Генераторные выключатели и комплексы - Основные параметры и характеристики

1. 2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Генераторный выключатель является сложным электромеханическим устройством, которое может быть охарактеризовано рядом параметров. Основными являются следующие.
Номинальное напряжение выключателя Uном— действующее значение междуполюсного напряжения, равного номинальному междуфазному напряжению электрических сетей, при котором длительное время должен работать аппарат.
Номинальное напряжение выключателя должно равняться номинальному напряжению генератора, в цепи которого он установлен, или его превышать.
Наибольшее рабочее напряжение выключателя Uн.р — наибольшее междуполюсное напряжение (действующее значение), на которое рассчитан выключатель, в том числе при длительном приложении этого напряжения. Обычно наибольшее рабочее напряжение на 5—20% превышает номинальное.
Номинальная частота fном — промышленная частота тока, на которую рассчитан аппарат. В странах Европы принята номинальная частота тока 50 Гц, в США, Канаде и некоторых странах Юго-Восточной Азии — 60 Гц.
Номинальный ток выключателя Iном — наибольший допустимый ток нагрузки, который может проходить через выключатель в течение длительного времени. Нагрев частей выключателя при этом должен находиться в пределах, установленных ГОСТ 8024—84.
Номинальный ток отключения выключателя
Iо.ном — наибольшая периодическая составляющая тока в момент размыкания контактов (действующее значение), на отключение которой рассчитан выключатель в условиях, при каких нормируется его коммутационная способность. При возникновении к. з. в цепи переменного тока проходящий по ней ток нагрузки iн резко возрастает за короткое время от мгновенного значения при х=0 (отрезок Оа) до значения ip (рис. 1-4).

Рис. 1-4. Изменение тока при коротком замыкании в цепи переменного тока:
АА' и ОВ' — огибающие кривой тока; С С' — кривая смещения нулевой линии (апериодическая составляющая); ЕЕ' — момент размыкания дугогасительных контактов (возникновение дуги); I— действующее значение периодической составляющей тока отключения, отнесенное к моменту ЕЕ'; i—апериодическая составляющая тока отключения в момент ЕЕ'; i0 — ток отключения в момент ЕЕ'

Ток iр принято называть ударным током. Значение iр определяется мощностью источника тока и сопротивлением цепи переменному току. Затем ток к. з. ipt постепенно уменьшается от iр до установившегося значения, равного √2 I. Мгновенное значение тока для любого момента времени может быть разложено на периодическую (симметричную) и апериодическую (постоянную) i составляющие.
Периодическая составляющая изменяется с частотой сети 50 или 60 Гц по синусоиде, амплитуда ее постепенно уменьшается во времени, а затем переходит в установившийся ток к. з. Если не происходит отключения цепи генераторного выключателя, то время переходного режима определяется постоянной времени изменения магнитного поля генератора при к. з. и для разных типов генераторов и параметров цепи составляет величину от десятых долей секунды до нескольких секунд.
Апериодическая составляющая также постепенно уменьшается (затухает), и это уменьшение происходит тем быстрее, чем больше активное и меньше индуктивное сопротивление цепи. Время затухания апериодической составляющей не превышает секунды.
Иногда для характеристики тока отключения аппарата применяют «полный ток отключения» i0, под которым понимается сумма апериодической составляющей ia и амплитуды периодической составляющей √2 IП_ в момент размыкания дугогасительных контактов, т. е. i0=√2IП +iа·
Одной из характеристик тока отключения является нормированное процентное содержание апериодической составляющей β, которая может отключать генераторный выключатель. Оно представляет собой отношение апериодической составляющей iа к амплитуде периодической составляющей √2Iп номинального тока отключения в момент размыкания дугогасительных контактов. Величина βΗ зависит от параметров генератора в цепи переменного тока, места и характера повреждения, а также времени τ от момента начала к. з. до момента размыкания дугогасительных контактов. Время τ (рис. 1-5) принимается равным собственному времени отключения выключателя to.c (время от момента подачи команды на отключение до начала размыкания дугогасительных контактов) плюс полупериод, соответствующий номинальной частоте сети (для 50 Гц это 0,01 с). Значение β для генераторных выключателей устанавливается по согласованию с заказчиком, но не должно быть меньше значения, определенного по кривой рис. 1-5.
Номинальное давление сжатого воздуха (газа) газового выключателя, а также пневматического или пневмогидравлического привода рном — избыточное давление, на которое с нормированными предельными отклонениями рассчитан выключатель или привод.

Номинальное напряжение включающих и отключающих устройств выключателя или привода и  элементов вспомогательных цепей (управления, блокировки и сигнализации) U — напряжение (действующее значение), для работы при котором рассчитаны включающие и отключающие устройства привода и вспомогательные цепи.

Рис. 1-5. Содержание апериодической составляющей в токе к. з.

Основные номинальные параметры генераторных выключателей выбираются в соответствии с ГОСТ 687—78 «Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В» из стандартных значений, приведенных в табл. 1-1.
Таблица 1-1
Основные параметры генераторных выключателей

1. Для цепей генераторов на номинальное напряжение 13,8 и 15,75 кВ.
2. В том числе для цепей генераторов на номинальное напряжение 18 кВ.
3. При условии согласования с заказчиком.
4. Для электромагнитов, применяемых в последовательном соединении с другими электромагнитами или с резисторами, это напряжение, приложенное ко всем последовательно соединенным элементам.

