на процесс отключения исключается.

Рассмотрим процесс отключения однофазной цепи при К.З. «идеальным» выключателем (сопротивление дуги равно нулю, а сопротивление промежутка между контактами равнопосле погасания дуги). Пусть известныcиg .После окончания переходного процесса на контактах выключателя восстанавливается напряжение, практически равное напряжению источника питания. Тогда для схемы на рис. 8.1:

U_m = const

Для свободных составляющих токов и напряжений при переходном процессе справедливы уравнения:

Рис. 8.1. Схема замещения.

Подставим (2) в (1), найдем:

U_c = U_{c пр} + U_{c св}

 U_{c пр} = U

Характеристическое уравнение имеет вид:

 - b - угловая частота свободных колебаний.

Рассмотрим различные случаи.

1) Если а bj_св . Решение уравнения для свободного процесса имеет вид U_{c св} = Ае - bt sin(_свt+), гдеА и - постоянные интегрирования, определяемые из начальных условий. Таким образом переходный процесс имеет колебательный характер с затухающей по экспоненте амплитудой.

2) Если а>1, то корни уравнения действительные и разные, при этом U_{c св} = А₁е - p t + А₂е - p t - благоприятно для гашения дуги.Переходный процесс имеет апериодический характер.

3) Если а=1, то корни уравнения действительные и равные =p.При этом U_{c св} = Ае - pt ( аналогично а>1). Здесь имеет место граничный случай апериодического процесса.

Для повышения коэффициентааиспользуют шунтирующие сопротивления на контактах выключателя. На рис. 8.3 показана схема включенияR_ш, где 1 - главные контакты, 2 - дугогасительные контакты.

Рис. 8.3. Схема замещения.

Отключение происходит в 2 этапа. Первый этап это размыкание главных контактов. При размыкании главных контактовg_ = g+ 1/R_ш. Отсюда следует, что чем меньшеR_ш, тем большеg_ . При определенномg_ можно добиться а1 - апериодический процесс затуханияU_{c св}. Второй этап это размыкание дугогасительных контактов. При размыкании дугогасительных контактов между ними зажигается дуга. Дуга оказывается последовательно включенной сR_ш.

8.2. Нормирование пвн.

Рис. 8.4. Нормированная характеристика ПВН для выключателей до 35 кВ включительно в незаземленных сетях.

Рис. 8.5. Нормированная характеристика ПВН для выключателей 110 кВ и выше в эффективно-заземленных сетях.

Нормированные характеристики ПВН определяют требования к выключателям. Они необходимы как заводам-изготовителям, так и инженерам проектных организаций. Эти характеристики были получены статистически. Номинальные характеристики ПВН представлены в виде таблиц и графиков отдельно для эффективно-заземленных сетей и сетей незаземленных или заземленных через дугогасящие реакторы, поскольку переходный процесс в указанных сетях протекает не одинаково (Васильев А.А. Табл. 10.1 и Табл. 10.2). Нормированная характеристика для сетей до 35 кВ представляет собой ломанную линию (рис. 8.4). Максимальное значение ПВНU_c установлено равным U_c = К_а  К_пф  U_{нб. раб.}, гдеU_{нб. раб}- наибольшее рабочее напряжение;К_а- коэффициент амплитуды (=1,5);К_пф- коэффициент первогасящей фазы (1,41,5). КоординатыU_c1 =U_c1 / 3 иt₁= 0,15t₃определяют линию запаздывания.

Для эффективно-заземленных сетей с номинальным напряжением 110 кВ и выше номинальная характеристика представлена на рис. 8.5. Первое условное напряжение U’_c1 =К_пф  U_{нб. раб.}, гдеК_пф- коэффициент первогасящей фазы равен 1,3, что соответствует трехфазному КЗ на землю в эффективно-заземленной сети. Максимальное значение ПВНU_c установлено равным U_c = К_а  К_пф  U_{нб. раб.}, гдеК_аравен1,42,5;К_пфравен 1,41,5. Координатыt₂ и t₃ зависят от номинальных напряжений и тока отключения выключателя, а координаты линии запаздыванияU_c1 =U_c1 / 2 иt₁= 0,5t₃.

В обоих случаях расчетная кривая ПВН системы должна пересекать линию запаздывания один раз и не должна выходить за пределы нормированной характеристики определяемой координатами U_cиt₃(35 кВ),U’_c1,U_c,t₂ и t₃(110 кВ). Если расчетная кривая пересекает нормированную характеристику, то выключатель не соответствует нормированию ПВН.

При отключении коротких замыканий между контактами выключателя возникает переходное восстанавливающееся напряжение (ПВН), способное инициировать повторное загорание электрической дуги. Для современных выключателей, в том числе элегазовых и вакуумных, предельно допустимые значения скорости нарастания и пикового значения ПВН приведены в ГОСТ Р 52565—2006. Более ранние стандарты содержали требования только к воздушным и масляным выключателям. Пренебрежение учетом ПВН при выборе выключателей для современных электроустановок приводит к авариям с тяжелыми последствиями. Проведено расчетно-теоретическое сопоставление нормативных документов, распространяющихся на выключатели 110 кВ и выше, даны рекомендации по расчету параметров ПВН, на которые можно ориентироваться при проверке отключающей способности высоковольтных выключателей. Рассмотрены и сопоставлены методы расчета параметров ПВН с экспоненциальной, одночастотной и пилообразной формами кривой. Приведены примеры расчетов переходных процессов с разными формами кривой ПВН. Применительно к элегазовым и вакуумным выключателям отмечена необходимость расчета ПВН с пилообразной формой кривой. Для уточнения расчетных условий, при которых могут возникать максимальные скорости нарастания и пиковые значения ПВН, рекомендовано продолжить исследования. Следует определить критическую удаленность короткого замыкания со стороны линии, обусловленную комплексным действием на ПВН параметров линий и значений токов короткого замыкания.

значением электрической прочности в течение 10-15 мкс (рис. 5, а, кривая 1).

Этот начальный участок обусловливает повышенную чувствительность

воздушных выключателей к высоким скоростям ПВН (рис. 5, а, кривая 2) и их

подверженность к низковольтным повторным зажиганиям - тепловой пробой.

Масляные выключатели характеризуются меньшим влиянием СВН на

предельную отключающую способность, так как гашение в них происходит за

счет энергии, выделяемой самой дугой (рис. 5, б, кривая 3). Критические

условия в них могут возникнуть при больших амплитудах ПВН (рис. 5, б,

кривая 4) - электрический пробой.

Рис. 5. Сравнение кривых изменения электрической

прочности межконтактного промежутка и изменения ПВН

Обязательное обеспечение АПВ всеми типами выключателей существенно

увеличивают зависимость работы всех выключателей от характера

изменения ПВН, когда при последнем цикле АПВ работа дугогасительных

устройств существенно ухудшается из-за недостаточной интенсивности

деионизации межконтактного промежутка.

В вакуумных выключателях дуга горит в парах металла, выделяющихся

электродами при размыкании контактов, то есть дуга сама воспроизводит

среду, в которой горит. При подходе переменного тока к нулевому значению

снижается плотность паров металла, выделяемых с поверхностей нагретых

контактов. Интенсивность ионизации в зоне плазмы дуги резко снижается, что

Читайте также:

  
• IGBT транзисторы: принцип работы, разновидности полупроводников, основные параметры силовых компонентов
  
• Как подключить светодиодную лампу на 220 вольт в ванной комнате, так, чтобы она не моргала при выключении?
  
• Заправка холодильника фреоном: пошаговое руководство по заправке своими руками в домашних условиях