Что такое ток включения выключателя

где Uном – номинальное напряжение выключателя, кВ; Uс.ном – номинальное напряжение сети, в которой устанавливается выключатель, кВ; Iном – номинальный ток выключателя, кА; Iнорм.расч – расчетный ток нормального режима, кА; KП – нормированный коэффициент возможной перегрузки выключателя при продолжительном режиме его работы; Iутж – расчетный ток продолжительного (напряженного) режима, кА.

Затем выбранный выключатель проверяется по включающей способности по условиям:

где Iвкл.ном – начальное действующее значение периодической составляющей номинального тока включения, кА; IП0 – начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА; iвкл.ном – наибольшее мгновенное значение номинального тока включения, кА; iуд – ударный ток КЗ, кА.

После этого для выключателя выполняется проверка на симметричный ток отключения по условию:

где Iоткл.ном – номинальный ток отключения выключателя, кА; Iп t – периодическая составляющая тока КЗ в момент начала расхождения дугогасительных контактов выключателя, кА.

Возможность отключения выключателем апериодической составляющей тока КЗ определялась из соотношения:

где iа.ном – номинальное значение апериодической составляющей тока отключения, кА; iа t – апериодическая составляющая тока КЗ в момент начала расхождения дугогасительных контактов выключателя, кА.

Если расчетное значение апериодической составляющей тока КЗ превышает номинальное, а периодическая составляющая тока КЗ в момент начала расхождения дугогасительных контактов выключателя меньше номинального тока отключения, то следует сопоставить условные значения полных токов, а именно:

β – расчетное процентное содержание апериодической составляющей в токе отключения.

Расчетное время отключения выключателя вычисляется в соответствии с выражением:

t = 0,01 + tс.в.откл ,

где 0,01 с. – время действия основной релейной защиты данной цепи с учетом действия АПВ.

Электродинамическая стойкость выключателя проверяется по предельным сквозным токам:

где Iпр.скв – начальное действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока, кА; iпр.скв – наибольшее мгновенное значение предельного сквозного тока, кА.

Условие проверки выключателя на термическую стойкость зависит от соотношения между предельно допустимым временем воздействия нормированного тока термической стойкости и расчетным временем отключения выключателя, определяющим длительность термического воздействия токов КЗ на выключатель. Если tоткл £ tтер, то условие проверки выключателя на термическую стойкость имеет вид :

где Iтер – номинальный ток термической стойкости выключателя, кА; Bк – интеграл Джоуля с пределами интегрирования от нуля до расчетного времени отключения выключателя, кА2 × с.

Если tоткл ³ tтер, то условие проверки выключателя на термическую стойкость: I2терtтер ³ Bк .

Разъединители выбирают по следующим условиям:

I2терtоткл ³ Bк , если tоткл £ tтер ;

I2терtтер ³ Bк , если tоткл ³ tтер .

Результаты выбора выключателей и разъединителей (расчет в приложении 3 данной работы) сведены в таблицы 1.10 и 1.11 (на следующей странице).

Условные обозначения в справочных данных выключателей

• Временные характеристики при отключении. Собственное время отключения выключателя с приводом tсо – промежуток времени от момента подачи команды на отключение до момента размыкания дугогасительных контактов. Полное время отключения tов – время с момента подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех фазах. Например, tcо/tов = 0,06/0,08 с.
• Временные характеристики при включении. Собственное время включения tсв – промежуток времени от момента подачи команды на включение до момента соприкосновения контактов во всех трех полюсах. Электрическая дуга, возникающая с момента предварительного пробоя и горящая до момента касания контактов, называется электрической дугой включения. Этот термин важен при настройке релейной защиты. Время включения tвв – это промежуток времени от начала возбуждения цепи включения выключателя, до момента возникновения тока в первом полюсе.
• Коммутационная (отключающая и включающая) способность выключателя. ГОСТ 687-78Е.
  • При установлении характеристик выключателя с соответствующим приводом в части коммутационной способности должны указываться нижеследующие гарантируемые величины:

а) номинальный ток отключения;
б) номинальное относительное содержание апериодической составляющей;
в) собственное время отключения;
г) время отключения (до погасания дуги);
д) номинальный ток включения:
амплитуда;
начальное эффективное значение периодической составляющей;
е) собственное время включения;
ж) бестоковая пауза (минимальная) при АПВ;
з) параметры восстанавливающегося напряжения при номинальном токе отключения;
и) номинальное давление сжатого воздуха (для воздушных выключателей)
Если выключатель предназначен также для применения в сетях с номинальными напряжениями, отличающимися от номинального напряжения выключателя (меньшими), то дополнительно должны указываться токи отключения и токи включения при этих номинальных напряжениях, в том числе и предельные – ток отключения и ток включения.

