2.8 Отключение цепей с повышенной частотой тока

В связи с применением высокочастотной закалки и высокочастотных печей электрические аппараты используются для отключения цепей с частотой тока до 10000 Гц напряжением до 1500 В и токах до 600 − 1000А.

Рассмотрим восстанавливающееся напряжение, которое имеет место при отключении таких установок.

При выводе (2.13) было принято, что ЭДС источника при процессе восстановления напряжения постоянна. При частотах порядка 10000 Гц такое допущение неправомерно, так как собственная частота рассматриваемых цепей соизмерима с частотой источника. В этом случае напряжение восстанавливающееся на контактах выключателя, выражается формулой

, (2.18)

где Е − амплитуда ЭДС источника; − угловая частота источника питания; − собственная частота колебаний отключаемой цепи; − коэффициент затухания собственных колебаний, .

Для анализа кривой восстанавливающегося напряжения примем . Тогда (2.18) принимает вид

(2.19)

В кривой восстанавливающегося напряжения различаются составляющие установившегося режима

и переходного режима . Эти составляющие и результирующая кривая представлены на рисунке 2.19, а. Амплитуда восстанавливающегося напряжения возрастает постепенно по мере затухания переходной составляющей е₂. Максимальная амплитуда восстанавливающегося напряжения равна амплитуде ЭДС источника. При отключении чисто активной цепи после погасания дуги на промежутке восстанавливается ЭДС источника е₁ и переходная составляющая не возникает (рисунок 2.19, б). Амплитуда напряжения на промежутке появляется через четверть периода источника питания. Если сравнить кривые рисунка 2.19, а и б, то видно, что в случае отключения чисто активной цепи условия восстановления напряжения более тяжелые, чем при отключении чисто индуктивной цепи. Следует отметить, что при частоте 50 Гц к каждому переходу тока через нуль температура дуги спадает на 30 − 50 % максимального значения. Это облегчает условия отключения. При повышенной частоте из-за тепловой инерции дугового разряда такого снижения температуры не наблюдается, что затрудняет гашение дуги. Если частота тока приближается к 10 кГц, то условия гашения дуги переменного тока примерно такие же, как и при постоянном токе. Наиболее эффективным средство гашения дуги при повышенной частоте является применение дугогасящей решетки.

Рисунок 2.19 − Процесс восстановления напряжения при

повышенной частоте тока

2.9 Отключение малых индуктивных токов

При отключении малых индуктивных токов из-за эффективной деионизации возможен обрыв (срез) тока до естественного прохождения его через нуль. Срез тока при отключении индуктивной цепи может привести к перенапряжению, опасному для изоляции аппарата и отключаемого оборудования. На практике срезы тока встречаются при отключении первичных обмоток трансформаторов на холостом ходу или при небольшой индуктивной нагрузке.

Упрощенная схема замещения представлена на рисунке 2.20, а. При срезе тока электромагнитная энергия, накопленная в индуктивности трансформатора переходит в электростатическую

, (2.20)

где − индуктивность трансформатора; − ток среза; − эквивалентная емкость трансформатора; − напряжение на трансформаторе при срезе (параллельно с источником показана емкость источника питания ).

Согласно (2.20) напряжение на трансформаторе при срезе тока

Так как невелико, то может достигать весьма больших значений которые могут привести к пробою изоляции трансформатора. Исследования показали, что при отключении малых индуктивных токов перенапряжения могут достигать 4U_ном в сетях 110 кВ и 8U_ном в сетях 6 кВ . Для ограничения перенапряжений контакты коммутирующего аппарата шунтируются резистором, который переводит колебательный процесс изменения напряжения на трансформаторе в апериодический (рисунок 2.20, б).

В этом случае коммутирующий аппарат имеет два разрыва, один из которых шунтирован резистором . Вначале расходятся контакты К1, и резистор через генератор подключается параллельно трансформатору. Электромагнитная энергия переходит в тепловые потери на этом резисторе. Сопротивление резистора должно быть

С точки зрения уменьшения перенапряжений значение должно быть возможно меньше. Минимальное значении ограничивается отключающей способностью второго разрыва К2.

Рисунок 2.20 −К процессу среза тока