Двухчастотная схема для испытания высоковольтных выключателей [ЛПИ]
Исходя из общей теории двухчастотного колебательного контура [42, 53] испытательная установка должна обеспечить эквивалентные условия испытания и подключить источник высокого напряжения на 200—300 мксек раньше, чем ток в ИВ пройдет через нулевое значение. При этом необходимо избежать излома в кривой тока, протекающего через ИВ. В двухчастотном контуре основная цепь с источником э. д. с. промышленной частоты и дополнительная цепь с источником повышенной частоты, превышающей промышленную частоту в нечетное число раз, могут быть выполнены в виде колебательных контуров, или ударных генераторов. На рис. 100, а показана двухчастотная схема, состоящая из двух колебательных контуров: C1L1 и C2L2. Схема предназначается в основном для испытания быстродействующих выключателей, которые гасят дугу в течение одного полупериода промышленной частоты.
Рис. 100. Работа двухчастотного контура:
а — двухчастотная схема; ОУ — отключающее устройство: ПВ — испытуемый выключатель; С1 — емкость для регулирования частоты и скорости восстанавливающегося напряжения; б — диаграмма токов контуров промышленной и повышенной частоты.
Основной контур L1 — настроен на промышленную частоту ω1. Дополнительный контур L2—С2 настроен на повышенную частоту: ω2=ηω1. Характер работы двухчастотной схемы показан на рис. 100, б. Кривые токов i1 и i2, протекающих в первом и втором контурах, и тока i12, протекающего через ОУ, характеризуют контур, для, которого п=3. С увеличением частоты второго источника э. д. с. в п раз уменьшается в п раз ток i2, по сравнению с i1, ибо при условии, что Е1≈Е2, ток
Это позволяет избежать резкого излома в кривой тока, протекающего через ИВ при гашении дуги в ВВ. Как видно из рис. 100, б, ток i12 в ВВ пройдет через нулевое значение в момент времени, отстоящий от момента прохождения через нуль тока ί1 в ИВ на t0. Соотношение амплитуд ί1 и i2 подбирается так, чтобы время упреждения ί0 составляло 200—300 мксек др момента обрыва дуги в ИВ. Из рис. 100, б видно, что ток промышленной частоты ί1 и ток повышенной частоты ί2 при подходе к нулю, в конце полупериода промышленной частоты, имеют практически одинаковые скорости изменения:
Но так как ток, протекающий через ИВ, до гашения дуги в ВВ определяется постоянными С1L1 первого контура, а после гашения дуги в ВВ — постоянными C1L1C2L2 обоих контуров, то в этот момент кривая отключаемого тока должна иметь некоторый излом. Как отмечает автор схемы В. В. Каплан [53], при пересечении кривых i1 и i2 за 30° до прохождения через нуль тока повышенной частоты производная тока в этой точке изменяется меньше чем на 13%, что окажет незначительное влияние на процесс гашения дуги.
Разработанная в ЛПИ двухчастотная синтетическая схема в настоящее время считается наиболее подходящей в отношении обеспечения эквивалентности условий испытания.
Двухчастотный колебательный контур со сдвигом тока повышенной частоты
Применение колебательного контура в цепи восстанавливающегося напряжения двухчастотного контура и использование при этом высоких частот, порядка 250 гц, приводят к повышенному затуханию колебательного разряда в этой цепи. Для повышения эффективности установки В. М. Нашатырь [72] предложил видоизменить схему двухчастотного контура, применив принцип сдвига тока повышенной частоты (рис. 101). При этом в схеме:
- уменьшается затухание напряжения дополнительного контура L2С2, что приводит к повышению эквивалентной испытательной мощности установки;
- в некоторых случаях можно испытывать выключатели с горением дуги на протяжении нескольких полупериодов 50-периодной частоты;
- в цепи восстанавливающегося напряжения можно применить различную повышенную частоту, а не только нечетную или кратную частоте отключаемого тока.
Работа схемы электрического сдвига во времени начала прохождения тока во втором контуре [72] протекает следующим образом. Предполагается, что аналогично двухчастотному контуру при помощи вспомогательного устройства первый и второй контуры включаются одновременно. В первом контуре (рис. 101) начинает протекать ток, а нормальная работа второго контура, в зависимости от настройки, начнется через некоторое время τ (рис. 102) после пробоя искровых промежутков Р1 и Р2 (рис. 101). С этого момента начинается рабочий режим контура L2C2, а все элементы схемы сдвига будут зашунтированы.
Рис. 101. Схема двухчастотного колебательного контура со сдвигом тока повышенной частоты В. М. Нашатыря (ЛПИ):
Р1, Р2 — искровые разрядники; r1 и r2, R1 и R2 — сопротивления двух плеч схемы сдвига; C3 и C4 — емкости.
Таким образом, время запаздывания разряда используется для сдвига во времени начала прохождения тока во втором контуре. Искровые промежутки Ρ1 и Р2 срабатывают неодновременно. После включения контуров во втором контуре происходит переходный процесс заряда емкостей С3 и С4. В этот период происходит перераспределение напряжений, приходящихся на искровые промежутки, что определяет очередность их пробоя. Вначале, в первой фазе процесса, между элементами схемы I—II и II—III распределение напряжения будет обусловлено зарядом емкостей С3 и С4, а затем — влиянием шунтирующих сопротивлений. Искровые промежутки Ρ1 и Р2 не должны пробиваться в первой фазе процесса и расстояние между их электродами должно быть таким, чтобы напряжения, появляющиеся на этих электродах, не вызывали их пробоя. Включение в цепь демпфирующих сопротивлений r1 и r2 должно исключить повышение напряжения при колебательном характере заряда емкостей схемы в цепи с некоторой индуктивностью и не допустить пробоя Ρ1. Во второй фазе переходного периода при условии, что Ρ1> 
должно быть больше единицы), напряжение на искровом промежутке Р2 второго плеча схемы сдвига будет постепенно уменьшаться, так как разряд С4 на сопротивление Р2 будет протекать быстрее, чем разряд С8, а на промежутке Р1 увеличиваться. После пробоя искрового промежутка Ρ2 все напряжение приходится на искровой промежуток Р1 и вызывает его пробой. С этого момента все элементы схемы сдвига перестают влиять на второй контур. Таким образом, изменяя соотношение величин Р4 и Р2, а также расстояния между искровыми промежутками Р1, можно изменять промежуток времени τ, прошедший от начала колебаний в первом контуре до появления колебаний во втором контуре.
