Дуга переменного тока отличается от постоянного тока тем, что ее ток и напряжение переходят через нуль каждые полпериода. Это обстоятельство благоприятно влияет на гашение дуги, если цепь тока размыкается или в самый момент перехода тока через нуль, или в непосредственной близости от него. Одновременно удается избежать и коммутационных перенапряжений, так как при переходе тока через нуль запасенная в индуктивности контура электромагнитная энергия (Li2/2) практически равна нулю.
Поскольку при отключении больших токов а <С и скорость отключения цепи тока, а также удлинения дуги v могут быть приняты постоянными, для напряжения на дуге справедливо равенство:
(4-13)
При таком предположении можно составить следующие представления о процессе гашения дуги в выключателе переменного тока [68].
Рис. 4-10. Отключение переменного тока в цепи с чисто активным сопротивлением
Рассмотрим отключение цепи тока с чисто активным сопротивлением. В этом случае, пренебрегая постоянной а, получим (рис. 4-10)
(4-14)
отсюда
Здесь Е — э. д. с. контура; R — активное сопротивление контура; v — постоянная скорость отключения; 1 — ток, который протекал бы в контуре, если бы последний был замкнут.
Из рис. 4-10 видно, что при заданных параметрах контура при его размыкании происходят многократные повторные зажигания дуги. Дуга гаснет окончательно только после того, как ее длина сделается настолько большой, что произведение bvx станет равным
э. д. с. контура Е. Из рис. 4-10 также видно, что между каждым погасанием дуги и ее повторным зажиганием существует зона, в которой дуга не может существовать. Эти зоны следует использовать для интенсивной деионизации дугового промежутка, чтобы повторное зажигание дуги не могло произойти.
Сложнее протекает процесс гашения дуги при отключении чисто индуктивной цепи переменного тока. В этом случае, вследствие того что напряжение на дуге изменяется значительно медленнее, чем э. д. с. контура, почти отсутствуют зоны, в которых дуга не может существовать и которые можно использовать для глубокой деионизации дугового промежутка и восстановления его электрической прочности. В то же время, чтобы предотвратить повторное зажигание дуги, эта электрическая прочность должна быть повышена очень быстро, так как при коротком замыкании фазовый сдвиг между током и напряжением приближается к 90ч
Рис. 4-11. Отключение тока короткого замыкания в цепи переменного тока
и восстанавливающееся напряжение после перехода тока через нуль существенно выше, чем в цепи с чисто активным сопротивлением (рис. 4-11). На рис. 4-11, а показан теоретический случай размыкания безъемкостного контура, когда возвращающееся напряжение скачком принимает максимальное возможное значение и вызывает повторное зажигание дуги. В действительности в любой цепи тока, будь то генератор, трансформатор или линия, наряду с индуктивностью всегда существует емкость, образующая вместе с индуктивностью колебательный контур.
Благодаря этому напряжение в отключаемом контуре восстанавливается после обрыва дуги не мгновенно, а с некоторым запаздыванием тс, что позволяет выключателю увеличить электрическую прочность дугового промежутка до необходимого значения. На рис. 4-11, б показан процесс в цепи с емкостью: восстанавливающееся напряжение имеет здесь колебательный характер с периодом 4тс, что благоприятно сказывается на повышении электрической прочности дугового промежутка. Как видно, чем больше емкость контура, тем надежней будет проходить процесс гашения дуги, тем легче работа выключателя.
Таким образом, успешность отключения короткого замыкания и гашения дуги в выключателе зависит от своеобразного соревнования двух процессов: восстановления электрической прочности дугового промежутка и восстановления напряжения на контактах выключателя.
Ниже приводится пояснение некоторых терминов, относящихся к параметрам выключателя, для более четкого понимания различия между ними и облегчения их сопоставления при оценке работы выключателей.
Номинальное напряжение выключателя — указываемое на его щитке напряжение (из ряда стандартных), при котором должен работать выключатель. Выключатель должен надежно работать и при напряжениях, превышающих номинальное на 5—20 %. Это напряжение называют наибольшим рабочим напряжением.
Номинальный ток выключателя — указываемый на щитке ток, который выключатель должен длительно пропускать без повреждений при номинальных напряжении и частоте с температурой его рабочих элементов, не превышающей заданную.
Ток отключения — наибольший ток к. з., который выключатель способен отключить при наибольшем рабочем напряжении и при заданном переходном восстанавливающемся напряжении (ПВН). Ток отключения характеризуют двумя показателями: действующим значением периодической составляющей тока к. з. /0 и относительным содержанием апериодической составляющей р, представляющим собой отношение наибольшего апериодического тока к амплитуде периодического тока. Таким образом, полный ток отключения будет
Ток включения — ток, который выключатель может включить без повреждений при наибольшем рабочем напряжении. Ток включения не должен превышать 2,5-кратный ток отключения /0.
