Во Всесоюзном электротехническом институте им. В. И. Ленина разработана синтетическая схема с подачей восстанавливающегося напряжения в нуль тока. Скелетная схема приведена на рис. 104. В качестве источника тока применен колебательный контур, а источником восстанавливающегося высокого напряжения является генератор импульсов напряжения (ГИН) в сочетании с цепью для регулирования скорости восстанавливающегося напряжения, включающей секционированный реактор Lв.н и батарею конденсаторов Св.н. При испытаниях отключаемый ток проходит через два дугогасящих устройства: испытуемый выключатель ИВ и вспомогательный выключатель ВВ.
Рис. 104. Скелетная синтетическая схема ВЭИ на базе колебательного контура: Ск, Lк — параметры колебательного контура (источника тока); Св.н, Lв.н и r — регулируемые величины контура восстанавливающегося напряжения; R и L— активный и индуктивный шунты в цепи тока испытательной установки; нулевое реле, элемент блокировки — элементы автоматического управления опытом (см. гл. X).
При достижении током нулевого значения электрическая дуга в ИВ и ВВ гаснет. В этот момент происходит замыкание управляемого искрового промежутка и к ИВ прикладывается высокое напряжение от источника восстанавливающегося напряжения, амплитуда и частота которого определяется параметрами цепи Сгин, Св.н и Lв.н. В синтетической схеме применено оригинальное синхронизирующее устройство, описанное в работах Η. М. Чернышева, В. Д. Ляшенко и А. М. Арзяева (ВЭИ) [34, 99, 100, 103, 104]. Для того чтобы исключить запаздывание в приложении восстанавливающегося напряжения к испытуемому объекту, синхронизирующее устройство дает импульс на срабатывание источника восстанавливающегося напряжения с опережением по отношению к моменту достижения током нулевого значения. Это опережение должно соответствовать собственному времени работы источника восстанавливающегося напряжения и не зависеть от условий испытания. Наличие точного синхронизирующего устройства позволило создать условия испытания при синтетической схеме испытательной установки, эквивалентные условиям работы выключателя в реальной сети.
Опыт работы схемы в ВЭИ показал, что синтетическая схема такого вида обладает весьма большой гибкостью, что особенно важно в исследовательской работе. Независимость параметров источника тока и напряжения позволяет в широких пределах изменять характер процесса восстановления напряжения. Если колебательный контур дает ток 10000 а, а импульсный генератор рассчитан на напряжение 400 кВ, то мощность отключения синтетической схемы будет составлять
Р = UI = 400 · 10000 = 40000 МВА.
Частота восстанавливающегося напряжения будет зависеть от значений L и С испытательной цепи. После подключения источника восстанавливающегося напряжения через ИВ и ВВ (рис. 104) протекают токи остаточной проводимости, которые также влияют на затухание кривой восстанавливающегося напряжения. В условиях реальной сети ток остаточной проводимости протекает через один выключатель и можно считать, что в этом случае затухание должно быть меньше. Однако опыт ВЭИ показал, что затухание при испытании в синтетической схеме меньше, чем для реальной сети. Последнее можно объяснить тем, что в реальной сети затухание обусловлено не только потерями энергии в дуге, на контактах ИВ, но и активными потерями в проводах, магнитопроводах, утечками по изоляции и др. Для увеличения затухания в синтетической схеме в цепь восстанавливающегося напряжения включается активное сопротивление r (рис. 104). Уменьшение затухания в синтетической схеме можно также объяснить тем, что при испытании быстродействующих воздушных выключателей у последних остаточный ток проводимости мал. При других типах выключателей с большей остаточной проводимостью затухание может быть выше. Путем увеличения емкости и уменьшения индуктивности испытательной цепи (при постоянном значении L·С) можно уменьшить затухание кривой восстанавливающегося напряжения при испытании в синтетической схеме. При испытании выключателя на отключающую способность ранее били установлены (проект ЕЭИ) два характерных параметра: отключение полной гарантированной мощности и отключение половинной мощности. В первом случае испытания производятся при низких значениях частоты переходной составляющей напряжения, во втором — при высоких значениях частоты. Кроме того, в первом случае, токи остаточной проводимости, в промежутке между контактами выключателя, могут быть наибольшими, поэтому испытания на отключение 100% гарантированной мощности желательно производить при индуктивности испытательной цепи, равной или меньшей индуктивности реальной сети. При наличии шунтирующих сопротивлений индуктивность испытательной цепи может иметь меньшее значение. Приняв для колебательного контура ВЭИ максимальное значение тока короткого замыкания равным Iк.з=14,5 ка для индуктивного сопротивления цепи короткого замыкания получаем.
