ТВН - Испытания выключателей на коммутационную способность

Косвенные испытания (ГОСТ 687—67)

Если испытания на коммутационную способность выключателя проводятся на испытательных установках (лабораторных или сетевых) или в электрических системах, в которых могут быть получены требуемые токи отключения и включения при соответствующих параметрах восстанавливающегося напряжения, то такие испытания называются прямыми.
Если же мощность испытательных установок недостаточна для проведения прямых испытаний всего выключателя на коммутационную способность, допускается проведение косвенных испытаний с помощью искусственных схем. При этом необходимо доказать достаточную эквивалентность этих испытаний.
Согласно ГОСТ 687—67, в случае недостаточной мощности испытательных установок допускается:

1. производить испытания выключателя или его полюса не прямыми методами, а с помощью синтетических схем;
2. производить испытания не всего дугогасительного устройства в целом, а отдельных разрывов или групп разрывов прямыми методами или с помощью синтетических схем.

Кроме того, рекомендуется испытания по подпунктам «а» и «б» дополнить испытаниями всего выключателя или его полюса в цикле ВО при полном напряжении и наибольшем токе, который может быть получен в испытательной установке, а также при номинальном токе отключения и наибольшем напряжении, которое может быть получено при этом. Таким образом, косвенные испытания позволяют различными путями оценить коммутационную способность выключателя при заданных условиях, хотя мощность короткого замыкания испытательной установки (или параметры ее по току отключения и напряжения при испытании) не разрешает осуществить прямые испытания.
Следовательно, синтетические, экстраполяционные (раздельные) испытания всегда будут косвенными, тогда как испытания в установках с ударными генераторами, или колебательными контурами, а также испытания в сетях могут быть, в зависимости от параметров установок, прямыми или косвенными.

Испытания по расчлененным циклам

Как показано в ГОСТ 687—67 когда нет возможности проводить испытания выключателя в номинальных циклах, допускается замена номинальных циклов соответствующими расчлененными циклами: цикл 1а — (0 — t— 0 — Т — 0 — t — 0); цикл 2а — (0 — t — 0 —180 — 0); цикл 4а— (0 — t — 0 — 20 — 0), дополненными двухкратным испытанием того же образца выключателя (без его ревизии) на включающую способность в операции В.
При испытаниях очередность операций (О и В) в расчлененных циклах должна быть выбрана такой, чтобы условия испытаний были наиболее жесткими. При проведении испытаний в расчлененном цикле [115] необходимо дополнить программу испытаний следующими испытаниями в номинальном (нерасчлененном) цикле:

1. при требуемых напряжении перед включением и токе включения, но при сниженных в операциях ВО возвращающемся напряжении и отключаемом токе (в соответствии с параметрами испытательной установки);
2. при требуемых напряжении перед включением и возвращающемся напряжении, но при сниженных в операциях ВО включаемом и отключаемом токах (в соответствии с параметрами испытательной установки).

В том случае, когда испытательная установка не позволяет произвести испытание в соответствии с пунктами а) и б), разрешается [115] эти испытания заменить испытаниями симметричным током, равным току отключения, увеличенному в (1 + 0,8 β) раз, при длительности дуги, не превышающей два полупериода, и в (1 + 0,6 β) раз, если длительность дуги превышает два полупериода.

Испытания по частям

В настоящее время в связи с ростом рабочих напряжений и мощностей энергосистем применяются выключатели с многократными разрывами на фазу (до 24 в МКП-400). Таким образом, гашение дуги во всем полюсе осуществляется в 24 разрывах. При движении траверсы все эти разрывы дугогасящих камер включаются последовательно, вследствие чего дуга лучше охлаждается и гасится более интенсивно, что позволяет уменьшать длительность горения дуги и влиять на другие характеристики выключателя. Для равномерного распределения напряжения между разрывами эти элементы шунтируются линейными сопротивлениями. После погасания дуги через шунтирующие сопротивления камеры протекает сопровождающий ток, который отключается при дальнейшем движении траверсы двумя простыми разрывами в масле.
Воздушные выключатели высокого напряжения также характеризуются многократными разрывами.
Согласно ГОСТ 687—67 при недостаточной мощности испытательной установки разрешается производить калибровку выключателей по их коммутационной способности путем испытания отдельного разрыва или группы разрывов дугогасящего устройства. За исходное положение принимается следующее: если частью фазы или одним разрывом отключается данный ток при данном напряжении, то при соблюдении некоторых условий можно утверждать, что полное число разрывов выключателя будет отключать этот ток при напряжении, большем во столько раз, сколько разрывов приходится на одну фазу выключателя. Это будет справедливо при условии, что напряжение между отдельными разрывами выключателя распределяется равномерно. Кроме того, необходимо, чтобы газодинамические, электродинамические и термические воздействия определялись тем током, который протекает через данную фазу, представляющую самостоятельный элемент. ВЭИ им. В. И Ленина и Ленинградский филиал ВЭИ в разработанном проекте стандарта по методам испытания на включающую и отключающую способность устанавливают следующие основные требования для метода испытания выключателя по частям.

