Выключение индуктивных цепей

При размыкании контактов выключателя между ними возникает дуговой разряд, так как на малом расстоянии между расходящимися контактами напряженность электрического поля превышает 50 В/мкм, необходимый для вырывания электронов полем. Поток электронов бомбардирует противоположный контакт, происходит испарение металла, возникает дуга, которая продолжает гореть до тех пор, пока внешняя цепь обеспечивает напряжение, достаточное для преодоления контактного потенциала металл-воздух (10…20 В) и ток, достаточный для испарения металла контактов (1…10 А).

Возникновение дуги предотвращает мгновенное прерывание больших токов, так как при горении дуги напряжение между контактами невелико и нагрузка остается подключенной к сети через дугу до того момента, пока дуга не погаснет при уменьшении напряжения в сети и тока дуги. Ток в момент погасания дуги называется током среза и не превышает единиц ампер.

Амплитуда ИП на шинах ГРЩ при отключении тока нагрузки определяется произведением величины R на значение тока среза I _ср и для обычных условий не превышает 100…200 В.

Напряжение на отключаемой нагрузке зависит от ее характера. На активной нагрузке после погасания дуги напряжение скачком устанавливается равным нулю, на отключенных конденсаторах – остается равное напряжению в сети в момент отключения. При отключении индуктивных нагрузок (ненагруженного трансформатора, двигателя, реактора) на них возможно появление импульсных перенапряжений. После погасания дуги в индуктивной нагрузке возникает переходный процесс с начальными условиями I_L = I _ср и U_L= Е, представляющий собой колебания в контуре, образованном индуктивностью L _н и паразитной емкостью катушки С_L. Если дуга отсутствует, то напряжение на индуктивности может достигнуть величины

                         (2.12)

Напряжения на трансформаторах и других индуктивных нагрузках могло бы достигать 10⁵…10⁶ В, так как их характеристические сопротивления имеют значения порядка 10⁵ Ом. Напряжение на контактах выключателя U _к =U – U_L имело бы такой же порядок. В действительности происходит серия повторных  зажиганий  и  погаса-

ний дуги, в результате которых рассеивается энергия, запасенная в L _н, и снижается перенапряжение.После первого среза тока (t = 0 на рис. 2.15) напряжение на отключаемой нагрузке успевает возрасти лишь до величины в несколько десятков вольт, так как из-за небольшого расхождения контактов пробивная прочность промежутка между ними невелика. Дуга вновь загорается, а емкость С_L разряжается на сеть, вызывая в ней появление высокочастотных колебаний напряжения (импульсных помех). Когда емкость С_L разрядится, дуга между контактами вновь гасится. Напряжение на емкости начинает нарастать, но уже по кривой с меньшей крутизной и меньшей ожидаемой амплитудой. Процесс повторных зажиганий и обрывов дуги продолжается до тех пор, пока напряжение на контактах не будет меньше напряжения пробоя. Чем больше повторных зажиганий и гашений дуги, тем больше рассеивается энергия, запасенная в L _н, и тем меньше амплитуда перенапряжений.

Максимальное значение напряжения на нагрузке зависит от свойств выключателя, параметров отключаемой цепи и может в 4…5 раз превышать номинальное напряжение питания. Следует отметить, что при отключении ненагруженных трансформаторов перенапряжения частично трансформируются во все обмотки примерно пропорционально коэффициенту трансформации. Кратности перенапряжения возрастают при использовании выключателей с более высокими номинальными напряжениями, чем номинальное напряжение сети. Типы отключаемых трансформаторов или реакторов (величины L _н и С_L) существенно меньше влияют на кратность перенапряжения. Длительность процесса отключения может составлять единицы миллисекунд, длительность задних фронтов – сотые доли микросекунды. Амплитуда ИП в сети (точки 1–2 на рис. 2.11) при повторных зажиганиях дуги значительно меньше перенапряжения на отключаемой нагрузке и не превышает U _ф.max, так как С >> C_L и . Длительность фронтов ИП определяется временем развития электрического пробоя и составляет (1…5)^.10^-7 с.