КОММУТАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ Разработано на кафедре ЭССи С

КОММУТАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ Разработано на кафедре ЭССи. С ЮУр. ГУ. Доцент Гайсаров Р. В.

• Коммутацией называют операцию замыкания и (или) размыкания электрической цепи, при которой изменение ее сопротивления происходит практически скачкообразно (ГОСТ 1831180): в контактных аппаратах в бесконтактных аппаратах 2

Электрическая дуга • Электрическая дуга – это вид самостоятельного разряда в газе, в котором разряд сосредоточен в узком ярко светящемся плазменном стволе. Свойства дуги: - высокая температура внутри ствола дуги (5000 … 50000 К); - высокая концентрация ионов; - высокая плотность тока (до сотен 3

Ионизационные процессы в дуге • Ионизация – это процесс образования ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул: - автоэлектронная эмиссия – это вырывание электронов из металла сильным внешним электрическим полем ( - термоэлектронная эмиссия – это испускание электронов металлом при его нагревании; - ударная ионизация – это ионизация при столкновении двигающихся в электрическом поле заряженных частиц с атомами и молекулами; - термоэлектронная ионизация – это ионизация за счет кинетической энергии сталкивающихся частиц при высоких температурах. 4

Деионизационные процессы в дуге • Деионизация – это исчезновение свободных носителей заряда из объема, занимаемого веществом: - рекомбинация – это исчезновение носителей заряда в результате столкновений зарядов противоположных знаков; - диффузия – это движение частиц вещества в направлении уменьшения их концентрации. 5

Воль-амперная характеристика (ВАХ) дуги – напряжение зажигания дуги; – напряжение гашения дуги; 1 – статическая характеристика; 2 – динамические характеристики; 3 – предельная динамическая характеристика. 6

Распределение напряжения в стволе дуги 7

Условие гашения дуги 8

Факторы, влияющие на условия горения дуги 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Длина дуги. Твердые поверхности вблизи дуги. Приэлектродные напряжения. Температура окружающей среды. Давление газа вокруг дуги. Интенсивный обдув дуги. Состав газа. 9

Движение электрической дуги в магнитном поле 10

Дуга в межконтактном промежутке Условие гашения дуги Длина гашения дуги 11

Узкая щель 1 – 2 - зона гашения дуги; 3 - узкая продольная щель. 12

Лабиринтные камеры 1 - 2 – зона гашения дуги; 3 – узкая лабиринтная щель; 4 – уширение. 13

Электромагнитный выключатель 1 и 15 - разъемные контакты; 2 - неподвижный контакт выключателя; 3 и 8 - катушки магнитного дутья; 3' и 8' - магнитные полюса; 4 и 7 - рога; 5 - поперечные перегородки; 6 - деионная решетка; 9 - подвижный контакт; 10 - трубка обдува; 11 - привод; 12 - ось; 13 - цилиндр; 14 - поршень; I, III и IV - положение дуги при ее гашении 14

Лабиринтная камера электромагнитного выключателя 1 и 8 - стенки камеры; 2 и 3 - поперечные перегородки; 4 и 7 - торцы камеры; 5 и 6 - направляющие дуги; I, III - положение дуги при ее гашении 15

Дугогасительная решетка 1 – подвижный контакт; 2 – неподвижный контакт; 3 – открытая дуга; 4 – дуга в решетке; 5 – металлические пластины; – напряжение дуги в решетке; – приэлектродное напряжение; - градиент напряжения в дуге; - длина дуги. 16

Влияние давления газа на условия горения дуги 1. Изменение давления меняет условия охлаждения дуги; 2. Проводимость дуги пропорциональна степени ионизации газа: при неизменной температуре 3. Ударная ионизация подчиняется закону Пашена. 17

Дуга в трансформаторном масле 1 – неподвижный контакт; 2 – подвижный контакт; 3 – стенка бака; 4 – масло; А – ствол дуги; Б – водородная оболочка; В – зона распада; Г – зона газа; Д – зона пара; Е – зона испарения. 18

Многообъемный (баковый) масляный выключатель С-35 19

Малообъемный масляный выключатель ВМП-10 20

Интенсивное воздушное дутье 21

Автогазовое дутье 22

Элегаз Гексафторид серы (SF 6) или элегаз обладает: • • прекрасными диэлектрическими свойствами; уникальной способностью гашения дуги; отличной термической устойчивость; хорошей теплопроводностью. Преимущества использования элегаза в выключателях: уменьшение размеров; уменьшение веса; надежность эксплуатации; бесшумная работа. 23

