1.5. Электродинамическая и термическая стойкость
Требования к ВВ выдерживать без повреждений воздействие токов КЗ, характеризуются понятиями электродинамической и термической стойкости ДУ.
Ток электродинамической стойкости Iд определяет максимально возможные механические (электродинамические) усилия, возникающие вследствие протекания тока по токоведущим и контактным системам ДУ, способные не только деформировать токоведущие и контактные системы ДУ, но и вызвать вибрацию контактов, что, в конечном счете, приведет к свариванию последних. Так как Iд = Кд Iо. ном, где Кд = 2,5 — коэффициент электродинамической стойкости, то последний действителен (в соответствии с ГОСТ 52565-06) для сетей с сos φ < 0,15 и постоянной времени 45 мсек. Этот частный случай в энергосистеме выбран как нормирующий при испытаниях ВВ. Процесс возникновения тока КЗ и апериодической составляющей носит случайный характер и реальная предельная амплитуда тока КЗ — ударный ток Iу (см. рис. 1.1), а, следовательно, и коэффициент Кд, зависят от многих параметров электроэнергосистемы (более подробно см. Приложение 4).
Термическая стойкость ВВ характеризуется значением номинального тока отключения (тока термической стойкости) Iт = Iо. ном и нормированным временем его протекания (время короткого замыкания). ВВ должен выдерживать в течение заданного времени протекание тока КЗ без перегрева токоведущего контура свыше допустимой температуры: перегрев может привести к уменьшению механической прочности токоведущих и контактных систем ДУ. Время протекания тока Iт выбирается из ряда 1, 2, 3 с.
1.6. Номинальные циклы операций. Коммутационный ресурс
В подавляющем большинстве случаев КЗ на линиях, не связанные с повреждением изоляции, могут быть ликвидированы путем прерывания тока на время, не превышающее 0,3 с, необходимое для деионизации открытой дуги КЗ. При этом снова появляется возможность включения установки под рабочее напряжение. Отсюда вытекает необходимость выполнения ДУ определенной последовательности операций, связанных с отключением поврежденного участка сети и последующим включением его в работу. Это так называемые циклы автоматического повторного включения (АПВ):
O – tбт – ВО – 180 с – ВО,
где tбт – нормированная бестоковая пауза. При быстродействующем АПВ это значение принимается равным 0,3 с — цикл 1 (быстродействующее АПВ) или 180 с — цикл 2. Для ВВ менее 220 кВ, предназначенных для работы при АПВ, кроме циклов 1, 2, нормируется цикл О – tбт – ВО - 20 с - ВО.
Механическая работоспособность определяется приводами ВВ. Они оснащаются приводами независимого (косвенного) действия, совершающими операции В и О за счет энергии, предварительно накопленной до совершения операции, – пневматическими, пружинными или гидравлическими приводами.
Так как пополнение запасенной энергии в приводах требует некоторого времени (от десятков секунд до нескольких минут), то для ВВ, предназначенных для работы при АПВ, минимальный запас энергии в приводе должен обеспечить выполнение цикла О - ВО с нормируемыми характеристиками работы механизма выключателя. Пополнение запасенной энергии в приводах путем взвода пружины или подкачки масла в гидравлической системе также требует некоторого времени (от десятков секунд до нескольких минут), поэтому первые операции О - tбт - ВО цикла АПВ (О - tбт - ВО - 3 мин - ВО) ВВ должен выполнить без пополнения запаса энергии с нормируемыми характеристиками работы механизма ВВ.
Включение и отключение ВВ обычно производится с помощью пусковых электромагнитов, воздействующих на удерживающее устройство привода (защелка) или на пусковой пневматический или гидравлический клапан включения (отключения). Диапазон нормируемых напряжений для работы цепей электромагнитов при питании постоянным током следующий: для включающих электромагнитов — от 80 -110 % номинального напряжения, для отключающих электромагнитов — 70 -110 %.
Электродвигатели приводов, используемые для взвода пружин или приведения в действие индивидуального компрессора или насоса, должны нормально работать в диапазоне от 85 до 110 % номинального напряжения при питании постоянным током и в диапазоне от 80 до 110 % номинального напряжения при питании переменным током.
Механический ресурс устанавливается на уровне 2000 циклов «включение – отключение» (ВО) для ВВ нормального исполнения и 10 000 циклов ВО для ВВ с повышенной механической стойкостью.
Коммутационный ресурс был ранее установлен (до 2006 г.) как гарантированное количество отключений токов КЗ в зависимости от значения номинального тока отключения (60 - 100% Iо. ном) и типа выключателя (газовый, масляный). В частности, для масляных (маломасляных) выключателей при Iо. ном : 20; 25-31,5; 40, 50, 63 кА коммутационный ресурс был установлен так: Nк = 10, 7, 6, 6, 6 отключений, соответственно. Хотя реально в эксплуатации, при токах Iо. ном > 31,5 кА коммутационный ресурс для ВМ и ВММ значительно ниже.
В ГОСТ Р 20556-2006 нормируют коммутационный ресурс только для газовых (элегазовых) и вакуумных выключателей для 100 % Iо. ном с указанием необходимости увеличения этих нормативов в 1,7 раза при 60 % Iо. ном (см. табл. П.1.6 в Приложении 1). Типичная характеристика по коммутационному ресурсу для вакуумного ВВ типа VD4 (12/10 кВ, Iо. ном = 40 кА) приведена на рис. 1.10.
Отсутствие связи характеристик Nк (Iо. ном) со временем горения дуги на дугогасительных контактах ДУ вызывает сомнение в корректности такого представления коммутационного ресурса. Поэтому регистрация и контроль реального времени дуги отключения при коммутации КЗ, критических токов — важные факторы при оценке реального коммутационного ресурса ДУ.
Рис. 1.10. Зависимость коммутационного ресурса от тока короткого замыкания