12-9. ИСПЫТАНИЕ НА КОММУТАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ
Испытание имеет целью определение способности аппарата отключать все требуемые токи в соответствующей цепи положенное число раз без повреждения. Коммутационная способность проверяется только при типовых испытаниях. Она содержит проверку:
критической разрывной способности;
предельной коммутационной способности;
электрической износоустойчивости.
При испытаниях надо выполнять указанные ниже требования.
а) Общие требования
Если аппарат предназначен для работы в сети с определенными параметрами, питаемой вполне определенным источником энергии, то желательно испытание проводить в реальных условиях.
Если аппарат общего применения, то при испытании последовательно с ним должны быть включены активное и индуктивные сопротивления для получения требуемых
постоянной времени и тока. В качестве индуктивного сопротивления рекомендуется применять воздушные реакторы. Параллельное включение разных реакторов и включение активного сопротивление параллельно с индуктивным не допускаются.
При испытании защитных аппаратов на предельную и критическую коммутационную способность коэффициент мощности цепи (если он не оговорен) устанавливается 0,3 — 0,4, что при 50 Гц соответствует постоянной времени 0,01—0,007.3 сек; при постоянном токе постоянная времени принимается обычно равной 0,01 сек. Рекомендуется также делать проверку работы аппарата при постоянной времени, меньшей, чем указанная выше, так как при этом условия могут быть тяжелее. Испытание на электрический износ проводится при номинальном токе в безындуктивной цепи или в цепи с коэффициентом мощности 0,8, а при перегрузках — с указанной выше индуктивностью.
При переменном токе и больших токах короткого замыкания постоянная времени всей цепи определяется по осциллограмме тока (при отсутствии дуги) как постоянная времени спадания апериодической составляющей. Это делается следующим образом: для двух рационально выбранных моментов времени t\ и t2, при которых ток равен амплитудному значению, определяются величины апериодических слагающих тока /аi и /аг- Они находятся как разность между амплитудным значением и половиной расстояния между огибающими. Искомая постоянная времени равна:
(12-3)
Постоянную времени цепи можно определить и по сдвигу фаз между нулевым значением тока (при" отсутствии дуги) и нулевым значением э. д. с. (которое было бы при отсутствии тока). Последнюю величину в случае испытания от генератора можно найти по осциллограмме напряжения тахогенератора, находящегося на одном валу с испытательным генератором и установленного так, чтобы фазы э. д. с. обоих генераторов совпадали. Постоянную времени контура можно также определить расчетным путем по измеренным величинам индуктивностей и сопротивлений отдельных участков контура. При малых переменных токах рекомендуется определять постоянную времени по коэффициенту мощности нагрузки.
При постоянном токе постоянная времени определяется по осциллограмме роста тока.
При испытании многополюсных аппаратов на критическую разрывную способность контакты аппарата должны находиться между источником энергии и нагрузочными сопротивлениями. При испытании этих аппаратов на предельную разрывную способность контакты аппарата можно располагать после нагрузочных сопротивлений. При этом условия будут несколько легче, так как будет меньше напряжение между полюсами до погасания дуги. Эти условия ближе к реальным.
После погасания дуги возвращающееся напряжение должно быть в пределах 100—-105% номинального.
При испытании на предельную и критическую коммутационную способность снимаются осциллограммы тока и напряжения между контактами. Очень полезно одновременно производить ускоренную многократную фотосъемку дуги, синхронизированную с осциллограммой. Совместный анализ осциллограмм и фотографий дает возможность лучше судить о протекающих процессах. При снятии осциллограммы напряжения между контактами их приходится шунтировать сопротивлением. Это сопротивление должно быть возможно большим (насколько позволяет чувствительность шлейфа). Оно может облегчить условия отключения, так как уменьшает скорость роста восстанавливающегося напряжения. Рекомендуется делать проверочные испытания без шунтирующего сопротивления.
Большое влияние на гашение дуги оказывает частота отключения. Рекомендуется между отключениями дуги иметь интервалы не менее 10 сек. Эти интервалы можно не выдерживать, если целью испытания является определение электрического износа и если при этом контакты и камера не перегреваются чрезмерно. При испытании предельной и критической разрывной способности рекомендуется после отключения тока не снимать напряжение в течение 30 сек, чтобы убедиться, что нет повторного зажигания дуги.
