Выбор и проверка высоковольтных выключателей

Выключатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание. Наиболее тяжёлой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

1) надёжное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального тока отключения);

2) быстрота действия, т.е. наименьшее время отключения;

3) пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения (АПВ), т.е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения;

4) возможность по фазного (по полюсного) управления для выключателей 110 кВ и выше;

5) лёгкость ревизии и осмотра контактов;

6) взрыво- и пожаробезопасность;

7) удобство транспортировки и эксплуатации.

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

Выбор выключателей производится по следующим условиям:

Все выключатели характеризуются номинальным напряжением (U_ном) и номинальным рабочим током (I_ном), которые они выдерживают длительное время. Поэтому при выборе аппарата необходимо соблюдать условия:

U_ном.а. ³ U_ном.с. , (9.1)

I_{раб.макс.} £ I_ном.а. , 9.2)

где: U_ном.а. и I_ном.а. – номинальное напряжение и номинальный ток аппарата; U_ном.с. и I_{раб.макс.} – номинальное напряжение сети и наибольший ток утяжеленного режима цепи в которой устанавливается данный выключатель. Выключатели по номинальному напряжению и номинальному току, подлежат проверке на термическую и динамическую стойкость при токах КЗ и на отключающую способность.

По термической стойкости проверка осуществляется по расчетному импульсу квадратичного тока короткого замыкания. Значение теплового импульса тока к.з. (кА²×с) определяется по формуле:

, (9.3)

где: t – расчетное время действия тока КЗ, с;

T_a – постоянная времени затухания апериодической составляющей, с;

I_по – начальное значение периодической составляющей тока к.з., кА.

Расчетное время действия тока КЗ определяется по выражению

, (9.4)

где: t_в. – время отключения выключателя, с;

t_з – время срабатывание релейной защиты, с.

Значение t_з зависит от ступени селективности релейной защиты. Приближенно можно принять 0,3 – 0,5 с (для быстродействующих защит).

Значение постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ зависит от места короткого замыкания. Для учебного проектирования значения T_a можно принять в пределах 0,01 – 0,2 с.

Зная значение теплового импульса тока КЗ в цепи установки выбранного выключателя можно записать условие проверки на термическую стойкость

, (9.5)

где: I_т – ток термической стойкости выбранного выключателя, кА;

t_т – допустимая длительность протекания тока термической стойкости выключателя, с.

Обе величины паспортные данные.

По электродинамической стойкости при токах К.З. выбранный выключатель проверяется по одному из условий:

или (9.6)

где: I_по – начальное значение периодической составляющей тока к.з., кА.

i_у – ударный ток к.з., кА.

I_дин – начальное действующие значение предельного сквозного тока данного выключателя, кА. (справочные данные)

I_м.дин. – амплитудное значение (наибольший пик) предельного сквозного тока выключателя, кА. (справочные данные)

При проверке выключателя на отключающую способность симметричного тока к.з. необходимо соблюдение следующего условия:

(9.7)

где: I_{отк.ном.} – номинальный ток отключения выключателя, кА. (справочные данные)

I_пt – периодическая составляющая тока к.з. в момент расхождения выключателя, кА (расчетная величина)

Таким образом, если соблюдать все условия выбора и проверки, можно считать, что выключатель выбран верно, в противном случае необходимо подобрать другой выключатель.