Следовательно, для синтетической схемы надо применить секционированный реактор с L=75 и 150 мгн при U=400 кВ эф., и L=37,5-75 мгн при U=200 кВ, эф. Для синтетической схемы ВЭИ по конструктивным соображениям выбран реактор со средним значением индуктивности L=120 мгн; реактор имеет 4 секции, каждая на 30 мгн, и рассчитан на напряжение 100 кВ. эф. В табл. 15 показаны схемы соединения секций реактора. Величина емкости С0 (табл. 16), необходимая для регулирования скорости восстанавливающегося напряжения в синтетической схеме ВЭИ, составлена из четырех последовательно соединенных конденсаторов (табл. 16) с емкостью каждого 0,2 мкф, на напряжение 250 кВ. Различные значения емкостей для изменения частоты восстанавливающегося напряжения можно получить, как показано в табл. 16.
Рис. 105. Электрическая схема импульсного генератора цепи восстанавливающегося напряжения.
Таблица 15
Значение индуктивности реактора Lпри различных напряжениях колебательного контура
Схема соединений секций
Батарея позволяет применить напряжение до 1000 кВ. В реальной сети значение восстанавливающегося напряжения при неодновременном гашении дуги может достигать больших значений. Так, например, если на одной из фаз выключателя дуга погаснет раньше, чем в других фазах, то значение восстанавливающегося напряжения на этой фазе будет
где 1,8 — характеризует возможную величину коэффициента перенапряжения. Для выключателя 400 кВ
Таблица 16
Значения емкости С0 для регулирования частоты восстанавливающегося напряжения
Источником восстанавливающегося напряжения в синтетической схеме ВЭИ на базе колебательного контура является ГИН. схема которого дана на рис. 105. Напряжение его составляет 400 √2 кВ. емкость в разряде 2,4/8=0,3 мкф. Частота колебаний в цепи источника восстанавливающегося высокого напряжения является функцией параметров L и С цепи.
Значение установившегося напряжения Uy, являющегося осью колебаний, зависит от соотношения между емкостями Сгин и СВН батареи для регулирования скорости восстановления напряжения, обозначенными на рис. 106. Значения величин
Рис. 106. Схема для определения частоты колебаний в цепи источника восстанавливающегося напряжения: L — регулируемая индуктивность цепи восстанавливающегося напряжения — ударная емкость генератора импульсов напряжения; СВ.Н, CГИН — емкости конденсаторной батареи для регулирования скорости восстановления напряжения; О — объект испытания;
В табл. 17 приведены параметры, характеризующие источник восстанавливающегося напряжения синтетической схемы ВЭИ, на базе колебательного контура.
Таблица 17
Основные параметры источников восстанавливающегося напряжения
Представленные на принципиальной схеме (рис. 104) узлы схемы автоматического управления и синхронизации источника тока и восстанавливающегося напряжения (нулевое реле, элемент блокировки и др.) детально рассматриваются в гл. X. Понимание работы схемы возможно после ознакомления с принципами устройства прибора автоматического управления опытом (ПАУ) и синхронизирующего устройства (СУ). На рис. 107 приведена электрическая схема синтетической установки ВЭИ, на базе колебательного контура, со схемой автоматического управления включением источника восстанавливающегося напряжения в «нуль тока», разработанной Η. М. Чернышевым. Основными элементами синтетической схемы являются следующие: колебательный контур, состоящий из реактора батареи конденсаторов С1, С2, С3 и С4; оперативный ОВ и испытуемый ИВ выключатели; цепи включения и отключения соленоидов СВ и СО выключателей; зарядный трансформатор Тр2 и зарядное устройство на лампах Л1 и Л2. Переключение конденсаторов С1...С4 в различные соединения (см. табл. 13) производится при помощи двигательных приводов М1 ... М5 с пульта управления. Предварительное соединение требуемой схемы производится вручную до начала испытаний. С левой стороны на рис. 107 обозначены цепи автоматики, сигнализации и блокировки. Подача восстанавливающегося напряжения на испытуемый выключатель ИВ производится по схеме Η. М. Чернышева в момент прохождения отключаемого тока через нулевое значение. Для осуществления этой задачи (правая часть рис. 107) от воздушных трансформаторов тока ТТ напряжение подается на активный и индуктивный шунты, а затем на синхронизирующее устройство (см. гл. X). При переходе тока отключения через нулевое значение синхронизирующее устройство посылает электрический импульс тока, который поджигает быстродействующий замыкатель ВЗ2 и тем самым включает источник восстанавливающегося напряжения ГИИ. После срабатывания ГИН и пробоя БЗ3 на контакты испытуемого выключателя подается высокое восстанавливающееся напряжение заданной амплитуды и частоты. Детальное рассмотрение схемы (рис. 107) дано в работах [18, 86, 103, 104, 100, 99, 107].
