ТВН - Влияние апериодической составляющей в отключаемом токе

Влияние апериодической составляющей в отключаемом токе на процесс отключения короткого замыкания
Апериодическая составляющая в отключаемом токе существенно влияет на процесс отключения. Вопросы влияния апериодической составляющей на процесс отключения исследованы в работах ВЭИ [98, 88]. Значения апериодической составляющей в отключаемом токе могут быть различны. С учетом собственного времени работы релейной защиты и выключателя минимальное время короткого замыкания в сетях может составлять 0,1 сек. Следовательно, если постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания в цепи не превышает 0,05—0,06 сек, то к моменту отключения апериодическая слагающая будет составлять не более 10—20% амплитуды симметричной составляющей тока. Поэтому можно сделать вывод о существенном влиянии апериодической составляющей на процесс отключения для тех случаев, когда постоянная времени затухания будет больше 0,05—0,06 сек.
Наблюдающаяся в развитии современной энергетики большая концентрация генераторных мощностей и резкое увеличение мощностей трансформаторных подстанций приводят к тому, что в ряде схем выключатели отключают ток короткого замыкания, содержащий апериодическую составляющую как при генераторном, так и при повышенном напряжении. Учитывая это обстоятельство, следует оценить влияние апериодической составляющей в токе отключения на процесс отключения. Прежде всего, наличие апериодической составляющей в отключаемом токе вызывает изменение скорости восстановления напряжения на выключателе вследствие изменения временного сдвига между током и напряжением. Исследования влияния апериодической составляющей в отключаемом токе на величину энергии, выделяемой в дуге, показали, что при одинаковой длительности горения дуги энергия, выделяющаяся в дуге во время отключения большой полуволны тока, всегда больше того значения энергии, которая выделяется в дуге при отключении такого же тока короткого замыкания, но без апериодической составляющей. При увеличении апериодической составляющей энергия вначале растет приблизительно пропорционально амплитуде отключаемого тока (до значения ≈50%). Дальнейшее увеличение апериодической составляющей больше влияет на время горения дуги, чем на значение энергии. При максимальной длительности горения дуги (более одного полупериода) влияние апериодической составляющей на процесс отключения будет разным, в зависимости от особенностей конструкции выключателя. В выключателях с относительно медленным отводом энергии из дугового промежутка, у которых в процессе отключения от полупериода к полупериоду создаются условия для накопления энергии, апериодическая составляющая не усложняет процесс отключения. Этому способствует то, что вслед за полупериодом с большим выделением энергии (большая полуволна тока) наступает полупериод со сравнительно небольшим выделением энергии.
Если выключатель характеризуется интенсивным отводом энергии из дугового промежутка, то влияние апериодической слагающей на процесс отключения будет примерно таким же, как и для выключателей, у которых время гашения дуги находится в пределах 1—1,5 полупериода.
В том случае, когда после большой полуволны тока, являющейся суммой симметричной и апериодической составляющих, выключатель не обеспечил обрыва тока, то горение дуги будет продолжаться в следующем полупериоде, при меньшей амплитуде тока. Вероятность гашения дуги у большинства выключателей при этом повышается, так как выделение энергии в дугогасящем устройстве, при меньшем токе, будет снижено. Однако в некоторых конструкциях выключателей, если дуга не погасла после большой полуволны тока, то гашение дуги может не наступить и в последующие полупериоды. Так, например, при гашении дуги в масляном выключателе, при увеличении тока будет повышение газообразования в дугогасительном устройстве и чрезмерный расход масла. Это создает условия, при которых дугогасительная камера не погасит дугу в связи с недостатком масла.
При гашении дуги с большим током в воздушном выключателе и появлении больших температур может произойти сильный нагрев воздуха в дугогасительной камере и насыщение междуэлектродного пространства парами металла контактов. Это увеличит тормозящее действие дуги на истечение воздуха из камеры и снизит электрическую прочность промежутка между контактами выключателя. Наблюдаются также случаи выхода из строя дугогасящих устройств в масляных, автогазовых и воздушных выключателях с дугогасительными камерами поперечного дутья вследствие увеличения энергии, выделяемой в дуге, при отключении тока со значительной апериодической слагающей [98].
При некоторых условиях наличие апериодической слагающей может облегчить процесс гашения дуги за счет снижения скорости восстановления напряжения и подготовки условий для гашения дуги в последующий полупериод, характеризующийся малой амплитудой тока. Так, в масляном выключателе во время большой полуволны тока в камере повышается давление, что способствует гашению дуги в следующий полупериод.
В связи с тем, что различный характер влияния апериодической составляющей на процесс отключения не дает возможности на основании данных по отключению симметричного тока оценивать характеристики выключателя по отключению тока, имеющего апериодическую составляющую, для некоторых выключателей необходимо ввести испытания на отключение тока, содержащего апериодическую компоненту. Изложенные Η. М. Чернышевым [98] соображения об учете апериодической составляющей в отключаемом токе приводят к следующим основным выводам.
При проектировании и выборе типа выключателя определяющей величиной является симметричная мощность отключения. Для определенных типов выключателей по техническим условиям проводятся дополнительные испытания на отключение асимметричной мощности.
Такие испытания являются проверкой выключателя на отключение тока, содержащего указанный процент апериодической составляющей, характерный для данной точки сети. Согласно руководящим указаниям по методике испытания высоковольтных выключателей [16] относительная величина апериодической составляющей в любом полюсе выключателя при испытаниях по установлению гарантируемой отключающей способности выключателя не должна превышать 20% от амплитуды периодической составляющей. Кроме испытаний на отключающую способность при малом содержании апериодической составляющей, рекомендуется дополнительно проверять отключающую способность мощных быстродействующих выключателей при значительном относительном содержании апериодической составляющей (не менее 50%) и заданном значении периодической составляющей. При этом необходимо, чтобы полярность апериодической составляющей была такой, при которой нагрузка на выключатель была бы наибольшей (следует проверить влияние знака апериодической составляющей на длительность дуги). Опыты по отключению тока, содержащего большую апериодическую составляющую, рекомендуется сопровождать измерениями мощности, выделяемой в дуге, и давления в дугогасительной камере. Основные требования изложены в ГОСТ 687—67.