13.9. Коммутаторы для цепей с индуктивными накопителями

Для работы ИН необходимы силовые коммутаторы. Главные трудности связаны с реализацией коммутаторов, обеспечивающих размыкание цепей при больших токах, которое может сопровождаться перенапряжениями, образованием дуг и значительными потерями энергии. Сложность коммутации цепей ИН определяется жесткими требованиями по быстродействию процессов: время разрыва (коммутации) цепи должно быть в десятки раз меньше, чем время разряда ИН на нагрузку . В противном случае значительная часть накопленной энергии теряется в коммутаторе. Обычно требуется, чтобы сек. Учитывая, что разрываемые токи при этом могут достигать десятков и сотен килоампер, а напряжения на коммутаторе – десятков киловольт, можно понять сложность обеспечения эффективной коммутации ИН. Часто коммутация цепей ИН является многоступенчатой, что требует параллельного включения коммутаторов различного типа. Коммутаторы первой ступени рассчитаны на длительные токи, имеют массивные контакты и невысокое быстродействие. При их отключении ток переходит в шунтирующие коммутаторы следующих ступеней, рассчитанные на кратковременное протекание токов и имеющие повышенное быстродействие. Рабочее напряжение на каждой последующей ступени меньше, чем напряжение горения дуги на предыдущей ступени, поэтому дугообразование не возникает, а на последней ступени разрыв тока происходит с наивысшим быстродействием, т.е. происходит обострение коммутации тока во времени. Масса, размеры и стоимость коммутационных блоков в системах с ИН могут быть соизмеримы с такими показателями накопителя, поэтому обязательно должны учитываться при комплексной разработке установок с ИН.

13.9.1. Управляемые полупроводниковые коммутаторы

В качестве элементов коммутатора могут быть использованы силовые тиристоры, снабженные устройствами управления. Отключаемый ток через один элемент не превышает 10 А при напряжении на нем до нескольких киловольт. Тиристоры имеют ограничение по скорости изменения тока и напряжения. Для создания коммутаторов с параметрами, представляющими практический интерес, требуется последовательно-параллельное соединение большого числа тиристоров с устройствами распределения тока и напряжения по элементам.

13.9.2. Вакуумные выключатели высокого напряжения

Отключаемый ток не превышает нескольких килоампер, а напряжение – 50-100 кВ. Сравнительно просто вакуумные выключатели для повышения напряжения на коммутаторе могут быть соединены последовательно. Вакуумные выключатели при коммутации зарядного тока накопителя требуют вспомогательный колебательный контур для перевода тока через нуль. Контур состоит из конденсатора емкостью до 10 Ф, заряженного перед коммутацией до напряжения несколько киловольт, а также индуктивности соединительных проводов. При коммутации ток разряда конденсатора направлен против коммутируемого тока, в результате ток, протекающий через вакуумный выключатель, переходит через нуль и дуга в выключателе гаснет. С помощью вакуумного выключателя решена проблема коммутации накопителя, предназначенного для испытаний выключателей постоянного тока класса напряжения 400 кВ.