Техника высоких напряжений - Федченко И.К.

Автор: Федченко И.К.

Теги: электричество магнетизм электромагнетизм физика математическая физика электрические сети издательство высшая школа

Год: 1969

Похожие

Техника высоких напряжений

Техника высоких напряжений.

Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах

Техника высоких напряжений

Текст

И. К. Федченко
ТЕХНИКА
ВЫСОКИХ
НАПРЯЖЕНИЙ
Испытательные установки и методы
испытания выключающих аппаратов
высокого напряжения
Допущено Министерством высшего и среднего
специального образования УССР в качестве
учебного пособия для студентов электро-
энергетических вузов и факультетов
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВИЩА ШКОЛА»
Киев —1969
6П2.1
Ф35
УДК 537-77(075.8)
Техника высоких напряжений, Федченко И. К.
«Вища школа», 1969, 544 стр.
В книге рассмотрены основные испытательные установки
и методы испытания выключающих аппаратов высокого
напряжения: сетевые испытания, испытания в лаборато-
рии мощности отключения на ударном генераторе и коле-
бательном контуре. Приведены основные схемы синтети-
ческих установок. Показан метод расчета индуктивности
шинопровода. Изложены вопросы расчета величины апе-
риодической составляющей тока короткого замыкания
и методы индикации восстанавливающегося напряжения
на контактах выключателя. Проанализированы методы
расчета коммутационных перенапряжений при испыта-
ниях. Описаны методы испытания на термическую и элек-
тродинамическую устойчивость Рассмотрены основные
вопросы измерения при испытаниях выключателей, прибор
автоматического управления опытом и синхронизирующее
устройство ВЭИ. Книга является учебным пособием по
курсу «Испытательные установки и измерительные устрой-
ства ТВН» для студентов, специализирующихся по ТВН,
а также может быть полезна для инженерно-технических
работников электротехнической промышленности и энерго-
' систем.
Табл. 27, илл. 193, библ. 117
Рецензенты: Н. М. Чернышев, ст. научный сотрудник,
Н. А. Николаев» докт. техн, наук, К. Я. Андрияшев,
внж.
8—3—10
46—69М
Предисловие
В учебном плане специальности «Электрические сети и сис-
темы» для специализации «Техника высоких напряжений» введен
новый спецкурс «Испытательные установки и измерительные
устройства ТВН». На этот курс в учебном плане (со сроком обу-
чения 5 лет 6 мес.) отведено 104 ч. В первой книге по этому
курсу, изданной Гостехиздатом УССР в 1963 г., рассматрива-
лись методы расчета испытательных трансформаторов высокого
напряжения и высоковольтных лабораторий. Продолжением
и важной составной частью этого спецкурса является изучение
испытательных установок и методов испытания выключающих
аппаратов высокого напряжения. Эти вопросы изложены в на-
стоящей книге. Книга является учебным пособием по теорети-
ческой части спецкурса и может быть использована студентами
при выполнении курсового проекта и дипломном проектирова-
нии. Одновременно книга может быть полезна студентам при
изучении раздела испытаний электрических аппаратов высокого
напряжения курса «Электрические аппараты» специальности
«Электрические машины и аппараты».
В книге обобщен большой теоретический и эксперименталь-
ный материал по испытательным установкам и методам испыта-
ния электрических аппаратов высокого напряжения. Это —
первая попытка дать студентам систематизированное учебное
руководство в этой важной области применения ТВН в высоко-
вольтном электроаппаратостроении. Содержание курса бази-
руется в основном на исследованиях ВЭИ им. В. И. Ленина,
который является ведущим, головным институтом электротехни-
ческого профиля в нашей стране.
На протяжении многих лет ВЭИ является базой предди-
пломной практики студентов Киевского политехнического инсти-
тута, специализирующихся по ТВН.
При составлении книги учитывался также опыт других
НИИ и проектных организаций (ЭНИН, ВНИИЭ, ТЭП Лен-
гидэп и др.), кафедр вузов (ЛПИ‘ им. М. И. Калинина, МЭИ,
УПИ и др.) и в некоторой мере опыт зарубежных лабораторий.