Однополюсные и трехполюсные аппараты, работающие в трехфазных сетях, удобнее и правильнее испытывать при трехфазном коротком замыкании, так как при этом можно не считаться с фазой тока в момент включения (§ 2-3) и можно проверить, нет ли переброса между полюсами.
При испытании аппаратов на предельную разрывную способность однофазным током правильные результаты могут быть получены только тогда, когда применяется специальное устройство, которое дает возможность включить ток при разных фазах. При этом достаточно ограничиться включением в моменты времени, отстоящие на угол 45° в интервале полупериода. Если такого устройства нет, то дают увеличенное количество включений в расчете на случайное попадание в разные фазы. При испытании на предельную и критическую разрывную способность однофазным током при больших выдержках времени изменение фазы тока в момент включения может не привести к желаемому изменению фаз тока в момент появления дуги и тогда путем изменения условий испытания добиваются появления дуги при разных фазах тока.
При всех испытаниях необходимо наблюдать все внешние эффекты, определять изменение провала контактов, фиксировать состояние контактной поверхности и камер. При испытании на износ полезно определять изменение веса контактов.
б) Испытание на критическую разрывную способность
Обычно требуется, чтобы аппарат мог отключать все токи, меньшие тока предельной разрывной способности.
При испытании выключателей для выяснения того, есть ли малые токи, при которых происходит затяжное горение дуги, производят по 10 отключений каждого из токов, входящего в возрастающий ряд чисел от 1 а с коэффициентом нарастания 1,5 — 2. Определяют зависимость времени горения дуги от тока. Она представляет собой плавную кривую, по которой можно найти область максимального времени горения дуги и более подробно обследовать эту область, изменяя ток меньшими ступенями.
Обычно считается опасным, если время горения дуги более ОД сек, так как это указывает на то, что небольшие изменения условий могут вызвать затяжную дугу. У выключателей при переменном» токе до 380 в включительно практически никогда не наблюдается затяжной дуги. Дуга при этом напряжении горит не более одного- двух полупериодов. При 660 в затяжная дуга может быть и проверка отсутствия критических токов обязательна. При постоянном токе и открытых камерах критические токи обычно не более 100 а; при закрытых камерах затруднительно указать зону возможных значений критического тока, поэтому надо обследовать все токи вплоть до предельно допустимых. У насыпных предохранителей затяжное горение дуги вполне вероятно как при постоянном, так и при переменном токе. Оно тем вероятнее, чем меньше ток, поэтому рекомендуется предохранители испытывать при верхнем значении испытательного тока (§ П-6), при котором проверяется пограничный ток.
Так как это испытание проводится при 100—105% номинального напряжения, для этого требуется мощный источник электрической энергии. Для экономии рекомендуется делать предварительный нагрев предохранителя от источника низкого напряжения. При больших токах время горения дуги у предохранителей меньше, чем у выключателей. При малых токах в предохранителях возможно горение дуги в течение более 0,1 сек при обоих родах тока в связи с медленным выплавлением плавкой вставки, а не с затяжным горением дуги. У предохранителей без наполнителя условия гашения при малых токах подобны тем, которые имеются у выключателей с закрытыми камерами. Здесь нельзя указать токи, при которых возможно затяжное горение дуги.
в) Испытание на предельную коммутационную способность (гл. 2)
Испытание проводится при всех напряжениях, при которых должен работать аппарат. Провалы и растворы контактов, их взаимное расположение, основные размеры механизма должны строго соответствовать требованиям технической документации, так как любое отступление от этих требований может иметь очень большое влияние на результаты испытания. Например, очень большой провал разрывных контактов может привести к тому, что главные контакты при включении не успеют замкнуться; это облегчает условия при испытании по циклу ВО (ем. ниже). Близость бойка к рейке расцепителя может создать токоограничивающее действие, которого не будет при нормальной регулировке. Желательно проверить работу при крайних значениях регулировочных данных, в особенности при отсутствии токоограничения и наличии апериодической слагающей тока короткого замыкания (§ 2-5).
