Зажиганиями дуги: а) схема сети; б) напряжение на линии при ее

замещении эквивалентным R-L-C контуром

Гашение дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в момент t₁ (рис. 4.13. б), когда ток проходит через нулевое значение и вследствие этого прекращается поступление энергии, поддерживающей высокую температуру в канале дуги.

Заряд, оставшийся на емкости линии после гашения дуги, медленно стекает на землю через сопротивление утечки изоляции, поскольку постоянная времени разряда имеет порядок десятков секунд; напряжение на емкости линии С остается практически неизменным и близким к амплитуде фазного напряжения. Напряжение на шинах и_щ по-прежнему изменяется в соответствии с э.д.с. e(t). Напряжение между контактами выключателя и_в определяется разностью напряжений на линии и₁ и на стороне питания и_ш (рис. 4.13). Через половину периода промышленной частоты это напряжение и_в=и₁ ‒ и_ш, как следует из рисунка, возрастает до удвоенного значения амплитуды питающей э.д.с. 2Е_т. Если в худшем случае в этот момент (t₂ на рис. 4.13, б) происходит повторное зажигание дуги, то емкость линии начинает перезаряжаться в колебательном режиме от начального значения напряжения и₁ ≈ Е_т до установившегося напряжения и_ш=е(t). Частота свободных колебаний оказывается, как правило, примерно на порядок выше промышленной частоты, и в первом приближении можно пренебречь изменением напряжения источника э.д.с. за время Δt=t₃ ‒ t₂ достижения амплитуды напряжения на емкости С. При этом максимальное значение напряжения на линии можно рассчитать по формуле (4.15)

                          (4.15)

где K_уд ≈ 1,8 ‒ ориентировочное значение ударного коэффициента в эквивалентном контуре с учетом потерь в сопротивлении R₁.

В момент t₃ ток I = du₁/dt=0 и дуга гаснет вновь. Емкость линии после этого остается под напряжением, равным U_1max.

Спустя примерно половину периода промышленной частоты э.д.с. достигнет амплитудного значения U_m=E_m, напряжение между контактами выключателя повысится до U_e=E_m ‒ U_{1 max} = 3,6 E_m (момент t₄ на рис. 4.13, б). Одновременно расходятся контакты выключателя и увеличивается электрическая прочность между ними. Поэтому повторное зажигание дуги может возникнуть уже не при 2Е_т,а при больших значениях напряжения U_e. Наиболее опасно зажигание дуги в момент t₄. В этом случае начинается перезаряд емкости с линии от начального напряжения U_нач = -2,6E_m до установившегося U_уст + E_m и перенапряжения достигают U_2max = -2,6Е_т+(Е_т+2,6Е_m) · 1,8 ≈ 3,3 Е_т.

Продолжая рассуждения аналогичным образом, можно прийти к заключению, что повторные зажигания дуги в наиболее неблагоприятные моменты времени могут вызвать многократные опасные для изоляции перенапряжения. В реальных выключателях зажигания дуги происходят в случайные моменты времени, и процесс нарастания перенапряжений от одного повторного зажигания к другому не приводит к столь быстрому росту их величины. Тем не менее, большое число повторных зажиганий дуги, достигающее в некоторых типах масляных выключателей 12-15 при каждой коммутации фазы линии, приводит к опасным перенапряжениям. Остающееся после окончательного гашения дуги напряжение на линии U₀ может доходить до (1,6...1,8) U_фm,что создает предпосылки для высоких перенапряжений при последующем автоматическом повторном включении линии.

В современных выключателях принимают меры для предотвращения повторных зажиганий дуги при отключении линий. В частности, отечественные воздушные выключатели высокого напряжения практически всегда отключают линию без опасных повторных зажиганий. Поэтому в сетях, оборудованных такими выключателями, с перенапряжениями при отключениях ненагруженных линий можно не считаться.

Масляные выключатели имеют меньшую скорость расхождения контактов и восстановления электрической прочности (кривая 2, рис. 4.14). Поэтому в них возникают опасные повторные зажигания дуги.

Опасность отключения ненагруженной линии малообъемным масляным выключателем усугубляется также тем, что перекрытие ее изоляции, вызванное этими перенапряжениями, может повлечь разрушение выключателя: малая величина емкостного тока отключаемой линии не создает достаточного давления в его дугогасительной камере для надежного гашения дуги тока к.з. Поэтому, если в ходе отключения линии возникает к.з. и ток резко возрастает, такой выключатель может оказаться неспособным погасить дугу.

Рис. 4.14. Изменение во времени электрической прочности межконтактного