Задача повышения качества высшего электротехнического
образования, при изучении спецкурсов, заключается в необхо-
димости серьезного усиления физико-математического анализа
изучаемых процессов. Без этого спецкурс превращается в опи-
сательно-технологическую дисциплину, не опирающуюся на
строгий математический анализ и последующий расчет.
&
Нельзя также считать правильным такой метод изложения
курса, когда приводятся исходные положения и дается оконча-
тельный результат — формула и ссылка на литературу. При
таком методе изложения студент не приобщается к логике ана-
литического мышления и по существу такой учебный материал
остается за рамками сознательного восприятия и дальнейшего
самостоятельного применения. В настоящей книге нашло отра-
жение развернутое аналитическое исследование основ изучае-
мых процессов, вошедших в программу спецкурса.
Автор выражает глубокую благодарность заведующему
лабораторией методов и схем испытания высоковольтных аппа-
ратов ВЭИ им. В. И. Ленина канд. техн, наук Н. М. Чернышеву,
а также докт. техн, наук проф. Николаеву Н. А. и инж. Андри-
яшеву К. Я. за ценные замечания при рецензировании рукописи
книги. Сотрудникам кафедры техники высоких напряжений
электроэнергетического факультета Киевского ордена Ленина
политехнического института канд. техн, наук О. С. Ильенко
и ассистенту П. М. Покрас автор выражает благодарность за
помощь при подготовке книги.
Отзывы и пожелания по книге просим направлять по адресу:
Киев—-54, Гоголевская, 7, издательство «Вища школа».
Глава I
Назначение и основное оборудование
лаборатории мощности отключения.
Ударные генераторы
§ 1. Методы испытания выключающих аппаратов (выключателей)
на коммутационную способность
Для изыскания новых методов отключения цепей высокого напряже-
ния, создания новых типов выключающих аппаратов, исследования харак-
теристик существующей аппарату-
ры и разработки способов модер-
низации старых типов выключате-
лей необходима хорошо оборудо-
ванная экспериментальная база.
Такой базой и являются лаборато-
рии мощности отключения (ЛМО),
в которых проводятся:
1. Испытания на коммутацион-
ную способность при больших мощ-
ностях короткого замыкания (рис.
1, /, а, б и в) при трех-, двух-
и однополюсном коротких замы-
каниях.
2. Испытания на отключение
емкостных токов. В этом случае
емкостные токи возникают при от-
ключении холостых линий (рис. 1,
/7, а, бив) при трех-, двух- и одно-
полюсном отключениях.
3. Испытания на отключение
малых индуктивных токов, появ-
ление которых вызвано отключе-
нием работающих вхолостую транс-
форматоров (рис. 1, III, а, б ив)
при трех-, двух- и однополюсном
отключени ях и ндуктивностей.
4. Испытания на термическую
и электродинамическую устойчи-
вость.
5. Испытания на нагрев дли-
тельным номинальным током.
6. Механические испытания.
Испытания, проводимые в
ЛМО, можно разделить на две
группы работ.
К первой группе относятся ра(
лаборатории — изыскание и исследование новых принципов выключения
Рис. 1. Схемы испытания выключателя на
коммутационную способность.
/ — схемы испытания на мощность отключения ко-
роткого замыкания: а — трехполюсного; б — двух-
полюсного; в — однополюсного; / — ударный генера-
тор; 2 — повышающий или понижающий трансфор-
матор; 3 — испытуемый выключатель.
// -—схемы испытания а» б, и в на отключение ем-
костных токов; Ct, Ct, С,—емкости отключаемых
фаз недогруженных ЛЭП.
III — схемы испытания я, б и в до отключение ин-
дуктивных токов холостых трансформаторов 4.
, представляющие основную задачу
5
цепей высокого напряжения, ко второй относятся работы, связанные с про-
ектированием, конструктивным выполнением и испытаниями новых типов
выключателей, разрядников, предохранителей и других коммутационных
аппаратов.
