8. Переходное восстанавливающееся напряжение на контактах выключателя. Нормирование пвн. Проверка выключателей по пвн.

8.1. Переходное восстанавливающееся напряжение.

Переходным восстанавливающимся напряжением (ПВН) называется напряжение, появляющееся на полюсе выключателя после погасания в нем дуги. Различают понятия: действительное ПВН и ПВН системы. Действительное ПВН - это напряжение, измеренное на полюсе выключателя и оно зависит от схемы и параметров системы, а также от конструкции и свойств выключателя. ПВН системы является характеристикой системы и влияние конструкции и свойств выключателя на процесс отключения исключается.

Рассмотрим процесс отключения однофазной цепи при К.З. «идеальным» выключателем (сопротивление дуги равно нулю, а сопротивление промежутка между контактами равнопосле погасания дуги). Пусть известныcиg .После окончания переходного процесса на контактах выключателя восстанавливается напряжение, практически равное напряжению источника питания. Тогда для схемы на рис. 8.1:

U_m = const

Для свободных составляющих токов и напряжений при переходном процессе справедливы уравнения:

Рис. 8.1. Схема замещения.

(1)

(2)

Подставим (2) в (1), найдем:

или

U_c = U_{c пр} + U_{c св}

Рис. 8.2.

U_{c пр} = U

Характеристическое уравнение имеет вид:

Его решение дает:

, заменим

 - b - угловая частота свободных колебаний.

Рассмотрим различные случаи.

1) Если а<1, то корни уравнения комплексные сопряженные: -bj_св . Решение уравнения для свободного процесса имеет вид U_{c св} = Ае^-bt sin(_свt+), гдеА и - постоянные интегрирования, определяемые из начальных условий. Таким образом переходный процесс имеет колебательный характер с затухающей по экспоненте амплитудой.

2) Если а>1, то корни уравнения и действительные и разные, при этом U_{c св} = А₁е^{-p t} + А₂е^{-p t} - благоприятно для гашения дуги.Переходный процесс имеет апериодический характер.

3) Если а=1, то корни уравнения действительные и равные==p.При этом U_{c св} = Ае^-pt ( аналогично а>1). Здесь имеет место граничный случай апериодического процесса.

Для повышения коэффициентааиспользуют шунтирующие сопротивления на контактах выключателя. На рис. 8.3 показана схема включенияR_ш, где 1 - главные контакты, 2 - дугогасительные контакты.

Рис. 8.3. Схема замещения.

Отключение происходит в 2 этапа. Первый этап это размыкание главных контактов. При размыкании главных контактовg_ = g+ 1/R_ш. Отсюда следует, что чем меньшеR_ш, тем большеg_ . При определенномg_ можно добиться а1 - апериодический процесс затуханияU_{c св}. Второй этап это размыкание дугогасительных контактов. При размыкании дугогасительных контактов между ними зажигается дуга. Дуга оказывается последовательно включенной сR_ш.

8.2. Нормирование пвн.

Рис. 8.4. Нормированная характеристика ПВН для выключателей до 35 кВ включительно в незаземленных сетях.

Рис. 8.5. Нормированная характеристика ПВН для выключателей 110 кВ и выше в эффективно-заземленных сетях.

Нормированные характеристики ПВН определяют требования к выключателям. Они необходимы как заводам-изготовителям, так и инженерам проектных организаций. Эти характеристики были получены статистически. Номинальные характеристики ПВН представлены в виде таблиц и графиков отдельно для эффективно-заземленных сетей и сетей незаземленных или заземленных через дугогасящие реакторы, поскольку переходный процесс в указанных сетях протекает не одинаково (Васильев А.А. Табл. 10.1 и Табл. 10.2). Нормированная характеристика для сетей до 35 кВ представляет собой ломанную линию (рис. 8.4). Максимальное значение ПВНU_c установлено равным U_c = К_а  К_пф  U_{нб. раб.}, гдеU_{нб. раб}- наибольшее рабочее напряжение;К_а- коэффициент амплитуды (=1,5);К_пф- коэффициент первогасящей фазы (1,41,5). КоординатыU_c1 =U_c1 / 3 иt₁= 0,15t₃определяют линию запаздывания.

Для эффективно-заземленных сетей с номинальным напряжением 110 кВ и выше номинальная характеристика представлена на рис. 8.5. Первое условное напряжение U’_c1 =К_пф  U_{нб. раб.}, гдеК_пф- коэффициент первогасящей фазы равен 1,3, что соответствует трехфазному КЗ на землю в эффективно-заземленной сети. Максимальное значение ПВНU_c установлено равным U_c = К_а  К_пф  U_{нб. раб.}, гдеК_аравен1,42,5;К_пфравен 1,41,5. Координатыt₂ и t₃ зависят от номинальных напряжений и тока отключения выключателя, а координаты линии запаздыванияU_c1 =U_c1 / 2 иt₁= 0,5t₃.

В обоих случаях расчетная кривая ПВН системы должна пересекать линию запаздывания один раз и не должна выходить за пределы нормированной характеристики определяемой координатами U_cиt₃(35 кВ),U’_c1,U_c,t₂ и t₃(110 кВ). Если расчетная кривая пересекает нормированную характеристику, то выключатель не соответствует нормированию ПВН.