1.4. Предельная отключающая способность
Номинальные параметры ДУ при отключении нормированных КЗ (на выводах ВВ, по линии, с апериодической составляющей и т. д.) на один разрыв определяют предельную отключающую способность ДУ.
Принято выделять предельную отключающую способность ДУ в тепловой фазе пробоя, когда после перехода тока через нуль имеются остаточный ток и след плазмы высокой температуры, способные инициировать пробой межконтактного промежутка в начальной стадии ПВН (в частности, в режиме НКЗ — пробой между контактами ДУ происходит в первые микросекунды после нуля тока), и отключающую способность ДУ в диэлектрической фазе пробоя, когда пробой межконтактного промежутка (в частности, номинальный режим 100 % Iо. ном) происходит через 100 мкс и более, при этом пробой связан в основном с параметрами газа в потоке между дугогасительными контактами для газовых ВВ, состоянием элементов ДУ (контактов и сопловых конструкций), конфигурацией межконтактного пространства и распределением электрического поля между экранными и контактными элементами ДУ.
Отключающая способность в тепловой фазе пробоя. Для оценки отключающей способности ДУ в тепловой фазе пробоя обычно используется зависимость между предельной скоростью роста напряжения на контактах ДУ dU/dt (кВ/мкс) и скоростью подхода тока отключения к нулю dI/dt (кВ/мкс).
Для газовых ВВ, при известном давлении в камере ДУ р (р — высокое давление, которое определяет массовый расход дугогасящей среды) в момент перехода тока отключения через нуль, отключающая способность определяется так:
,
(1.5)
где K, m, n — эмпирические коэффициенты.
Рис. 1.7. Предельная отключающая способность в тепловой фазе пробоя для газовых ДУ
Некоторые сведения по предельной отключающей способности в тепловой фазе пробоя некоторых газов и их смесей в ДУ при р = 2 МПа приведены на рис. 1.7. Отношение парциальных давлений во всех газовых смесях было 1 : 1 [1]. Предельная отключающая способность воздушного ДУ и элегазового ДУ в зависимости от давления р при dI/dt = 13,5 А/мкс приведена на рис. 1.8 [1]. Кривые dU/dt (dI/dt), приведенные на рис. 1.7 и рис. 1.8, показывают высокую отключающую способность элегазовых ДУ по сравнению с другими газовыми ДУ.
Рис. 1.8. Предельная отключающая способность воздушного и элегазового ДУ
Используя зависимости (1.3) и (1.5), можно записать
где е = m/(1 + n); α = 1/(1 + n).
Графически предельный ток отключения IT в тепловой фазе пробоя определяется по пересечению кривой 1 (согласно уравнению (1.5) с кривой 2, согласно уравнению (1.3) (см. рис. 1.9).
Тепловая фаза пробоя межконтактного промежутка связана с остаточным током, с высокой проводимостью остаточного следа электрической дуги отключения после перехода тока через нуль.
Благодаря высоким дугогасящим и электрическим свойствам элегаза после нуля тока, остаточный ток в элегазовых ДУ мал (~ 1- 4 А), его длительность ~ 2-6 мкс, тогда как в воздушных ДУ длительность остаточного тока ~ 10 -100 мкс, ток ~ 10 -100 А.
Рис. 1.9. Определение предельной отключающей способности ДУ
Отключающая способность в диэлектрической фазе пробоя. Принято считать, что диэлектрическая фаза пробоя для газовых ДУ определяется параметрами газового потока и распределением электростатического поля в межконтактном промежутке. Данный подход обычно предполагает режимы отключения номинального тока, малых емкостных и индуктивных токов. Однако и при отключении 100 % Iо. ном предполагается, что возможный пробой происходит в области предельных перенапряжений (согласно граничной кривой волны ПВН) и также относится к диэлектрическому пробою. Если принять максимальный уровень перенапряжений как uc (см. рис. 1.9), то предельный ток отключения IЗ определяется по пересечению кривой 4, характеризующей максимальной уровень ПВН при 100 % (для данного номинального напряжения сети), с кривой 3 как характеристикой предельной отключающей способности ВВ при 100 % Iо. ном. Однако как показывают результаты испытаний ВВ при 100 % Iо. ном на предельные параметры по напряжению на разрыв, имеются электрические пробои межконтактного промежутка на фронте волны ПВН (до напряжения uc). Поэтому характеристики (рис. 1.9) взаимодействия ДУ с отключаемой сетью (линией) относительно условны и лишь качественно отображают реальные процессы при отключении.
Деление посленулевого временного периода на фазы достаточно условно и вводится для выделения некоторых особенностей процесса восстановления прочности при воздействии нормированных ПВН. Временные зоны между тепловой фазой пробоя и диэлектрической фазой пробоя составляют для воздушных ДУ сотни микросекунд (для элегазовых ДУ — десятки микросекунд) и определяются как параметрами ВВ, так и жесткостью сети для данного режима отключения.