Промышленные испытания выключающих аппаратов высокого напря-
жения переменного тока производятся по нормам, определяемым ГОСТ
687—67, а также приведенным в работах [16, 38, 53, 93]. Кроме этих испыта-
ний дополнительно проводятся:
а) исследования влияния изменений конструкции на дугогасительную
способность выключателя;
б) исследования влияния изменения скорости движения контактов,
а также изменения размеров камер, давления, параметров рабочих пружин,
свойств гасительных материалов и т. п.;
в) исследования кинетических систем включающей аппаратуры и их
приводов в статических и динамических условиях;
г) коммутационные исследования при рабочих токах, а также при ма-
лых индуктивных и емкостных токах.
Большую роль в работе ЛМО играют научные исследования электро-
физических процессов:
1) изучение физических свойств короткой и длинной дуги;
2) исследования электрических контактов и их устойчивости при ко-
ротких -замыканиях;
3) исследования устойчивости контактов в условиях рабочей комму-
тации;
4) исследования остаточного тока дуги;
5) исследования влияния магнитного поля на гашение дуги;
6) исследования новых методов гашения дуги (применение взрыва для
гашения дуги, применение новых дугогасящих сред и др.).
В настоящее время основными методами испытания выключателей
являются:
1. Сетевые испытания.
2. Испытания на ударных генераторах в лабораториях мощности от-
ключения.
3. Испытания при помощи колебательного контура, предложенного
проф. А. А. Горевым (гл. VI).
4. Синтетические схемы испытания (гл. VII).
Кроме этих основных методов испытания, будет рассмотрена схема
Бирманса.
Прежде чем перейти к рассмотрению установок для указанных испыта-
ний выключателей необходимо ознакомиться с основными нормативными
требованиями, предъявляемыми к выключателю, и испытаниями выключа-
теля на коммутационную способность. Общие технические требования на
выключатели переменного тока высокого напряжения [115] определены
в ГОСТ 687—67.
Согласно ГОСТ 687—67 типовые испытания выключателей необходимо
повторять не реже одного раза в 5 лет, кроме испытаний на коммутацион-
ную способность и на устойчивость при сквозных токах короткого замы-
кания, которые необходимо повторять не менее одного раза за 10-летний
период (периодические типовые испытания).
Изоляция выключателя должна испытываться по ГОСТ 1516—60.
Длина пути утечки внешней изоляции выключателей, предназначенных
для наружных установок, должна соответствовать требованиям ГОСТ
9920—61. Испытания на нагрев при длительной работе выключателей про-
изводится согласно ГОСТ 8024—56.
Рассмотрим испытания выключателей на коммутационную способ-
ность и предъявляемые к ним требования.
6
Испытания выключателей на коммутационную способность произво-
дятся для проверки работы выключателя при включении и отключении
токов короткого замыкания вплоть до предельных для данного типа выклю-
чателя токов отключения, гарантируемых заводом-изготовителем. Требо-
вания к коммутационной способности выключателей переменного тока
высокого напряжения определены ГОСТ 687—67 и ГОСТ 688—67.
Коммутационную способность выключателя (с данным приводом)
определяет ряд значений гарантируемых величин: номинальный ток от-
ключения, номинальное относительное содержание апериодической состав-
ляющей тока, собственное время отключения, время отключения (до пога-
сания дуги); номинальный ток включения — амплитуда и эффективное
значение периодической составляющей, собственное время включения, бес-
токовая пауза (минимальная) при АПВ, восстанавливающееся напряжение
промышленной частоты (возвращающееся напряжение), а также скорость
восстановления напряжения (или собственная частота восстанавливающе-
гося напряжения) и коэффициент превышения амплитуды.
В гарантируемые характеристики выключателя входит: отключение
и включение индуктивных токов вплоть до значения номинального тона
отключения, работа в номинальных циклах, установленных ГОСТ 687—67,
отключение неудаленных коротких замыканий, отключение ненагруженных
трансформаторов, отключение ненагруженных воздушных линий (по ГОСТ
12450—67).
Рассмотрим требования, предъявляемые к выключателю, и условия
проверки его характеристик.
Номинальные циклы операций
Согласно ГОСТ 687—67 выключатель должен выдерживать следующие
номинальные циклы операций:
а) для выключателей, которые допускают автоматическое повторное
включение, необходимо проводить два цикла операций.
Цикл 1:
О — hr — ВО — Т — О — /вт — ВО.