Рис. 102. График токов при испытании в двухчастотной схеме со сдвигом тока повышенной частоты:
i1 — ток промышленной частоты; i2 — ток контура повышенной частоты; τ — время сдвига тока повышенной частоты.
Как видно из графика токов (рис. 102), ток второго контура i2 сдвинут по отношению к току первого контура на время τ. При этом ток i12 в отключающем устройстве ОУ (рис. 101) проходит через нуль в момент времени t1, т. е. на 30° — 600 мксек раньше прохождения через нуль тока в ИВ. Во втором контуре частота принимается не выше пятикратной, чтобы интервал времени между гашением дуги в ОУ и в ИВ не был очень мал. Этот интервал не должен быть также очень большим, ибо тогда переход через нуль тока ОУ будет более чем за 30° до перехода через нуль тока i3, что приведет к заметному излому в кривой отключаемого тока в момент обрыва дуги в ОУ.
Кроме ряда других условий, для нормальной работы схемы надо, чтобы ток i1 главного контура не обрывался отключающим устройством ОУ до тех пор, пока на протяжении, например, трех полупериодов (рис. 102) ток i1 протекает через ИВ и при последнем переходе через нуль наступит гашение дуги испытуемым выключателем. Иначе более раннее гашение дуги в ОУ приведет к гашению дуги в ИВ. Это нарушит нормальный процесс испытания и ИВ не будет испытан. В связи с этим образование дуги в ОУ должно наступить после начала последнего полупериода тока и перед гашением. Это можно выполнить путем подбора параметров плавкой вставки, или отключением ОУ в заданное время при помощи ПАУ.
Двухчастотный колебательный контур ЛПИ промышленного типа
После исследования двухчастотной схемы полупромышленного типа в ЛПИ был создан двухчастотный контур промышленного типа. Принципиальная схема двухчастотного колебательного контура ЛПИ [72, 54] со сдвигом тока повышенной частоты показана на рис. 103. Эта схема отличается от схемы рис. 101 тем, что здесь заземляется крайний вывод ИВ, вместо общей точки ИВ и ВВ, а также тем, что в этой схеме применены дополнительные емкости и демпфирующие сопротивления, с помощью которых регулируется скорость восстановления напряжения на дуге в ИВ. Частота контура высокого напряжения составляет 250 гц, т. е. η=5. В двухчастотном колебательном контуре можно получить восстанавливающееся напряжение промышленной частоты синусоидальной формы. Для этого испытуемый выключатель шунтируется дополнительным реактором L3. Величина индуктивности выбирается из условия:
В схеме, разработанной В. М. Нашатырь, для обеспечения одновременного включения оперативного выключателя ВВ и замыкания цепи основного контура используется схема одновременного включения [52]. Синхронизирующее устройство состоит из вспомогательного выключателя
ВВ и запального разрядника Р1, а также запального конденсатора С8, соединяющего первый и второй контуры. При включении в цепь испытательной установки конденсаторных батарей С2'' и С2"' запальный конденсатор С9 заряжается от источника э. д. с. первого контура до напряжения (т—1)U1. Если включить ВВ, то между электродами А будет приложено напряжение (т+l)U1, что вызовет быстрый пробой искрового промежутка P1, и в первом контуре начинает протекать ток короткого замыкания. В процессе испытания ИВ, в случае повторного зажигания дуги, на батарее С2 (С2', С2'', С2"') может повыситься напряжение. Поэтому в схеме предусмотрена защита, которая шунтирует эту батарею при повышении напряжения сверх допустимого.
Рис. 103. Схема двухчастотного колебательного контура ЛПИ промышленного типа.
Наряду с тем, что схема должна обеспечить защиту батарей при повышении напряжения низкой частоты не более чем на 15% от номинального, необходимо, чтобы эта защитная схема не срабатывала при наличии на зажимах двухкратного перенапряжения высокочастотного контура. Эту задачу выполняют искровые промежутки Р4 и P5, шунтируемые конденсаторами С7 и С8. Напряжение высокой частоты распределяется по конденсаторам С7 и С8 так, чтобы искровые промежутки P4 и Р5' не срабатывали. Напряжение низкой частоты распределяется по сопротивлениям, поэтому почти все напряжение будет приложено к искровому промежутку Р4 и он пробьется. Затем пробивается искровой промежуток Р5 и батарея С2 будет зашунтирована. Емкости С6 и С5, демпфирующие сопротивления r5 и r6, а также индуктивность L3 предназначены для регулирования скорости восстановления напряжения и формы кривой восстанавливающегося напряжения. Искровые промежутки Р8 и Р7 должны защищать индуктивности L1 и L2 от перенапряжений при переходных процессах. Увеличение эквивалентной, испытательной мощности синтетических схем будет рассмотрено отдельно. На рис. 103 также показаны: делитель напряжения Rz для осциллографирования напряжения основного контура, шунт Рш для осциллографирования тока, а также делитель Rg2 для катодного осциллографа IV и шлейфы I, II, III и V электромагнитного осциллографа.