В зависимости от назначения и условий применения генераторные выключатели имеют различные технические характеристики. В стандартах на конкретные типы генераторных выключателей указывается 40 и более наименований технических характеристик, которым должны соответствовать ГВ при выпуске с завода-изготовителя и в процессе эксплуатации. Рассмотрим основные из них.
Ток включения. Каждый ГВ имеет нормированные параметры тока включения: начальное действующее значение периодической составляющей Iв.н и наибольший пик Iв.н. Обычно для генераторных выключателей Iв.н равен Io.нom, а его наибольший пик составляет 2,55Iв.н. Для отдельных типов генераторных выключателей, в частности маломасляных, IВ<Iо.ном·
Стойкость аппарата при сквозных токах к. з. определяет его способность противостоять механическим и тепловым воздействиям, возникающим при прохождении этих токов через включенный аппарат. Стойкость аппарата характеризуется наибольшим пиком (электродинамическая стойкость) Iд, равным 2,55Iо.ном, начальным действующим значением периодической составляющей Iн.п, равным Iо.ном, среднеквадратическим значением тока за время его протекания (термическая стойкость) I т, которое обычно не менее Iо.ном , и временем протекания тока к. з. ίκ.з. (временем к. з.). Для генераторных выключателей оно устанавливается равным 1 или 3 с и определяется из условия отсутствия срабатывания релейной защиты сети и уменьшения тока к. з. только за счет гашения поля питающих генераторов, т. е. для наиболее неблагоприятных случаев.
Коммутационная стойкость. Одной из важных характеристик генераторных выключателей является допускаемое для каждого полюса без осмотра и ремонта дугогасительного устройства число операций отключения (ресурс по коммутационной стойкости) при токах к. з. и при нагрузочных токах. Допускаемое число операций указывается в стандартах на конкретные типы выключателей и при токах к. з. в диапазоне от 60 до( 100% Iо.ном  должно быть не менее числа операций, указанного в табл. 1-2.
Таблица 1-2
Минимальный ресурс по коммутационной стойкости различных видов генераторных выключателей

Число операций включения устанавливается в стандартах на соответствующие выключатели. При токах к.з. от 30 до 60% Iо.ном  число операций должно быть увеличено не менее чем в 1,7 раза по сравнению с указанными в табл. 1-2.
При Iо.ном свыше 63 кА ресурс по коммутационной стойкости при отключении и включении нормируется в стандартах на выключатели. Так, например, выключатель ВВГ-20 при Iо.ном = = 160 кА должен выполнять не менее трех операций отключения и двух операций включения. Необходимо отметить, что ресурс по коммутационной стойкости указывается при заданных значениях напряжения сети (вплоть до номинального), тока отключения (действующего значения его периодической составляющей и процентного содержания апериодической составляющей), а также восстанавливающегося напряжения в соответствии с нормированными характеристиками собственного переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН).
Ресурс по механической стойкости генераторных выключателей (число циклов «включение (В)—произвольная пауза (t)—отключение (О)» без тока в главной цепи) также нормируется в стандартах на выключатели. Обычно ресурс по механической стойкости значительно превышает ресурс по коммутационной стойкости и для различных типов генераторных выключателей составляет величину от 1000 до 5000 циклов.
Время срабатывания. Собственным временем срабатывания релейной защиты и полным временем отключения генераторного выключателя определяется полное время отключения блока электростанции при повреждении. Чем более быстродействующий выключатель, тем меньше последствия повреждения, тем быстрее оно может быть устранено и меньше экономические потери.
Среди временных характеристик генераторных выключателей различают собственное время отключения to.c время дуги tд, полное время отключения t0 и собственное время включения выключателя tв.с.
Собственное время отключения, как упоминалось выше,— это интервал времени от момента подачи команды на размыкание до момента размыкания основных дугогасительных контактов или дугогасительных контактов шунтирующей цепи. Время tо.с для разных генераторных выключателей лежит в пределах от 0,05 до 0,1 — 0,12 с. Быстродействие генераторных выключателей в значительной мере определяется собственным временем отключения.
Время дуги tд генераторных выключателей (дуговое время) — интервал времени между появлением дуги в полюсе, размыкающемся первым, и моментом погасания дуги во всех полюсах. Для генераторных выключателей без шунтирующих резисторов нормируется только время до момента погасания основной дуги в дугогасительном контуре. Для генераторных выключателей с шунтирующими резисторами нормируется еще и время погасания дуги шунтирующей цепочки.
Полное время отключения tо — интервал времени от момента подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех полюсах. При этом различают время погасания основной дуги и то же — для дуги шунтирующей цепи. Полное время определяется арифметической суммой собственного времени отключения выключателя и времени дуги:
tо== tо.С +tд.
Собственное время включения выключателя — интервал времени от момента подачи команды на включение выключателя до момента соприкосновения (замыкания) контактов, замыкающих цепь тока.
Генераторные выключатели должны выполнять последовательность коммутационных операций с заданными интервалами между ними. Обычно генераторный выключатель обеспечивает выполнение цикла О—180с—ВО, где О — операция отключения тока к. з. вплоть до тока, равного Iо, ВО — операция включения на ток к. з. вплоть до тока, равного Iв.н, и немедленно следующая за ней операция отключения без преднамеренной выдержки времени. У современных генераторных выключателей интервал времени между операциями В и О не превышает 0,1 с.