Цикл 2:
О — /5Т — ВО — 180 — ВО;
б) для выключателей, не допускающих автоматического повторного
включения (например, крупные генераторные выключатели, а также выклю-
чатели, изготовляемые для этого цикла по соглашению сторон), прово-
дят один цикл операций:
цикл 3:
О —180 — ВО— 180— ВО,
где О — операция отключения;
ВО — операция включения и немедленно (без преднамеренной выдержки
времени) следующая за нею операция отключения;
/вт— гарантируемая для выключателя минимальная бестоковая пауза
при АПВ;
Т — промежуток времени 15 мин между двумя полуциклами О —
— tiT — ВО\
180 — промежуток времени (180 сек).
Кроме того, для выключателей на номинальное напряжение до ПО кв
включительно, предназначенных для АПВ, помимо циклов 1—3 должна
гарантироваться также работа по циклу 4:
О — tiT — ВО — 20 —ВО,
где 20 — интервал времени (20 сек). При этом, если для выполнения послед-
ней операции (ВО) указанного цикла отдельных типов воздушных выклю-
7
чателей необходима подпитка выключателя сжатым воздухом из магистрали
за время паузы 20 сек, то завод-изготовитель должен оговорить это в инфор-
мационных материалах. После выполнения принятого цикла операций
выключатель должен остаться в исправном состоянии (без ремонта). Как
принято в ГОСТ 687—67, наибольшее допустимое для выключателя без
осмотра и ремонта число операций отключения и включения в режиме
короткого замыкания при токах отключения в диапазоне 30—60%, а также
при 100% номинального тока отключения должно быть указано предприя-
тием-поставщиком в информационных материалах. При этом суммарное
число операций (в том числе и операций включения) для диапазона 30—60%
должно быть для масляных выключателей не меньше 10 и для воздушных
выключателей не меньше 15.
Значения токов отключения и токов включения, которые гарантирует
предприятие-поставщик, относятся к одно-, двух- и трехполюсному виду
коротких замыканий.
Для выключателей, работающих только в сетях с изолированной ней-
тралью, указанные токи относятся только к двух- и трехполюсному корот-
ким замыканиям.
Отключающая способность
Отключающая способность выключателя определяется величиной от-
ключаемого тока и параметрами восстанавливающегося напряжения. Со-
гласно ГОСТ 687—67 разрешается предприятию-изготовителю наряду с но-
минальным током отключения (ка) указывать также мощность отключения
(Мва), которая определяется согласно приложению к ГОСТ 687—67.
Токи, отключаемые выключателем, определяют двумя величинами,
соответствующими моменту расхождения дугогасительных контактов
(рис. 2):
а) симметричным током — эффективным значением периодической со-
ставляющей /«,;
б) относительным содержанием апериодической составляющей
= ’
где 7=—значение апериодической составляющей в момент расхождения
контактов.
Согласно ГОСТ 687—67 номинальные значения относительного содер-
жания апериодической составляющей при номинальном токе отключения
зависят от наименьшего возможного для данного выключателя времени т
от момента возникновения короткого замыкания до размыкания дугогаси-
тельных контактов. Значения р = <р(х) определяются кривой на рис 3.
Время т принимается равным собственному времени отключения вы-
ключателя с добавлением 0,01 сек для выключателей, которые отключаются
не от встроенных реле. Номинальный ток отключения и номинальное отно-
сительное содержание апериодической составляющей не должны быть пре-
вышены.
Время отключения выключателя с приводом (ГОСТ 687—67) должно
находиться в пределах:
а) для сверхбыстродействующих выключателей — до 0,06 сек;
б) для быстродействующих выключателей — свыше 0,06 до 0,08 сек;
в) для выключателей ускоренного действия—свыше 0,08 до 0,12 сек;
г) для небыстродействующих выключателей — свыше 0,12 до 0,25 сек.
При отключении около 30% номинального тока отключения допускается
превышение указанных выше верхних значений времени отключения
8
выключателя на 0,02 сек, а при значении отключаемых токов порядка 60%—
на 0,01 сек.
