Что такое восстанавливающееся напряжение выключателя

Что такое восстанавливающееся напряжение выключателя

Нормированное переходное восстанавливающееся напряжение (ПВН) при коротком замыкании на выводах выключателя. При отключении к. з. любого вида на контактах выключателя после погасания дуги восстанавливается переходное напряжение, обусловленное собственными параметрами сети в месте установки выключателя. Форма волны ПВН зависит от конфигурации цепи.
В сетях с напряжением ниже 100 кВ при относительно небольших токах к. з. ПВН приближается к затухающим колебаниям одной частоты. В этом случае ПВН может быть задано либо частотой восстанавливающегося напряжения и его амплитудой, либо огибающей, состоящей из двух отрезков прямой, определяемых двумя параметрами (рис. 1), а именно Uc и t3.
В системах с напряжением свыше 100 кВ при больших токах к. з. ПВН содержит начальный участок с высокой скоростью нарастания, за которым следует участок меньшей скорости. Этот тип волны достаточно хорошо изображается огибающей из трех прямолинейных отрезков, определяемой методом четырех параметров (рис. 2): U1, Uc, t1 и t2.
На рис. 1 и 2 изображена линия запаздывания 2, учитывающая емкость на стороне питания выключателя, уменьшающую скорость нарастания ПВН в первые микросекунды. Линия запаздывания начинается на оси времени с номинальным запаздыванием td, проходит параллельно первому отрезку условной граничной линии ПВН 1 и заканчивается при напряжении V. Выключатель должен отключать ток в любой цепи, для которой линия ПВН 3 один раз пересекает линию запаздывания.
В табл. 1 и 2 приведены принятые ранее по ГОСТ 687—78 нормированные характеристики ПВН для выключателей напряжением до 35 кВ (огибающая определяется по двумя параметрам, см. рис. 1) и 110 кВ и выше (по четырем параметрам, см. рис. 2).

Таблица 1. Нормированные характеристики ПВН при номинальных напряжениях до 35 кВ (ГОСТ 687—78)

Рис. 1. Нормированные характеристики ПВН, определяемые двумя параметрами (Uс и t3)
1 — нормированная граничная линия; 2 — нормированная линия запаздывания ПВН (параллельна граничной линии

Рис. 2. Нормированные характеристики ПВН, определяемые четырьмя параметрами

Номинальный ток отключения

Значения параметра t1100 мкс. при Uном кВ, равном

Таблица 2. Нормированные характеристики ПВН (со стороны сети) при номинальных напряжениях 110 кВ и выше (ГОСТ 687—78)

Примечание. Для получения характеристик ПВН выключателя со стороны источника при испытаниях в режиме неудаленных к. з. параметры уменьшают в 1,3 раза.

Рис. 3. Нормированные характеристики НПВН
1 — начальная часть условной граничной линии НПВН; 2 — начальная часть условной граничной линии ПВН; 3 — испытательная кривая ПВН; 4 — линия запаздывания ПВН

По проекту нового ГОСТ на выключатели высокого напряжения, выпускаемого вместо ГОСТ 687—78, в параметры ПВН внесены изменения. Нормированные характеристики ПВН для В к с номинальным напряжением до 35 кВ (огибающая линия определяется двумя параметрами, см. рис. 1) и 110 кВ и выше (четырьмя параметрами, см. рис. 2) приведены в табл. 3 и 4.
Для высоковольтных выключателей на У110М 110 кВ при Iном.о 25 кА, за исключением высоковольтных выключателей, встраиваемых в КРУ, начальная часть условной граничной линии ПВН должна быть заменена начальной частью условной граничной линии ПВН (НПВН) в соответствии с рис. 3 для учета начального процесса колебаний малой амплитуды, вызванного отражениями волны напряжения от первого места нарушения однородности токопровода.

Характеристики собственного ПВН при неудаленном к. з. принимаются согласно табл. 4 для тока, равного 100 % Iо.ном, с делением значений U1-100, t1 100, Uc100 и t2,100 на 1,3.
Таблица 3. Нормированные характеристики ПВН при наибольших рабочих напряжениях до 40,5 кВ

Таблица 4. Нормированное характеристики ПВН при наибольших рабочих напряжениях от 126 кВ и более

*Для Вк на Uи.р = 126-252 кВ при токе отключения равном 30% Iо.ном принимается Кп = 1,5 (вместо 1,3)

Характеристики НПВН выбираются по табл. 4. Нормированные характеристики линии: волновое сопротивление zв = 450 Ом; коэффициент пика к. з. линии Kп — 1,6; время запаздывания td равно 0,2 мкс для высоковольтных выключателей на 110 и 150 кВ и 0,5 мкс для высоковольтных выключателей на 220 кВ и выше.
В отдельных точках энергосистем реальные ПВН как по скорости нарастания напряжения, так и по уровню значительно превосходят нормируемые для выключателей общего применения. Такие случаи возможны, в частности, когда В к прямо присоединены к трансформаторам, дающим ток, превышающий 30 % номинального тока отключения; когда отсутствует заметная дополнительная емкость между выключателем и трансформатором; когда распределение энергии сверхмощных станций осуществляется при небольшом числе отходящих линий или когда выключатели устанавливаются в цепях мощных генераторов или шунтирующих конденсаторных и реакторных установок.
Экономически невыгодно предъявлять повышенные требования по ПВН ко всем выключателям. Поэтому для указанных случаев разрабатываются выключатели, рассчитанные на сверхжесткие условия в отношении ПВН.

При токах отключения, меньших номинального, предписываются повышенные скорости нарастания ПВН. Повышение скорости при отключении тока, равного примерно 30 % номинального, для выключателей от 35 кВ и выше бывает вызвано специфическими условиями, возникающими при к. з. за мощными трансформаторами.

Источник

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:

(1)

(2)

U_{c пр} = U

Характеристическое уравнение имеет вид:

Его решение дает:

, заменим

 — b — угловая частота свободных колебаний.

Рассмотрим различные случаи.

1) Если а — 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.

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.

Источник