10.3. Основные параметры выключателей высокого напряжения

Среди основных параметров выключателей высокого напряжения следует выделить группу номинальных параметров, присущих всем типам выключателей и определяющих условия их работы.
К основным номинальным параметрам выключателей в соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии (МЭК) относятся: номинальное напряжение U _ном; наибольшее рабочее напряжение U_н.р ; номинальный уровень изоляции в киловольтах; номинальная частота f_ном ; номинальный ток I _ном; номинальный ток отключения I_0.ном; номинальный ток включения I _в.ном; номинальное переходное восстанавливающееся напряжение (ПВН) при КЗ на выводах выключателя; номинальные параметры при неудалённых КЗ; номинальная длительность КЗ; номинальная последовательность операций (номинальные циклы); нормированные показатели надёжности и др.
Рассмотрим некоторые наиболее важные параметры. Номинальное напряжение U _ном (линейное) - это базисное напряжение из стандартизованного ряда напряжений, определяющее уровень изоляции сети и электрического оборудования. Действительные напряжения в различных точках системы могут отличаться от номинального, однако они не должны превышать наибольшие рабочие напряжения (номинальное напряжение по МЭК), установленные для продолжительной работы.
Номинальный уровень изоляции выключателя характеризуется значениями испытательных напряжений, воздействующих на основную изоляцию выключателя.
Номинальный ток — действующее значение наибольшего тока, допустимого по условиям нагрева токоведущих частей выключателя в продолжительном режиме.
Коммутационная отключающая способность выключателя характеризуется номинальным током отключения I_0.ном, который может отключить выключатель при наибольшем рабочем напряжении и нормированных условиях восстановления напряжения. Ток отключения характеризуется действующим значением его периодической составляющей I_0.n , отнесённой к моменту возникновения дуги (момент размыкания дугогасительных контактов) и называемой номинальным током отключения I_0.ном , а также нормированным процентным содержанием β_н апериодической составляющей, равным отношению апериодической составляющей i_a тока отключения к амплитуде периодической составляющей того же тока в момент размыкания дугогасительных контактов. Ток отключения выключателя определяется суммой периодической и апериодической составляющих.
Номинальный ток включения I _в.ном - наибольший ток, который выключатель может включить при наибольшем рабочем напряжении. При возникновении КЗ в цепи за время около 10 мс ток достигает своего максимального значения, называемого ударным током КЗ (i_уд) . Поэтому номинальный ток включения должен быть не менее ударного тока КЗ из условия возможности включения на существующее КЗ в цепи [в режиме автоматического повторного включения (АПВ)].
Номинальная длительность тока КЗ характеризуется способностью выключателя выдерживать во включённом положении без повреждений ток электродинамической стойкости (ударный ток) i_уд = 2,55I_0.ном и ток термической стойкости I_m=I_0.ном . Время протекания тока I_m составляет 1 или 2 с для выключателей при U_ном ≥ 330 кВ и 1 или 3 с для выключателей при U_ном ≥ 220 кВ.
При отключении тока КЗ на выводах выключателя возникает переходный процесс, который при гашении дуги характеризуется переходным восстанавливающимся напряжением (ПВН), зависящим от собственных параметров отключаемой сети. Воздушные и элегазовые выключатели очень чувствительны к скорости нарастания ПВН (du/dt) , а масляные — к максимальному ПВН. Этим объясняется нормирование I_0.ном .
Отключающая способность выключателя может быть охарактеризована зависимостью допустимой скорости восстановления напряжения (du/dt) от тока отключения (кривая 1 на рис. 10.2). Точки пересечения кривой 1 и прямой 2, описывающей зависимость скорости нарастания ПВН на контактах выключателя при отключении неудалённого КЗ от тока отключения, определяют предельный ток I_т, который может быть отключён воздушным выключателем без теплового пробоя.

При успешном преодолении первого пика напряжения (тепловой пробой не произошёл) возможен пробой на максимальном напряжении. Для каждого типа выключателя может быть определено предельно допустимое максимальное ПВН, зависящее от отключаемого тока - кривая 3. Кривая 4 показывает максимальное ПВН сети, которое не зависит от коммутации. Точка их пересечения указывает предельное значение тока отключения выключателя Iэ, вызывающее возможный электрический пробой.
Выключатель не должен отказывать как при максимальных значениях ПВН при КЗ на контактах выключателя, так и при воздействии ПВН с высокой начальной скоростью роста при удалённых КЗ. Зависимости 3, 4, характеризующие режим возможного электрического пробоя, определяют предельный ток Iэ, который больше, чем предельный ток при возможном тепловом пробое Iт. Область применения выключателя ограничена по току значением Iт, а по напряжению - кривой (кривая 3) возможного электрического пробоя.
В большинстве случаев (согласно статистике до 80 %) причина, вызывающая КЗ, самоликвидируется в результате кратковременного отключения напряжения, не превышающего 0,3 с, необходимого для деионизации участка существования открытой дуги КЗ, и появляется возможность повторного включения напряжения системы. Отсюда вытекает определённая последовательность операций, выполняемых выключателем, связанных с отключением КЗ и последующим автоматическим повторным включением (АПВ) этого участка сети.
При размыкании контактов высоковольтного выключателя возникает электрическая дуга, представляющая собой низкотемпературную плазму; в центре столба дуги температура доходит до 25000-50000^о К. Когда кривая переменного тока проходит через нулевое значение, дуга гаснет, однако она может снова восстановиться, если электрическая прочность промежутка между контактами окажется меньше восстанавливающегося напряжения. Контакты выключателя в процессе отключения непрерывно расходятся, поэтому при каждом последующем прохождении тока через нулевое значение электрическая прочность промежутка между контактами оказывается всё больше и наконец создаются условия для окончательного гашения дуги. Дуга в современных выключателях может гореть 1-3 полупериода промышленной частоты. Гашение дуги постоянного тока значительно сложнее из-за отсутствия переходов кривой тока через нулевое значение.
Для повышения коммутационной способности выключатели оснащаются гасительными камерами различного исполнения.
Высоковольтные выключатели по способу гашения дуги делятся на воздушные, элегазовые, масляные, вакуумные и электромагнитные.