Выключатели на номинальные напряжения ПО кв и выше с номиналь-
ным током отключения выше 12,5 ка должны испытываться на отключение
в однофазном режиме неудаленных коротких замыканий с токами 98, 75
и 60% от номинального тока отключения выключателя. При этом ток одно-
фазного короткого замыкания источника, от которого отключается линия,
должен быть равным номинальному току отключения выключателя. На каж-
дом из перечисленных значений токов производится по три опыта на отклю-
чение.
Испытания на отключение критических токов производятся в том слу-
чае, если во время исследования обнаружено, что для данного типа выключа-
Рис. 2. Определение токов, отключае-
мых выключателем на момент расхож-
дения дугогасительных контактов:
— периодическая составляющая; I —
апериодическая составляющая; 1 — огибаю-
щие кривой тока; 2 — момент расхождения
дугогасительных контактов; 3 — смещенная
нулевая линия кривой тока.
Рис. 3. Кривая зависимости относительного
содержания апериодической составляющей
₽ = ф (х)> т время от момента возникнове-
ния короткого замыкания до размыкания
дугогасительных контактов, в миллисекундах.
теля существует зона критических токов (например, у выключателя с авто-
дутьем). Если такие предварительные исследования не выполнялись, то
они проводятся при типовых испытаниях.
Испытаниям на отключение токов с относительным содержанием апе-
риодической составляющей, равным ₽, подвергаются выключатели, у ко-
торых время т (рис. 3) меньше 0,08 сек.
Включающая способность
Номинальный ток включения определяется начальным эффективным
значением его периодической составляющей, которое должно быть не ниже
соответствующего тока отключения, с амплитудой не ниже 1,8 ]/2 Л».
Включение выключателя двигательным приводом на ток короткого
замыкания должно происходить до конца с удерживанием во включенном
положении (например, «с посадкой на защелку») при токах до гарантиро-
ванного тока включения.
Ручное оперативное включение выключателя допускается только для
выключателей на номинальное напряжение не выше 35 кв при условии,
что оператор защищен от выключателя защитной стенкой или перегородкой.
Включение двигательных приводов вручную не допускается. Значения мощ-
ностей и токов короткого замыкания в месте установки выключателя, при
которых допускается ручное оперативное включение, должны быть указаны
поставщиком, но не должны превышать следующих величин:
а) мощность короткого замыкания — 150 Мва;
б) эффективное значение периодической составляющей тока короткого
замыкания — 6 ка\
9
в) амплитуда ударного тока короткого замыкания — 15 ка.
Выключатель должен отключать короткие замыкания, возникающие
на любом расстоянии от выключателя (в том числе и неудаленные).
Минимальная бестоковая пауза при АПВ должна быть:
а) для выключателей с АПВ — больше 0,4 сек, но не выше 1,2 сек;
б) для выключателей с БАПВ — не менее 0,25 сек, но не более 0,4 сек.
Данные о количестве опытов и режимов испытаний приведены в ГОСТ
687—67 и работах ВЭИ*. Испытания на коммутационную способность
должны обеспечивать проверку соответствия выключателя требованиям
ГОСТ 687—67 и ГОСТ 688—67.
Напряжение на испытуемом выключателе
при испытании на коммутационную способность
Частота высокочастотных колебаний при отключении тока короткого
замыкания, зависящая от параметров отключаемой сети, а также ампли-
туда восстанавливающегося напряжения влияют на отключающую способ-
ность выключателя [93].
В связи с этим установлению параметров напряжения на выключателе
при коммутации цепей высокого напряжения и методике воспроизведения
его при испытаниях на коммутационную способность уделяется значитель-
ное внимание.
Нормируемое восстанавливающееся напряжение (ГОСТ 687—67) опре-
деляется следующим образом: нормированное (приписанное) восстанавли-
вающееся напряжение (ВН) — собственное восстанавливающееся напряже-
ние в точке сети или испытательной схемы, при которых гарантируется
коммутационная способность выключателя. Приписанное ВН нормируется
для первого гасящего полюса. Восстанавливающееся напряжение может
рассматриваться как состоящее из двух составляющих: напряжения про-
мышленной частоты (возвращающееся напряжение) и напряжения переход-
ного процесса (апериодического или колебательного одночастотного или
с несколькими частотами).
