Главa ιν
Восстановление напряжения на контактах выключателя и методы испытания выключающих аппаратов
Существующие способы определения восстанавливающегося напряжения при отключении цепи
После гашения дуги на контактах выключателя важное влияние на его отключающую способность имеет скорость восстановления напряжения. Форма кривой восстанавливающегося напряжения на контактах выключателя в основном определяется параметрами отключаемой цепи (емкость, индуктивность и проводимость), которые влияют на скорость восстановления напряжения. Имеется также зависимость и от характеристик выключателя (напряжение на дуге, проводимость, емкость). Знание формы кривой переходного напряжения после гашения дуги необходимо для выбора конструкции выключателя, при проектировании. Как известно, МЭК приводит шесть методов определения восстанавливающегося напряжения на контактах выключателя: 1) расчетный метод; 2) резонансный метод; 3) метод отключения от сети малой нагрузки; 4) метод введения в отключенную систему импульсов тока; 5) метод моделирования сети и 6) метод непосредственного отключения тока короткого замыкания и записи катодным осциллографом восстанавливающегося напряжения. Каждый из этих методов имеет свои трудности и сложности. Первый метод — требует знания параметров L и С сети. Трудно учитывать затухание в сложной разветвленной сети. Второй метод — требует трудоемких измерений с выключением напряжения сети. Метод основан на определении резонансных частот в обесточенной сети путем приложения напряжения от низковольтного генератора качающейся частоты к разомкнутым контактам выключателя. При третьем методе — используется отключение от сети индуктивной катушки и осциллографирование переходной составляющей восстанавливающегося напряжения. Недостатком метода является влияние на процесс восстановления напряжения выключателя. Четвертый метод применяется в индикаторах восстанавливающегося напряжения. Пятый метод так же, как и расчетный, связан с трудностями оценки параметров элементов сети, что является источником погрешностей. При использовании шестого метода вносится погрешность за счет влияния на процесс выключателя. Метод отключения малой индуктивной нагрузки более целесообразен в действующих сетях.
Индикатор восстанавливающегося напряжения
Рассмотрим индикатор, работающий по методу введения в отключенную систему импульсов тока. Этот метод базируется на теореме Тевенена — Хевисайда, из которой следует, что восстанавливающееся напряжение цепи по форме и величине совпадает с напряжением, которое надо приложить к цепи, чтобы вызвать в ней протекание тока, равного отключаемому току. Поэтому для индикатора необходимо иметь генератор импульсов тока, который будет периодически вводить в исследуемую цепь волны тока со скоростью нарастания, равной скорости изменения синусоидального тока в исследуемой сети. Второй элемент индикатора — осциллограф, регистрирующий возникающее напряжение переходного процесса. На примере одночастотного контура, с параметрами L и С (рис. 73), проанализируем влияние формы импульса тока на восстанавливающееся напряжение. Найдем аналитическое выражение для формы и величины напряжения и тока как на зажимах выключателя, так и на зажимах колебательного контура при отключении eгo идеальным выключателем от источника с напряжением Uг= Uм sin ωt, в момент естественного прохождения тока через нулевое значение. За идеальный принимается такой выключатель, у которого значения собственных величин сопротивления, емкости и индуктивности не влияют на переходный процесс. Считается также, что идеальный выключатель не имеет дуги и остаточной проводимости. Так как ток в момент отключения колебательного контура от сети равен нулю, то напряжение на колебательном контуре равно Uм, поскольку в чисто реактивной сети ток и напряжение сдвинуты на 90°. Вынужденные составляющие тока и напряжения одночастотного колебательного контура равны нулю.
Найдем свободную составляющую одночастотного колебательного контура.
Рис. 73. Расчетная схема для определения влияния формы импульса тока на восстанавливающееся напряжение.
Рис. 74. Расчетная схема замещения для определения влияния шунтирующего сопротивления на переходный процесс восстановления напряжения.
Для этого составим дифференциальное уравнение (для схемы замещения рис. 74):
(IV-1)
Выразив в уравнении (IV-1) ток через напряжение, напишем:
(IV-2)
Характеристическое уравнение этого дифференциального уравнения (IV-2) имеет вид:
Общий интеграл дифференциального уравнения имеет вид
Найдем частное решение:
По данным (IV-36) и (IV-37), В. H. Тихонов и С. И. Яблонко (ВЭИ) построили зависимости, показывающие, что при значении а>0, влияние шунтирующего сопротивления на снижение частоты практически можно не учитывать. Коэффициент снижения амплитуды, при а=10, равен 0,9.
Следовательно, желательно, чтобы индикатор обладал высоким выходным сопротивлением. С. И. Яблонко (ВЭИ) предложил применить на выходе пентод, так как внутреннее сопротивление его имеет более высокое значение и его влияние на переходный процесс в контуре будет меньше. Форма анодного тока при этом будет повторять форму управляющего напряжения на сетке пентода.