1. Разрывы или группы разрывов выключателя должны быть одинаковыми по конструкции, размерам и механическим характеристикам.
2. Во время выполнения выключателем операций включения и отключения не должно быть взаимного влияния разрывов друг на друга через дугогасящую среду или электромагнитные воздействия (разрывы находятся в различных не сообщающихся резервуарах или кожухах).
3. Когда для действия выключателя требуется подача дугогасящего вещества извне (сжатого воздуха в воздушных выключателях или механически создаваемого потока масла в импульсных выключателях), питание каждого элемента должно быть независимым от питания остальных элементов, и подвод дугогасящего вещества ко всем элементам должен быть одновременным.
4. Контакты во всех разрывах выключателя должны практически одновременно размыкаться при отключении и смыкаться при включении (наибольшая разница во времени начала размыкания или смыкания отдельных разрывов или групп разрывов не должна превышать 0,005 сек).
5. Распределение напряжения по разрывам не должно зависеть от величины отключаемого тока, при этом распределение возвращающегося напряжения и переходной составляющей восстанавливающегося напряжения должно быть одинаковым.
6. Распределение напряжения между разрывами должно определяться путем одновременного осциллографирования напряжения на выключателе и на различных разрывах камеры во время отключения наибольшего тока, который способна развить установка при требуемом для данного выключателя напряжении (полном). Следует убедиться в том, что измерительная схема, с помощью которой осуществляется осциллографирование, не влияет на распределение напряжения между разрывами (оценка влияния измерительной схемы может быть произведена, например, путем сопоставления результатов измерения при снижении ее входного сопротивления вдвое-втрое).

Распределение напряжения по разрывам необходимо определять при тех же параметрах восстанавливающегося напряжения, при которых предполагается производить испытания разрывов выключателя.

1. Распределение напряжения по разрывам применительно к процессу включения (речь идет о тех разрывах, которые замыкают цепь при включении) должно определяться путем приложения к выключателю соответствующего напряжения промышленной частоты и осциллографирования напряжения на всем выключателе и на отдельных его разрывах при включении.
2. Испытаниям должно подвергаться максимально возможное число последовательно включенных разрывов в соответствии с наибольшим напряжением, при котором от испытательной установки могут быть получены требуемые токи отключения или включения.
3. Напряжение, при котором испытывается разрыв или группа разрывов, должно определяться на основании результатов измерения распределения напряжения между разрывами. Его значение должно быть не ниже напряжения, приходящегося на разрыв или группу разрывов при наиболее неблагоприятном распределении напряжения.
4. Частота переходной составляющей восстанавливающегося напряжения и коэффициент превышения амплитуды должны быть равными приведенным в гл. IV, § 26, независимо от того, какую долю от всей дугогасительной камеры составляет испытываемая часть. При апериодическом процессе восстановления напряжения скорость восстанавливающегося напряжения (гл. IV, § 26) снижается пропорционально уменьшению напряжения, при котором испытывается разрыв или группа разрывов; время t0 при этом не изменяется.

Для получения требуемой формы кривой восстанавливающегося напряжения величины полных сопротивлений, включаемых для регулирования коэффициента амплитуда, уменьшаются в у раз (у равно коэффициенту снижения возвращающегося напряжения при испытаниях разрыва или группы разрывов). Возвращающееся напряжение при испытаниях разрывов равно Uв.п./γ.
11. При испытании выключателя по частям в режиме отключения неудаленных коротких замыканий параметры короткозамкнутой линии или схемы ее замещения должны быть изменены в соответствии с величиной напряжения, при котором производятся испытания. Если это напряжение составляет 1/γ часть от Uн.р./√3, то индуктивные и волновое сопротивления отключаемой линии должны быть уменьшены в несколько раз. Остальные параметры линии (длина, коэффициент превышения амплитуда) остаются без изменения.

