Методы удлинения горения дуги при испытании выключающих аппаратов в синтетических схемах
На колебательном контуре, как правило, могут испытываться быстродействующие выключатели, гасящие дугу в течение 1—1,5 полупериодов. Для того чтобы испытания были полноценными, для некоторых типов выключателей испытания надо проводить при более длительном горении дуги на контактах ИВ. Существующие синтетические схемы испытания выключателей с большой длительностью горения дуги (несколько полупериодов) могут быть сведены к следующим группам:
- схемы со специальными вспомогательными устройствами, которые при пробое промежутка ИВ могут замкнуть токовую цепь еще на один полупериод;
- схемы, искусственно затягивающие гашение дуги при подходе отключаемого тока к нулевому значению;
- схемы с пульсирующим током.
В схеме первой группы, описанной Брессоном [119], вспомогательное дугогасительное устройство состоит из ряда включенных параллельно дугогасительных промежутков, каждый из которых включен через управляемый искровой промежуток. Когда наступает повторный пробой промежутка ИВ, вспомогательные дугогасительные устройства включаются в цепь и замыкают ее на один полупериод. Эта схема требует такого источника восстанавливающегося напряжения (синхронный генератор или трансформатор), который может работать многократно через один полупериод. При использовании ГИН в качестве источника восстанавливающегося напряжения количество генераторов импульсных напряжений должно быть равно числу полупериодов горения дуги в ИВ.
Метод дополнительной емкости Μ. М. Акодиса
Второй метод испытания выключателя можно осуществить, создав в цепи испытательного тока условия, обеспечивающие горение дуги в ИВ на протяжении требуемого числа полупериодов. Принципиальная схема удлинения времени горения дуги в ИВ представлена на рис. 92, а. Эта схема была предложена в 1940 г. Μ. М. Акодисом [3]. При работе схемы, к моменту перехода тока контура через нулевое значение необходимо осуществить, с небольшим опережением, поджиг дополнительного промежутка Пд. Тогда дополнительная емкость Сд через сопротивление Rд будет разряжаться на вспомогательный и испытуемый промежутки ВВ и ИВ. При этом необходимо, чтобы ток i3 при разряде емкости Сд был больше мгновенного значения тока i1 в момент пробоя разрядного промежутка Пд. Кроме того, полярности этих токов должны быть такими, как это представлено на рис. 92, а. Постоянные Rд и Сд цепи затягивания горения дуги должны быть выбраны такими, чтобы поддержать ток i3 и обеспечить условие: до перехода тока i1 через нулевое значение должно быть соотношение |i1|<|i3|. При этом условии изменение полярности тока, протекающего через ВВ и ИВ, будет сопровождаться переходом тока через нулевое значение. При переходе через нулевое значение тока контура ί1 ток ί2, протекающий через ВВ и ИВ, не равен нулю, поэтому нет причин для прекращения тока в цепи контура. Далее наступает следующий полупериод тока и и необходимость в протекании тока ί3 отпадает. При выборе величин Сд и Rд дополнительного контура и определении оптимального момента поджига промежутка Пд необходимо выполнить такие условия:
- токи колебательного контура и и дополнительной цепи затягивания горения дуги i3, протекающие через ВВ и ИВ, должны иметь противоположную полярность;
- ток в цепи затягивания горения дуги должен прекращаться позже момента перехода тока колебательного контура через нулевое значение.
Рис. 92. Удлинение горения дуги на контактах испытуемого выключателя:
а — схема с дополнительной емкостью Сд Μ. М. Акодиса; б — схема пульсирующего тока по методу Η. М. Чернышева; в — диаграмма изменения пульсирующего тока.