Возвращающееся напряжение
Испытания на коммутационную способность трехполюсных выключа-
телей в зависимости от их конструктивных особенностей и возможностей
испытательной установки должны в отношении количества испытуемых
полюсов и соответствующих возвращающихся напряжений производиться
согласно табл. 1 (ГОСТ 687—67).
Напряжение включения
При испытаниях на включающую способность напряжение, приложен-
ное к выключателю перед включением, должно быть не меньше значений
[115]:
а) при трехполюсных испытаниях (напряжение между полюсами) —
Ua. р;
б) при однополюсных испытаниях (напряжение на полюсе) при одно-
временном смыкании контактов полюсов — 0,58 Ua. р; при неодновремен-
ном смыкании контактов полюсов (выключатели для работы в системах
с изолированной нейтралью) — 47н. Р; выключатели для работы в системах
с эффективно заземленной нейтралью — 0,75(/н. Р.
♦ В ВЭИ и Ленфилиале ВЭИ при разработке методов испытания выключателей на
выключающую и отключающую способность принимали участие Кожухов В. К., Сысоев М. И.,
Чернышев Н. М., Литваков У. М., Агафонов F. Е., Шерман Я. Н.
10
Таблица 1
Значения возвращающихся напряжений при испытании выключателей (ГОСТ 687—67)
Обозначе- ние испы- таний Испытания Возвращающееся напряжение, ^возвр.
для выключа- телей на £/ном до 35 кв вклю- чительно для выключа- телей на {7,^ НО кв и выше
Выключатели с дугогасительными контактами всех полюсов
в общем кожухе
Трехполюсные 0,754/**
Двухполюсные (крайний и средний полюсы) . . V* 0,754/**
Двухполюсные (крайние полюсы) и*Л 0,75 U**
^4 Однополюсные (средний полюс) 0,584/*** . 0,58 4/л
Однополюсные (крайний полюс) 0,584/*** 0,58 4/л
Выключатели с дугогасительными контакт ами всех полюсов
не в общем кожухе
Бг Трехполюсные и*Л 0,754/**
Бл Однополюсные 0,584/*** 0,58 U„
Испытания, которые могут проводиться вместо испь bi—б2 1 та н и й
Б» Однополюсное (только для выключателей на . . ПО кв и выше) 0,871/л 0,75 4/л
Б< Двухполюсное — 0,75 4/**
Б» Однополюсное — 0,58 4/л
Примечание. ,{/л должно быть не менее 0,95 UB р, где Uu р — наибольшее ра-
бочее напряжение выключателя.
♦ Возвращающееся напряжение междуполюсное.
♦ ♦ Возвращающееся напряжение на первом гасящем дугу полюсе.
♦ ♦♦ Настоящее испытание не обязательно для выключателей, предназначенных
только для сетей с изолированной нейтралью.
Одновременное смыкание контактов полюсов выключателя следует
считать в том случае, когда интервал времени между смыканием отдельных
полюсов не превышает 0,005 сек.
При испытаниях двухполюсных выключателей, предназначенных
для работы в однофазной цепи, напряжения выключения должны быть
не ниже:
а) при двухполюсных испытаниях — t7H.p;
б) при однополюсных — {k — коэффициент, учитывающий не-
равномерность распределения напряжения между полюсами, определяемый
экспериментальным путем для каждого типа выключателя).
Напряжение включения при испытаниях однополюсных выключателей
должно быть не ниже 1/н.р.
11
Косвенные испытания (ГОСТ 687—67)
Если испытания на коммутационную способность выключателя прово-
дятся на испытательных установках (лабораторных или сетевых) или
в электрических системах, в которых могут быть получены требуемые токи
отключения и включения при соответствующих параметрах восстанавли-
вающегося напряжения, то такие испытания называются прямыми.
Если же мощность испытательных установок недостаточна для прове-
дения прямых испытаний всего выключателя на коммутационную способ-
ность, допускается проведение косвенных испытаний с помощью искус-
ственных схем. При этом необходимо доказать достаточную эквивалент-
ность этих испытаний.
Согласно ГОСТ 687—67, в случае недостаточной мощности испытатель-
ных установок допускается:
а) производить испытания выключателя или его полюса не прямыми
методами, а с помощью синтетических схем;
б) производить испытания не всего дугогасительного устройства в це-
лом, а отдельных разрывов или групп разрывов прямыми методами или
с помощью синтетических схем.