Раздельные испытания

Вопрос о раздельных испытаниях выключателей рассмотрен в работе 176]. В исключительных случаях, когда нет возможности произвести испытания на коммутационную способность другими методами, для выключателей с дугогасительными устройствами собственного дутья допускается производить испытание при полном напряжении и неполном токе, а также при пониженном напряжении и полном токе. При этом допустимость экстраполяции результатов указанных испытаний устанавливается на основании специальных предварительных исследований.
Условия возможности такой экстраполяции:

1. при испытании выключателя на полном напряжении при увеличении отключаемого тока, начиная с некоторого его значения, длительность горения дуги сокращается; при дальнейшем увеличении тока длительность горения дуги продолжает сокращаться или остается неизменной;
2. при испытании выключателя на данном пониженном напряжении, начиная с некоторого значения отключаемого тока, длительность горения дуги в выключателе практически не изменяется при дальнейшем увеличении тока;
3. сопоставление результатов по отключению токов при полном и пониженном напряжениях показывает, что увеличение тока и снижение напряжения не привело к уменьшению длительности горения дуги более чем на 0,005 сек по сравнению с длительностью горения дуги, полученной при отключениях наибольшего достигнутого тока при полном напряжении;
4. при испытаниях на данном пониженном напряжении форма кривой отключаемого тока остается синусоидальной, а затухание амплитуды тока во время горения дуги не превышает 20—30%.

Выражение: «Длительность дуги... практически не изменяется» надо понимать в том смысле, что при опытах на различных токах наибольшая длительность горения дуги может изменяться не более чем на 0,003 сек. При этом на каждом токе необходимо провести такое количество опытов, при котором была бы достигнута наибольшая длительность горения дуги.
Выключатели, в которых сопротивление дуги существенно влияет на величину тока короткого замыкания (снижение амплитуды отключаемого тока за счет дуги при полном напряжении превышает 15%), не могут испытываться методом раздельных испытаний.
За величину отключаемого тока при испытаниях на пониженном напряжении принимается эффективное значение симметричной составляющей тока за последний период горения дуги.
Если длительность горения дуги меньше или равна двум полупериодам, то за отключаемый ток принимается амплитудное значение тока в последний полупериод, деленное на √2.

Синтетические испытания

Установки для испытания выключателей в синтетических схемах рассмотрены в гл. VII. Однако основные вопросы методики синтетических испытаний удобнее привести в I главе, сконцентрировав здесь весь материал по методам и нормативам испытаний.
Приведенные данные по синтетическим испытаниям разработаны ВЭИ и ЛФ ВЭИ.

1. Как уже указано выше, при недостаточной мощности испытательных установок допускается [115]:
2. производить испытания на отключающую способность с помощью схем (синтетических), в испытательной цепи которых в период протекания тока действует пониженное напряжение, а перед погасанием дуги в испытуемом выключателе или непосредственно после ее погасания начинает действовать полное напряжение;

б) производить испытания на включающую способность с помощью схем (синтетических), в которых перед протеканием тока включения на выключатель действует полное напряжение, а с момента начала протекания тока или с небольшим запаздыванием после начала протекания тока выключатель оказывается подключенным к источнику полного тока пониженного напряжения.

1. При испытаниях на отключающую способность в синтетических схемах особое внимание необходимо обращать на точность синхронизации моментов включения источников питания.
2. В синтетических схемах, в которых источник полного напряжения начинает действовать непосредственно после погасания дуги в испытуемом выключателе («Схемы с подачей восстанавливающегося напряжения в нуль тока»), запаздывание в приложении восстанавливающегося напряжения по отношению к нулю тока не должно выходить за пределы (0—10 мксек). При этом среди проведенных опытов должно быть не менее одного с запаздыванием не более 3 мксек.
3. В синтетических схемах, в которых источник полного напряжения начинает действовать еще до момента погасания дуги в испытуемом выключателе («двухчастотные синтетические схемы»), пересечение кривых напряжений и токов источников полного тока и источников полного напряжения должно производиться за τ сек до момента погасания дуги в испытуемом выключателе, причем

где Тн — период колебаний тока повышенной частоты.

1. Искажения кривой тока при подходе к нулю при отключениях в синтетических схемах характеризуется путем сравнения реальной скорости подхода тока к нулю с расчетной. Расчетная скорость подхода тока к нулю:

где Uд — среднее значение напряжения на. дуге в интервале за 40—50 мксек до момента погасания дуги (берется по осциллограмме опыта в синтетической или другой схеме);
Uв — возвращающееся напряжение, при котором испытывается выключатель;
Iоткл — отключаемый ток.
Скорость подхода тока к нулю в последний полупериод дуги (среднее значение за 40—50 мксек в конце полупериода тока) при испытаниях в синтетических схемах не должна быть ниже 90% расчетной скорости. Допустимое повышение этой скорости не нормируется, однако если оно превосходит 110% расчетного значения, должно быть доказано, что такое повышение не приводит к существенному изменению условий испытания или что положительные результаты опытов получены при утяжеленных условиях испытаний.