Метод пульсирующего тока Η. М. Чернышева
В 1958—1959 гг. Η. М. Чернышевым была предложена и исследована в ВЭИ новая схема испытания выключателей с большой длительностью горения дуги [100]. На рис. 92, б представлена схема для затягивания времени горения дуги в выключателе. Испытуемый выключатель и вспомогательный подключены к источнику питания через управляемые вентили B1 и В2. В схеме рис. 92, а с разрядом конденсатора Сд на испытуемый выключатель гашение дуги при переходе тока через нулевое значение затруднено в связи с большой скоростью изменения тока, а в схеме рис. 92, б испытательный ток снижается по синусоиде не к нулевому значению, а до небольшого значения А1, после чего снова возрастает по синусоиде, не изменяя полярности (рис. 92, в). Форма кривой тока, протекающего через ИВ и ВВ (рис. 92, в), может быть получена путем выбора моментов зажигания управляемых вентилей В1 и B2. Токи в точках А1 и А2 должны иметь также минимальные значения, при которых в ИВ и ВВ будет обеспечено устойчивое горение дуги. После того как в выключателе на протяжении заданного числа полупериодов будет гореть дуга, гашение ее будет обеспечено схемой автоматического управления, которая прекращает подачу открывающих импульсов на сетки вентилей В1 и В2. При нулевом значении тока отключения (точка А3, рис. 92, в) дуга в ИВ гасится. Для эффективной работы схемы затягивания дуги с пульсирующим током зажигание вентиля В2 должно происходить с некоторым опережением по отношению к моменту погасания вентиля Β1. Величина опережения определяет минимальное значение тока срабатывания iсраб (рис. 92, в). При одновременной работе вентилей В1 и В2 вторичная обмотка трансформатора Тр будет замкнута накоротко и ток, протекающий через ИВ, будет уменьшаться со скоростью, определяемой константами L и R цепи. После погасания дуги в вентиле B1 ток, протекающий через ИВ, будет возрастать за счет э. д. с. обмотки трансформатора, которая питает вентиль В2. Следовательно, момент зажигания вентиля В2 надо выбрать так, чтобы ток, протекающий через ИВ в момент запирания вентиля В1, был достаточным для поддержания дуги на контактах ИВ. Однако принимать большое опережение в открытии вентиля В2 нежелательно, так как это может изменить форму кривой испытательного тока и исказить условия испытания выключателя, хотя горение дуги будет более устойчивым.
Сравним схемы удлинения горения дуги. В схемах второй группы искусственное затягивание гашения дуги в ИВ производилось путем разряда дополнительной емкости Сд (рис. 92, а) по способу, изложенному в работе [12], или путем увеличения частоты восстанавливающегося напряжения источника тока синтетической схемы [108]. Анализ, проведенный в ВЭИ Η. М. Чернышевым [108], показал, что эффективность работы схемы в большой мере зависит от отношения величины падения напряжения на дуге в последние сотни микросекунд полупериода ее горения к амплитуде напряжения источника тока (Uо.д=Uд/Uм). Эффективная работа схемы возможна при значении Uо.д=0,4- 0,5. Емкость батареи Сд получается при этом значительной. В работе [12] внесены предложения по улучшению работы схемы рис. 92, а путем замены линейного сопротивления Rд в цепи разряда Сд индуктивным (или L, С, R), чтобы изменение тока следовало не по экспоненциальному закону, а приближалось к форме прямоугольного импульса. Тогда можно лучше использовать накопленную в батарее конденсаторов энергию и уменьшить ее емкость. Однако при многократном поджиге дуги в ИВ для затягивания дуги на несколько полупериодов число батарей Сд должно быть равно числу полупериодов, что усложняет схему.
К первой группе схем относится схема Брессона. Эта схема состоит из параллельных ветвей, представляющих последовательно включенные управляемые искровые промежутки и дугогасительные разрывы. При пробое от источника восстанавливающегося напряжения испытуемого выключателя поджигается промежуток вспомогательного отключающего устройства, и цепь испытательного тока замыкается снова. Основным недостатком этой схемы является сложность установки, особенно при испытаниях на высоком напряжении. Кроме того, надо чтобы источник восстанавливающегося напряжения обеспечивал многократную работу с интервалами в один полупериод при частоте 50 гц. В схеме третьей группы — с пульсирующим током (ВЭИ), получается наибольшее утяжеление условий гашения дуги, так как в этой схеме ток не проходит через нулевое значение. Схема может обеспечить надежную работу и при значении Uо.д>0,5, если последовательно с ИВ включить определенную индуктивность. При наличии двух вентилей схема рис. 92, б с пульсирующим током обеспечивает необходимую длительность горения дуги на контактах ИВ. В отношении пропускной способности вентилей необходимо отметить, что исследования ВЭИ на колебательном контуре показали, что ртутный выпрямитель может пропустить ток порядка 20 ка. Для получения большего испытательного тока необходимо применить несколько вентилей.
