1. Эксплуатационные требования к выключателям переменного высокого напряжения

1.1. Номинальные параметры

Эксплуатационные требования к дугогасительному устройству ВВ определяются требованиями электроэнергосистемы к функционированию ВВ в конкретной точке электроэнергосистемы.

По назначению ВВ делят на следующие группы:

1. Сетевые ВВ на номинальное напряжение 6 кВ и выше (в настоящее время в России до 1150 кВ), применяемые в электрических сетях и предназначенные для пропуска и коммутации тока в нормальных условиях работы цепи и при коротких замыканиях (КЗ).

2. Генераторные ВВ на напряжения 6-24 (27) кВ, предназначенные для пропуска и коммутации токов в нормальных условиях, а также в пусковых режимах и при КЗ.

3. ВВ на напряжения 6-220 кВ для электротермических установок. Эти ВВ предназначены для пропуска и коммутации токов в нормальных и аварийных режимах.

4. ВВ специального назначения.

По виду установки ВВ можно разделить на следующие группы:

1. Колонковые (основная изоляция относительно земли опорного типа, дугогасительное устройство находится в изоляционном корпусе).

2. Баковые (дугогасительное устройство находится в металлическом заземленном баке), снабженные высоковольтными газонаполненными изоляционными вводами.

3. Для ОРУ, ЗРУ и КРУЭ высокого напряжения.

В частности, ВВ, предназначенные для ОРУ, подвергаются непосредственному воздействию всех климатических и метеорологических факторов: различные осадки, обледенение (корка льда до 20 мм), ветровых нагрузок (скорость ветра до 40 м/с), изменения температуры в широких пределах. Все эти факторы создают дополнительные нагрузки на конструкции ДУ.

Такое разнообразие видов и функциональных особенностей ВВ в эксплуатации требует стандартизации и унификации их номинальных параметров, введение параметрических рядов номинальных (нормированных) параметров, что непосредственно отражается и на номинальных параметрах ВВ.

Требования электроэнергосистем, предъявляемые к ВВ, изложены в ГОСТ Р 52565-2006, в котором учтены основные нормативные положения и рекомендации к ВВ Международной электротехнической комиссии МЭК (МЭК 62271-100, 2001г.; МЭК 60694, 1996г.).

ГОСТ Р 52565-2006 определяет номинальные (нормированные) параметры ВВ, характеристики и испытания по их оценке, отражающие комплексные взаимодействия энергосистем (электроустановок) с ВВ (а, следовательно, с ДУ) в эксплуатации.

Рассмотрим некоторые важные номинальные параметры ВВ и требования к ним согласно ГОСТ Р 5256-2006.

Номинальные параметры. К номинальным (нормированным) параметрам ВВ относятся: номинальное напряжение U_ном; наибольшее рабочее напряжение U_{н. р}; номинальный ток I_ном; номинальный ток отключения I_{о. ном}; номинальный ток включения I_{в. ном}; номинальное переходное восстанавливающееся напряжение (ПВН) при КЗ на выводах ВВ; номинальные характеристики при неудаленных КЗ (НКЗ); номинальная последовательность операций (номинальные циклы); номинальное напряжение включающих и отключающих устройств (электромагнитов) и др.

Номинальное напряжение U_ном выбирается из параметрического ряда: U_ном, (кВ): 3,6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750; наибольшее рабочее напряжение U_{н. р} на 20 % выше номинального U_ном.

Номинальный ток I_ном — это действующее значение наибольшего тока, допустимого по условию нагрева частей выключателя, в длительном режиме: I_ном, (А): 200, 400, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3150, 4000, 5000, 6300, 8000, 10 000, 12 500, 16 000, 20 000, 25 000, 31 500.

Номинальный ток отключения I_{о. ном} выбирается из параметрического ряда: I_{о. ном}, (кА): 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250.

I_{о. ном} — действующая периодическая составляющая тока отключения i_о к моменту возникновения дуги отключения между дугогасительными контактами ВВ, где ток отключения i_о — это наибольший ток, который ВВ может отключить при наибольшем рабочем напряжении и нормированных условиях восстановления напряжения.

Рис. 1.1. Периодическая и апериодическая составляющие тока КЗ

Ток отключения характеризуется действующим значением его периодической составляющей I_оп = I_{о. ном}, а также нормированным процентным содержанием b_н апериодической составляющей, равным отношению апериодической составляющей i_а тока отключения к амплитуде периодической составляющей того же тока в момент размыкания дугогасительных контактов. Периодическая и апериодическая составляющие тока КЗ показаны на рис. 1.1. Ток отключения ВВ в момент ЕЕ' (размыкание дугогасительных контактов ВВ и возникновение электрической дуги отключения) определяется суммой периодической и апериодической составляющих:

. (1.1)

Нормированное процентное содержание апериодической составляющей β_н тока КЗ определяется по кривой, представленной на рис. 1.2. Время τ, мс

,

где τ_о.с — собственное время отключения выключателя; 10 — время действия релейной защиты, мс.

Рис. 1.2. Нормированное процентное содержание апериодической составляющей тока КЗ

Согласно ГОСТ Р 52565-2006 испытания на отключение номинального тока отключения с апериодической составляющей осуществляются с постоянной времени 45 мс. Согласно рекомендациям МЭК постоянная времени 45 мс перекрывает большую часть случаев отключения для сетей на номинальные напряжения до 330 кВ. Однако постоянная времени зависит от номинальных параметров энергосистемы и ее электрооборудования: например, для систем с высоким номинальным напряжением 500-1150 кВ, с большими длинами линий передачи, заканчивающихся мощными трансформаторами, постоянные времени увеличиваются до 110 мс, а в генераторных системам среднего напряжения постоянные времени достигают 200-300 мс.

Номинальный ток включения I_{в. ном} — наибольший ток, который выключатель может включить при наибольшем рабочем напряжении. При КЗ в цепи переменного тока за время около 10мс ток достигает значения i_у (см. рис. 1.1), называемого ударным током КЗ. Ток i_у состоит из двух составляющих: периодической (симметричной) i_п = и апериодической i_а = 0,8 , тогда ударный ток КЗ

. (1.2)

Номинальный ток включения I_{в. ном} должен быть не менее ударного тока КЗ. ВВ должен выдерживать во включенном положении без повреждений ток электродинамической стойкости I_д = К_дI_{о. ном}, где К_д = 2,5 — коэффициент электродинамической стойкости.