При испытании на предельную разрывную способность аппаратов без оболочки определяют границу ионизированного пространства (для указания ее в информационных материалах или для проверки соответствия техническим условиям). Для этого в требуемом направлении помещают металлическую решетку, присоединенную через голую константановую проволоку длиной 30 мм и диаметром 0,1 мм, либо к зажиму ограничивающего ток сопротивления со стороны линии (при однополюсных аппаратах), либо к находящемуся под напряжением полюсу, с которого наименее вероятен переброс дуги (при многофазных аппаратах).. О размерах зоны ионизированного пространства судят по перегоранию проволочки.
Кроме того, определяют границу распространения пламени по воспламенению ваты, укрепленной на разных расстояниях >от аппарата. Пластмасса на фенольной основе и рукоятки управления должны быть вне зоны пламени. Зона пламени больше зоны ионизированного пространства. При испытании аппаратов в металлических оболочках проверяют наличие переброса дуги на оболочку, для чего ее присоединяют через константановую проволочку к линии, так же как и решетку. Проверка наличия выхода пламени из оболочки и определение размеров зоны пламени осуществляются при помощи ваты, как это указано выше.
При указанном испытании определяют величины возникающих перенапряжений. Они должны быть меньше напряжений, подводимых при испытании на электрическую прочность. Перенапряжения измеряют катодным осциллографом или ограничиваются определением их верхней границы с помощью разрядника (два шарика или скрещивающиеся цилиндры), включенного параллельно контактам испытываемого аппарата. В цепь разрядника устанавливается плавкая вставка из константовой проволоки диаметром 0,1 мм. На зажимах источника для защиты его от перенапряжений полезно устанавливать разрядник, отрегулированный на большую величину напряжения, чем первый.
В цепи без аппарата устанавливается требуемое значение тока и постоянной времени. Применяются три испытательных цикла:
цикл О — включение цепи вспомогательным аппаратом, автоматическое отключение — испытываемым;
цикл В — включение цепи испытываемым аппаратом и автоматическое отключение — вспомогательным;
цикл ВО — включение и автоматическое отключение цепи испытываемым аппаратом.
Предохранители испытываются только по циклу О; каждый патрон должен отключать предельный ток 2 — 3 раза.
Выключатели при определении их включающей способности испытываются по циклу В, состоящему из 5 — 10 операций. Обычно выключатели испытываются по комбинированному циклу О—ВО с интервалами 10 — 30 сек между операциями, причем даются один или два таких цикла с интервалами 1—2 мин. Общее число циклов доводят до пяти (или более), если выключатель не имеет сменных контактов. Аппарат считается выдержавшим испытание, если он не повредился, не произошло переброса дуги между полюсами или на оболочку и не образовалось устойчивой дуги. После испытания допускается мелкий ремонт — смена предварительных и дугогасительных контактов, зачистка контактов, очистка камеры от копоти. После короткого замыкания проверяют действие расцепителей. Допускается изменение тока уставки (пограничного тока) на 5 — 10%. При испытании на весьма большие токи надо применять ряд специальных мер [Л. 4-9]. У выключателей и предохранителей, не ограничивающих тока вследствие быстродействия, чем больше ток короткого замыкания, тем тяжелее условия коммутации. Поэтому при испытании увеличивают ток ступенями, пока аппарат не повредится. Иначе обстоит дело в случае предохранителей, имеющих токоограничивающее действие.
г) Испытание электрической износоустойчивости автоматических выключателей
Испытание состоит во включении и отключении номинальной нагрузки и пяти—десятикратной перегрузки. Число операций не регламентируется. Обычно желательно, чтобы аппарат допускал производить 50% положенного числа операций под номинальной нагрузкой и около 1% при указанной выше перегрузке.
Так как малоамперные автоматы могут работать в ответвлении к двигателю желательно, чтобы они, кроме того, допускали возможно большее число включений пяти — семикратного тока (до 100%) при отключении тока посторонним аппаратом. Это испытание определяет степень пригодности автомата для работы в качестве пускателя.
Испытание ведется до уменьшения провала контактов в 2 — 4 раза, после чего контакт подлежит смене. Указанным выше испытаниям обязательно подвергаются аппараты с несменяемыми контактами. При наличии сменяемых контактов таких испытаний иногда не делают. Если у аппарата с ручным приводом отсутствует моментное включение, то нежелательно испытывать его с помощью автоматически работающего механического привода, так как износ может очень сильно отличаться от того, который получается в реальных условиях при оперировании вручную.