Стойкость выключателя при сквозных токах к. з. — способность его выдерживать во включенном положении без повреждений воздействие тока к. з. Различают стойкость электродинамическую, характеризуемую амплитудой тока к. з., равной 2,5/0, и термическую, характеризуемую длительностью тока к. з., равного току отключения /0. Это время принимается равным 1 или 2 с для выключателей класса напряжения 330 кВ и выше и 1 или 3 с для выключателей класса напряжения 220 кВ и ниже.
Мощность отключения выключателя — произведение тока отключения /0 и соответствующего наибольшего рабочего напряжения, а для трехполюсных выключателей — умноженное еще на У 3.
Отключающая способность выключателя — это номинальная мощность отключения выключателя.
Восстанавливающееся напряжение — напряжение, появляющееся на контактах полюса выключателя (для трехполюсного выключателя — на контактах полюса, размыкающегося первым) непосредственно после погасания в нем дуги. Оно может рассматриваться как слагающееся из напряжения промышленной частоты (50 Гц) и свободных составляющих (апериодическая, периодические одночастотные или многочастотные).
Действительное восстанавливающееся напряжение — напряжение, определяемое параметрами сети и характеристиками данного выключателя, а также долей апериодической составляющей в отключаемом токе.
Собственное восстанавливающееся напряжение — напряжение, определяемое только параметрами сети (т. е. не измененное воздействием выключателя) и содержанием апериодической составляющей в отключаемом токе.
Возвращающееся напряжение — действующее значение напряжения промышленной частоты (50 Гц), появляющееся между токоведущими проводами разных полюсов после погасания дуги во всех полюсах выключателя (возвращающееся многополюсное напряжение) и на зажимах одного полюса после погасания в нем дуги (возвращающееся напряжение на полюсе).
Мгновенное возвращающееся напряжение на первом отключающем полюсе — мгновенное значение составляющей напряжения промышленной частоты на первом отключающем полюсе в момент погасания в нем дуги (перехода тока через нуль).
Коэффициент превышения амплитуды восстанавливающегося напряжения для одночастотного колебательного процесса (ka) — отношение наибольшего пика восстанавливающегося напряжения к мгновенному возвращающемуся напряжению на первом отключающем полюсе.
Средняя скорость восстанавливающегося напряжения (собственного) для одночастотного колебательного процесса — условная величина (в кВ/мс), равная частному от деления амплитуды возвращающегося напряжения на полюсе на время от начала процесса восстановления напряжения до момента достижения восстанавливающимся напряжением значения, равного указанной выше амплитуде.
Не удаленное короткое замыкание — короткое замыкание на защищаемой данным выключателем линии передачи на расстоянии от нескольких сотен метров до нескольких километров от выключателя.
Длительность дуги выключателя — промежуток времени от момента возникновения дуги в полюсе, контакты которого размыкаются первыми, до момента окончательного погасания дуги во всех полюсах.
Собственное время отключения выключателя с приводом — промежуток времени от момента подачи команды на отключение до момента расхождения дугогасительных контактов.
Время отключения выключателя с приводом — промежуток времени от момента подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех полюсах (для выключателей с шунтирующими сопротивлениями следует различать время до погасания основной дуги и время до погасания вспомогательной дуги).
Автоматическое повторное включение выключателя (АПВ) — операция, при которой выключатель вслед за его отключением автоматически включается вновь через установленный промежуток времени.
Быстродействующее автоматическое повторное включение выключателя (БАПВ) — операция АПВ, при которой выключатель вновь включается через достаточно малый промежуток времени.
Многократное автоматическое повторное включение выключателя (многократное АПВ) — цикл операций, в котором имеются две или более операций АПВ, выполняемые одна за другой.
Бесконтактная пауза выключателя при автоматическом повторном включении — промежуток времени от момента расхождения контактов до момента касания контактов, замыкающих цепь тока.
Бестоковая пауза выключателя при автоматическом повторном включении — промежуток времени от момента погасания дуги во всех полюсах до момента возобновления тока в каком-либо полюсе выключателя.
Для выключателей с шунтирующими сопротивлениями различают:
а) бестоковую паузу без вычета времени протекания тока, ограниченного шунтирующим сопротивлением;
б) бестоковую паузу за вычетом времени протекания тока, ограниченного шунтирующим сопротивлением (время полного отсутствия тока в цепи).
