Описание основных явлений при переключении выключателей в сетях

Терминология переключения выключателей может быть понята, рассматривая реальное событие.
Рисунки 1-3 показывают трассу теста на замыкание-размыкание (CO) трехфазного незаземленного тока короткого замыкания на вакуумном выключателе (трассировка любезно предоставлена KEMA).
Рассматривая каждый рисунок по порядку, терминология следующая:

Последовательность срабатывания выключателя и связанные величины

Из рисунка 1 можно подробно наблюдать следующую последовательность событий:

1. Начальное состояние:

• Выключатель начинает работу в открытом положении.

• К обмотке замыкания подается сигнал для инициирования операции замыкания.

2. Процесс замыкания:

После кратковременной электрической задержки подвижный контакт начинает двигаться (как показано нижней кривой графика перемещения) и в конечном итоге соприкасается со стационарными контактами. Этот момент называется соприкосновением или замыканием контактов. На практике, из-за предварительного пробоя между контактами, фактическое электрическое соединение может произойти немного раньше механического контакта.

Временной интервал между подачей сигнала замыкания и моментом соприкосновения контактов известен как механическое время замыкания.

3. Замкнутое состояние и ток короткого замыкания:

• После замыкания выключатель проводит ток короткого замыкания. Затем к обмотке размыкания подается сигнал, инициирующий процесс размыкания (или срабатывания) выключателя.

• После кратковременной электрической задержки подвижный контакт начинает отходить от стационарных контактов, что приводит к их механическому разделению. Этот момент называется разъединением, разделением или размыканием контактов.

• Временной интервал между подачей сигнала размыкания и моментом разъединения контактов известен как механическое время размыкания.

4. Формирование дуги и прерывание тока:

• Между контактами формируется электрическая дуга при их разделении. Ток пытается прерваться в точках перехода через ноль, сначала в фазе b, затем в фазе a, и, наконец, успешно в фазе c.

• Фаза c является первой фазой, достигшей полного прерывания, с продолжительностью дуги (время между разъединением контактов и прерыванием тока) примерно половину периода. Время прерывания (также называемое временем срабатывания) для фазы c равно сумме механического времени размыкания и продолжительности дуги.

5. Распределение тока во время прерывания:

• В момент прерывания тока в фазе c, токи в фазах a и b смещаются на 30°, становясь равными по величине, но противоположными по полярности. Ток в ведущей фазе (фаза a) испытывает укороченный полупериод, тогда как ток в отстающей фазе (фаза b) испытывает удлиненный полупериод.

• Общее время очистки равно сумме механического времени размыкания и максимальной продолжительности дуги, наблюдаемой либо в фазе a, либо в фазе b.

Связанные с переключением выключателя величины тока:

На рисунке 2 можно внимательно рассмотреть, что:

• Для неисправности, начавшейся на пике напряжения, ток будет симметричным. Симметричным означает, что каждая половина цикла тока, также называемая петлей тока, будет идентична предыдущей половине цикла тока. Ток в фазе a близок к симметричному, так как неисправность началась непосредственно перед пиком напряжения.

• Токи в фазах b и c асимметричны и состоят из длинных и коротких петель тока, называемых соответственно основными и второстепенными петлями. Максимальная асимметрия возникает, когда неисправность начинается на переходе напряжения через ноль.

Связанные с переключением выключателя величины напряжения

Из рисунка 3 можно подробно наблюдать следующую последовательность событий:

Переходы тока через ноль:
Переход тока через ноль происходит каждые 60 секунд. После разъединения контактов полюс, ближайший к следующему переходу через ноль, попытается первым прервать ток. В данном случае полюс фазы b, будучи ближе всего к первому переходу через ноль, пытается прервать ток.

2. Первоначальные попытки прерывания тока:

Полюс фазы b пытается прервать ток, но неудачно, так как контакты слишком близки, чтобы выдержать переходное восстановительное напряжение (TRV), что приводит к повторному зажиганию. Затем полюс фазы a также пытается прервать ток, но также неудачно и повторно зажигается.

3. Успешное прерывание тока:

Наконец, полюс фазы c успешно прерывает ток, восстанавливая систему до TRV и переменного восстановительного напряжения (AC recovery voltage).

4. Переходное восстановительное напряжение (TRV):

• Определение: TRV — это переходные колебания, возникающие при восстановлении напряжения на стороне питания выключателя до уровня напряжения системы до неисправности.

• Поведение: TRV колеблется вокруг переменного восстановительного напряжения, которое служит целевой точкой или осью колебаний. Пиковое значение TRV зависит от затухания в цепи.

• Продолжительность колебаний: Как показано на графике, TRV колеблется в течение четверти периода частоты сети (то есть 90 градусов).

• Влияние на полюсы: Первый полюс, который очищается (в данном случае, фаза c), подвергается самому высокому TRV, так как он испытывает полное переходное колебание.

5. Последующее очищение полюсов:

• Полюсы фаз a и b очищаются на 90 градусов позже, чем полюс фазы c.

• Для этих полюсов значения TRV ниже, чем те, которые испытывает полюс фазы c, и имеют противоположные полярности.

• Переменное восстановительное напряжение является линейным напряжением, распределяющимся между двумя фазами.