1. При испытаниях в синтетической схеме выключателей с камерой, в которой гашение дуги происходит за счет энергии, выделяемой дугой, затухание симметричной составляющей отключаемого тока за время горения дуги должно быть не более 30%. При испытаниях выключателей, в которых дугогашение происходит за счет постороннего источника энергии, затухание симметричной составляющей тока во время горения дуги должно быть не более 50%.
2. За отключаемый ток при испытаниях в синтетической схеме принимается амплитудное значение тока в последний полупериод горения дуги, деленное на √2.
3. При испытаниях в синтетической схеме длительность приложения напряжения к испытуемому объекту после окончательного погасания дуги должна быть не менее 0,005 сек. Возвращающееся напряжение (квазистационарное напряжение, которое в сумме с переходной составляющей равно восстанавливающемуся напряжению переходного режима) в течение этих 0,005 сек по абсолютной величине должно быть больше или равно  где Uв.н — нормированное возвращающееся напряжение на полюсе;

t, сек — время отсчитываемое от момента окончательного погасания дуги в испытываемом полюсе выключателя.

1. Мощность источника восстанавливающегося напряжения синтетической схемы должна быть достаточной для обеспечения правильного воспроизведения кривой напряжения. Рекомендуется индуктивность короткого замыкания источника принимать равной индуктивности реальной сети с данным током короткого замыкания. В тех случаях, когда выдержать это соотношение не представляется возможным, следует убедиться в том, что остаточная проводимость дугогасительной камеры практически не влияет на процесс восстановления напряжения. Влияние остаточной проводимости оценивается сопоставлением кривых напряжения на выключателе при испытаниях с кривой напряжения при подаче напряжения на разомкнутый выключатель.

В тех случаях, когда испытуемый выключатель снабжен низкоомным шунтирующим сопротивлением, не всегда представляется возможным обеспечить на нем соответствующее значение восстанавливающегося напряжения из-за недостаточной мощности источника повышенного напряжения синтетической схемы. В таких случаях разрешается отсоединять низкоомные шунты от выключателя и присоединять их к соответствующим точкам синтетической схемы. При этом должна сохраниться форма кривой восстанавливающегося напряжения на выключателе (с учетом влияния на нее шунтирующего сопротивления выключателя), а влияние сопротивления на процессы в дугогасительном разрыве вблизи нуля тока должно быть таким же, как и при отключениях выключателем тока в схеме полной мощности.
Запаздывание в подключении контура тока в синтетических схемах для испытания на включающую способность не должно превышать 20% от величины времени, протекающего от момента возникновения тока между контактами при включении до момента металлического замыкания контактов.

Механические характеристики

Механические характеристики выключателя в смонтированном виде с приводом (собственное время включения и отключения, бесконтактная пауза, скорость или время движения контактов, сила их нажатия, момент на валу, расход воздуха на операцию и другие) должны обеспечивать исправную работу выключателя и параметры, гарантируемые заводом-изготовителем. При испытании на механическую стойкость (без токовой нагрузки) выключатель (с приводом) должен выдерживать следующее число включений и отключений (при номинальном напряжении на зажимах катушки соленоидного привода или номинальном давлении пневматического привода):

1. для выключателей, номинальный ток отключения которых не выше значений, приведенных ниже, — не менее 2000 отключений и столько же включений, в том числе не менее 100 циклов ВО (с подачей команды на отключение через контакты выключателя);
2. для выключателей, номинальный ток отключения которых выше значений, приведенных ниже, а также для выключателей на напряжение 110 кВ и выше — 1000 отключений и включений, куда должно входить не менее 50 циклов ВО (с подачей команды на отключение через контакты выключателя).

Кроме того, при испытании выключатель должен выдерживать не менее 25 включений и 25 отключений соответствующим приводом при наивысшем напряжении на зажимах привода, или при пневматическом приводе — при наивысшем давлении.
Выключатели, предназначенные для работы в наружных установках, должны выдерживать гололед при толщине корки льда 10 мм и ветровую нагрузку при скорости ветра до 15 м/сек, а при отсутствии гололеда — ветровую нагрузку при скорости ветра до 30 м/сек. Выключатели для наружных установок должны также изготовляться для работы в условиях гололеда при толщине корки льда до 20 мм и при ветре скоростью 15 м/сек, а без гололеда при ветре скоростью до 40 м/сек. Кроме того, выключатели, работающие в наружных установках, рассчитываются на тяжение проводов (в горизонтальном направлении в плоскости полюса) до 50 кг и до 100 кг для выключателей напряжением до 35 и 110 кВ соответственно.
Остальные виды испытания, в том числе испытания на термическую и электродинамическую устойчивость, изложены в гл. VIII.