Автокомпрессионное дутье в элегазовых выключателях 24

Включение 25

Включено 26

Отключение (1 шаг) 27

Отключение (2 шаг) 28

Отключение (3 шаг) 29

Отключено 30

Магнитное дутье в элегазовых выключателях 31

Вакуум Электрическая прочность различных сред 1 – вакуум; 2 – масло; 3 – фарфор; 4 – элегаз; 5 – воздух Восстановление электрической прочности в различных средах 1 – вакуум; 2 – элегаз; 3 – азот; 4 – водород 32

Устройство вакуумной камеры 33

Выключатели фирмы Toshiba 34

Восстановление электрической прочности 35

Переходное восстанавливающееся напряжение • Возвращающееся напряжение – напряжение промышленной частоты на контактах выключателя после погасания дуги во всех полюсах и к которому стремится восстанавливающееся напряжение в переходном процессе. • Восстанавливающееся напряжение – напряжение, появляющееся на контактах полюса выключателя (для трехполюсного выключателя – на контактах полюса, отключающегося первым) непосредственно после погасания в нем дуги. 36

Переходное восстанавливающееся напряжение • Коэффициент превышения амплитуды восстанавливающегося напряжения – отношение наибольшего пика восстанавливающегося напряжения к амплитуде возвращающегося напряжения на первом отключающем полюсе. • Средняя скорость восстанавливающегося напряжения (собственного) – условная величина, равная частному от деления амплитуды возвращающегося напряжения на время τ от начала процесса восстановления напряжения до момента достижения восстанавливающимся напряжением указанной амплитуды. 37

Переходное восстанавливающееся напряжение 38

Особенности гашения дуги при переменном токе 39

Расчет параметров ПВН Допущения: 1. Процесс восстановления напряжения носит кратковременный характер (возвращающееся напряжение практически не изменяется за время восстановления напряжения) 2. Влияние дуги на восстановление напряжения отсутствует (рассматривается собственное восстанавливающееся напряжение) 40

Предельная характеристика ПВН 41

Расчет параметров схемы замещения в 3 -х фазной эффективно-заземленной сети 1. При размыкании контактов выключателя в трехфазной системе дуги, образующиеся в трех полюсах, угасают неодновременно, так как соответствующие токи смещены по фазе. 2. Отключаемые токи и ПВН в трех полюсах неодинаковы, они зависят от вида КЗ. 3. Любое отключение сопровождается несимметричным режимом. 4. Необходимо использовать метод симметричных составляющих. В общем виде можно записать: 42

Трехфазное КЗ на землю при 43

Трехфазное КЗ без замыкания на землю при 44

Однофазное КЗ на землю при 45

Схема 3 х фазной сети с эффективнозаземленной нейтралью 46

Параметры местной сети К параметрам местной сети относятся L и R. Они включают в себя индуктивности и активные сопротивления ближайших генераторов, трансформаторов, реакторов и т. д. Их можно определить из сопротивлений соответствующих элементов сети, рассчитанных по известным методикам. 47

Шунтирующее сопротивление включает в себя активное сопротивление нагрузки результирующее волновое сопротивление линий и сопротивления шунтирующих резисторов выключателя При коротком замыкании сопротивление нагрузки шунтировано дугой. Поэтому его можно исключить из рассмотрения. Волновое сопротивление ЛЭП В приближенных расчетах можно принять: к. В 110÷ 330 500 750 1150 Ом 450 360 325 300 Для одноцепных линий Для двух // одноцепных линий Для двухцепных линий на одной опоре Шунтирующее сопротивления выключателя определяют по 48 каталогу на выключатель.

Емкость сети С Емкость сети, примыкающей к отключающему выключателю, включает в себя емкости силовых и измерительных трансформаторов, выключателей, разъединителей, проводов РУ и т. п. Американский институт стандартов рекомендовал формулу для приближенных расчетов емкости прямой последовательности: - ток трехфазного короткого замыкания; - линейное напряжение сети. Емкость нулевой последовательности: 49

Номинальные характеристики ПВН 50

Влияние шунтирующих резисторов на восстанавливающееся напряжение 51