Отключаемые выключателем токи определяются двумя величинами, соответствующими моменту начала расхождения дугогасительных контактов:

а) симметричным током – эффективным значением периодической составляющей I

;
б) относительным содержанием апериодической составляющей;

,
где I= — значение апериодической составляющей в момент расхождения контактов.
Номинальные значения относительного содержания апериодической составляющей при данном номинальном токе отключения зависят от наименьшего возможного для данного выключателя времени τ от момента возникновения короткого замыкания до размыкания дугогасительных контактов и определяются кривой на рис.2. Время τ принимается равным собственному времени отключения выключателя с добавлением 0,01 сек для выключателей, которые отключаются не от встроенных реле.
При выборе выключателей должно быть обеспечено условие, чтобы в момент расхождения контактов выключателя симметричная составляющая тока короткого замыкания (I

) не превышала номинальный ток отключения (IНО) и апериодическая составляющая этого тока ( I=) была не выше амплитуды номинального тока отключения, умноженной на номинальное относительное содержание апериодической составляющей ().
Выбор выключателей для установок в тех точках сети, где апериодическая составляющая тока короткого замыкания превышает величину (), производится по согласованию с предприятием-поставщиком.
Такое согласование не требуется, если соблюдено условие:
. При τ » 80 мсек принимается βНОМ = 0.
Время отключения выключателя с приводом при номинальном токе отключения должно находиться в пределах:
для сверхбыстродействующих выключателей – до 0,06 сек;
для быстродействующих выключателей – свыше 0,06 до 0,08 сек;
для выключателей ускоренного действия – свыше 0,08 до 0,12 сек;
для небыстродействующих выключателей – свыше 0.12 до 0,25 сек.
При отключаемых токах около 30% номинального тока отключения допускается превышение указанных в настоящем пункте верхних значений времени отключения на 0,02 сек, а при отключаемых токах около 60% — на 0,01 сек.
При отключаемых токах менее 30% номинального тока отключения время отключения не нормируется и сообщается предприятием-поставщиком по запросу.
Ток включения определяется начальным эффективным значением его периодической составляющей, которое должно быть не ниже соответствующего тока отключения, и его амплитудой, которая должна быть не ниже 1,8 . .
Минимальная бестоковая пауза при АПВ – tОТ – должна быть:

для выключателей с АПВ – больше 0,4 сек (но не более 1,2 сек);
для выключателей с БАПВ – не менее 0,25 сек (но не более 0,4 сек).

При выборе выключателей по ГОСТ 687-78Е необходимо учесть 12 различных параметров, но так как заводами-изготовителями гарантируется определенная зависимость параметров, например
,
допустимо производить выбор выключателей по важнейшим параметрам:
по напряжению установки Uуст ≤ Uном;
по длительному току Iнорм ≤ Iном; Imax ≤ Iном;
по отключающей способности.
В первую очередь производится проверка на симметричный ток отключения по условию
IП.τ ≤ IОТК.НОМ
Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ

где iа,ном – номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени τ; βН – нормированное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, % (по каталогам или по рис.2); iа,τ – апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов τ; τ – наименьшее время от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контактов:

здесь tЗ,min = 0,01 c – минимальное время действия релейной защиты;
tС,В – собственное время отключения выключателя.
Если условие In,τ ≤ IОТК,НОМ соблюдается, а ia,τ > iа,НОМ , то допускается проверку по отключающей способности производить по полному току КЗ:

По включающей способности проверка производится по условию

где iУ – ударный ток КЗ в цепи выключателя; In,0 – начальное значение периодической составляющей тока КЗ в цепи выключателя; IВКЛ – номинальный ток включения (действующее значение периодической составляющей); iВКЛ – наибольший пик тока включения (по каталогу). Заводами-изготовителями соблюдается условие , где kУ = 1,8 – ударный коэффициент, нормированный для выключателей. Проверка по двум условиям необходима потому, что для конкретной системы kУ может быть более 1,8.
На электродинамическую стойкость выключатель проверяется по предельным сквозным токам КЗ:

где iДИН – наибольший пик (ток электродинамической стойкости) по каталогу; IДИН – действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ. Проверка по двум условиям производится по тем же соображениям, которые указаны выше.
На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока КЗ:

где ВК – тепловой импульс тока КЗ по расчету; IТЕР – среднеквадратичное значение тока за время его протекания (ток термической стойкости) по каталогу; tТЕР – длительность протекания тока термической стойкости по каталогу, с.
Проверка выключателей по параметрам восстанавливающегося напряжения на контактах выключателя в учебном проектировании обычно не производится, так как в большинстве энергосистем реальные условия восстановления напряжения соответствуют условиям испытания выключателя. Если возникает необходимость проверки выключателя по параметрам восстанавливающегося напряжения, то по конкретным данным электроустановки – мощности источников, реактивным сопротивлениям, емкостям трансформаторов, шин, аппаратов и т.д. – производят расчет и построение кривой переходного процесса восстанавливающегося напряжения (ПВН). Согласно ГОСТ 687-78Е эта кривая не должна пересекаться с нормированными кривыми ПВН.

Выключатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока в нормальном и аварийном режимах..

Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требо­вания:

— надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинально­го тока отключения);

— быстрота действия, т. е. наименьшее время отключения;

— возможность пофазного управления для выключателей 110 кВ и выше;

— пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения, т. е. быстрое включение выключателя сразу же после отключе­ния;

— возможность пофазного (пополюсного) управления для выключателей 110 кВ и выше;

— легкость ревизии и осмотра контактов;

— взрыво- и пожаробезопасность;

— удобство транспортировки и эксплуатации.

Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток I_ном и номинальное напряжение U_ном.

Выключатели характеризуются следующими параметрами:

1. номинальный ток отключения I_{ном.откл} — наибольший ток короткого замыкания (действующее значение), который выключатель способен отключить при напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению при заданных условиях восстановления напряжения и заданном цикле операций;

2. Допустимое относительное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения в %, которое определяется по кривой

Нормированное значение определяется для момента расхождения контактов . Если . > 0,09 с, то принимают

3. Цикл операций — выполняемая выключателем последователь­ность коммутационных операций с заданными интервалами между ними.

В эксплуатации выключатель может неоднократно включаться на суще­ствующее КЗ с последующим отключением, поэтому ГОСТ пре­дусматривает для выключателей определенный цикл операций.

Если выключатели предназначены для автоматического повторного включения (АПВ), то должны быть обеспечены циклы:

О — 180 с — ВО — 180 с — ВО;

О — _бт — ВО — 180 с — ВО.

(для случая U_nom , то следующий цикл: О — _бт — ВО — 20 с — ВО;

О – операция отключения, ВО – включения и немедленного включения, 20(180) с – промежутки времени в сек.

t_бт – гарантируемая для выключателей бестоковая пауза при АПВ (для выключателей с АПВ эта величина находится в пределах (0,3-1,2) с, без АПВ – 0,3с)

4. Стойкость при сквозных токах, характеризующаяся то­ками термической стойкости I_тер и электродинамической стойкости I_дин (действующее значение), I_дин — наибольший пик (амплитудное значение);

Эти токи выключатель выдерживает во включенном положениибез повре­ждений, препятствующих дальнейшей работе.

Завод-изготовитель должен выдерживать соотношение

5. Номинальный ток включения — ток КЗ, который выключатель с соответствующим приводом способен включить без приваривания контактов и других повреждений, при U_ном и заданном цикле. В каталогах приводится действующее значение этого тока и его амплитудное значение . Выключатели конструируются таким образом, что соблюдаются усло­вия:

6. Собственное время отключения t_CB —интервал времени от момента подачи команды на отключение до момента прекращения со­прикосновения дугогасительных контактов.

Время отключения — интервал времени от подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех полюсах.

Время включения _B — интервал времени от момента подачи команды на включение до возникновения тока в цепи.

7. Параметры восстанавливающегося напряже­ния — в соответствии с нормированными характеристиками собственного переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН).

8. Выключатели, не предназначенные для АПВ, должны допускать не менее пяти операций ВО при токах КЗ 0,6- 1 без осмотра дугогасительного устройства. Выключатели, предназначенные для АПВ, должны допускать в тех же условиях от 6 до 10 операций ВО в зависимости от

Основными частями всех выключателей являются:

а) контактная система с дугогасительным устройством,

б) токоведущие части,

г) изоляционная конструкция,

д) приводной механизм.

В зависимости от конструктивных особенностей и способа гашения

дуги выключатели делятся на:

а)многообъемные масляные выключатели (баковые),

б) маломасляные (малообъемные) выключатели,

в) воздушные выключатели,

г) элегазовые выключатели,

д) автогазовые выключатели,

е) электромагнитные выключатели,

ж) вакуумные выключатели.

Отдельную группу занимают выключатели нагрузки.

По способу установки различают выключатели для внутренней, наружной установки и для комплектных распределительных устройств (КРУ).