Ключевые слова: принцип коммутации, рисунок, короткое замыкание, ток нагрузки, контакт, коммутационный аппарат.
На сегодняшний день коммутацию силовых цепей, под которыми в данной статье понимаются сети классом напряжения от 0,22 кВ и выше, осуществляют с помощью коммутационных аппаратов. К примеру, выключатели нагрузки и выключатели нагрузки способны коммутировать только токи нагрузки, а высоковольтные выключатели как коммутируют токи нагрузки, так и способный коммутировать токи короткого замыкания. Данные аппараты имеют схожий принцип коммутации — быстрое разведение(сведение) контактов с последующем гашением дуги. Такой принцип имеет некоторые недостатки, при быстром разведении контактов так же быстро изменяется значение тока, что вызывает перенапряжение, на контактах которое может иметь шестидесятикратное превышение от номинальных значений. Кроме того, зажигается дуга, которая имеет большую температура от 2500 градусов по Цельсию. Контакт с дугой металлов не только приводит к их разрушению и расплавлению, но и к потере и изменению механических свойств, к коррозии.
Не трудно видеть, что такие разрушающее воздействие дуги и высокие перенапряжения не добавляют прочности коммутационному аппарату. Кроме того, снижение изоляции ведет к увеличению вероятности аварийных ситуаций, что никому не надо.
Возможно, если применить другой принцип коммутации всех вышеперечисленных недостатков удастся избежать. Предлагается перед коммутацией плавно вводить в цепь дополнительное сопротивление Zпеременное до тех пор, пока ток в цепи не примет либо околонулевых значений, либо значений достаточных для коммутации без значительного ущерба. После чего разводить(сводить) контакты К1, как показано на рисунке 1.
Такой принцип коммутации должен уменьшить перенапряжения и либо свести к нулю, либо значительно уменьшить разрушающее действие электрической дуги.
Рис. 1. Принцип коммутации за счет изменения сопротивления в ветви
В целях проверки работоспособности данного принципа коммутации был разработан прототип. Суть работы которого заключалась в следующем, в качестве переменного сопротивления выступали ступени с постоянный значения сопротивления. С помощью контактов K2-Kn в цепь по очереди включаются ступени все больше и больше увеличивая сопротивления в ветви. Когда включается последняя ступень срабатывает главный контакт K1 размыкающий ветвь. Схема принципа работы прототипа показана на рисунке 2
Рис. 2. Принципиальная схема работы прототипа
Количество ступеней, их сопротивление и время коммутации подбиралось таким образом, чтобы при коммутации самого тяжёлого режима работы перенапряжение на контактах коммутационного аппарата не превышало трехкратных значений [1]. График тока и напряжения на контактах представлен на рисунке 4.
Рис.4. Графики коммутации
Слева коммутация короткого замыкания в начале линии, справа коммутация напрямую
График напряжения на контактах расположен сверху красным цветом.
Выполнения требований, поставленных выше, можно добиться, если при коммутации токов нагрузки использовать хотя бы три ступени номиналом от 3000 до 14000 Ом — ступени повышенного сопротивления, а для коммутации токов короткого замыкания хотя бы три ступени номиналом от 40 до 550 Ом — ступени пониженного сопротивления. Причем если использовать комплексно ступени пониженного и повышенного сопротивления, то прототип должен одинокого хорошо справляется как с токами нагрузки, так и с токами короткого замыкания в контексте поставленных требований.
Был изготовлен прототип на класс напряжения до 1 кВ, его параметры подбирались с помощью моделирования. Первая ступень имела сопротивление 2,7 ом и 50 Вт мощность рассеянья. Вторая 146 Ом и 60 Вт. В роли контактов были использованы контакторы ПМ12–010100, Ie=10 А, Uc = 230 В и ПМ-12–025100, Ie=25 А, Uc = 230 В. Испытания током до 1 кА показало, что при работе по схеме со ступенями гашения тока главные контакты К1,(слева) имели меньшее загрязнения и наплавок чем в случай прямой коммутации этими же контакторами без ступеней гашения тока(справа). Контакты представленный на рисунке 5.
Рис.6. Контакты после испытаний главного пускателя
Вышесказанное свидетельствует о том, что предложенный принцип, как и задумывалось, облегчает разрушающее действие дуги, а результаты моделирования, представленные на рисунке 4, говорят о снижении перенапряжения до требуемых значений.
Литература:
1. Объем и нормы испытаний электрооборудования/под общей редакцией Е. А. Алексеева, Ф. Л. Когана, Л. Г. Мамиконянца. — 6-е изд. — М.: НЦ ЭНАС, 1998. — 256 с.
2. Гутов, И, А, Проектирование электрической сети [Электронный ресурс]: В 3 частях, Часть 1, Выбор варианта исполнения электрической сети и электрооборудования: учебно-методическое пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети» для студентов направления 13,03,02 «Электроэнергетика и электротехника» всех форм обучения / И, А, Гутов; Алт, гос, техн, ун-т им, И, И, Ползунова, — Барнаул: Изд — во АлтГТУ, 2015, — 49 с
3. Файбисович, Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей [Текст] / Д. Л. Файбисович, И. Г. Карапетян, И. М. Шапиро [и др.]; под ред. С. С. Рокотян, И. М. Шапиро. –3-е изд., перераб. и доп. — М.: Феникс, 2012. — 376 с.
4. Идельчик, В. И. Электрические системы и сети [Текст]: учеб. для вузов / В. И. Идельчик. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 256 с.