Кроме того, рекомендуется испытания по подпунктам «а» и «б» допол-
нить испытаниями всего выключателя или его полюса в цикле ВО при пол-
ном напряжении и наибольшем токе, который может быть получен в испыта-
тельной установке, а также при номинальном токе отключения и наибольшем
напряжении, которое может быть получено при этом. Таким образом, кос-
венные испытания позволяют различными путями оценить коммутацион-
ную способность выключателя при заданных условиях, хотя мощность ко-
роткого замыкания испытательной установки (или параметры ее по току
отключения и напряжения при испытании) не разрешает осуществить пря-
мые испытания.
Следовательно, синтетические, экстраполяционные (раздельные) испы-
тания всегда будут косвенными, тогда как испытания в установках с удар-
ными генераторами, или колебательными контурами, а также испытания
в сетях могут быть, в зависимости от параметров установок, прямыми
или косвенными.
Испытания по расчлененным.циклам
Как показано в ГОСТ 687—67 когда нет возможности проводить испыта-
ния выключателя в номинальных циклах, допускается замена номинальных
циклов соответствующими расчлененными циклами: цикл 1а — (0—t —
— О — Т — 0 — t — 0); цикл 2а — (0 — t— 0 —180 —0); цикл 4а —
— (0 — t — 0 — 20 — 0), дополненными двухкратным испытанием того же
образца выключателя (без его ревизии) на включающую способность в опе-
рации В.
При испытаниях очередность операций (О и В) в расчлененных циклах
должна быть выбрана такой, чтобы условия испытаний были наиболее жест-
кими. При проведении испытаний в расчлененном цикле [115] необходимо
дополнить программу испытаний следующими испытаниями в номинальном
(нерасчлененном) цикле:
а) при требуемых напряжении перед включением и токе включения,
но при сниженных в операциях ВО возвращающемся напряжении и отклю-
чаемом токе (в соответствии с параметрами испытательной установки);
б) при требуемых напряжении перед включением и возвращающемся
напряжении, но при сниженных в операциях ВО включаемом и отключае-
мом токах (в соответствии с параметрами испытательной установки).
12
В том случае, когда испытательная установка не позволяет произвести
испытание в соответствии с пунктами а) и б)9 разрешается [115] эти испы-
тания заменить испытаниями симметричным током, равным току отключе-
ния, увеличенному в (1+ 0,8 0) раз, при длительности дуги, не превышаю-
щей два полупериода, и в (1 + 0,6 ₽) раз, если длительность дуги превы-
шает два полупериода.
Испытания по частям
В настоящее время в связи с ростом рабочих напряжений и мощностей
энергосистем применяются выключатели с многократными разрывами на
фазу (до 24 в МКП-400). Таким образом, гашение дуги во всем полюсе осу-
ществляется в 24 разрывах. При движении траверсы все эти разрывы дуго-
гасящих камер включаются последовательно, вследствие чего дуга лучше
охлаждается и гасится более интенсивно, что позволяет уменьшать длитель-
ность горения дуги и влиять на другие характеристики выключателя. Для
равномерного распределения напряжения между разрывами эти элементы
шунтируются линейными сопротивлениями. После погасания дуги через
шунтирующие сопротивления камеры протекает сопровождающий ток,
который отключается при дальнейшем движении траверсы двумя простыми
разрывами в масле.
Воздушные выключатели высокого напряжения также характеризу-
ются многократными разрывами.
Согласно ГОСТ 687—67 при недостаточной мощности испытательной
установки разрешается производить калибровку выключателей по их ком-
мутационной способности путем испытания отдельного разрыва или группы
разрывов дугогасящего устройства. За исходное положение принимается
следующее: если частью фазы или одним разрывом отключается данный
ток при данном напряжении, то при соблюдении некоторых условий можно
утверждать, что полное число разрывов выключателя будет отключать этот
ток при напряжении, большем во столько раз, сколько разрывов прихо-
дится на одну фазу выключателя. Это будет справедливо при условии, что
напряжение между отдельными разрывами выключателя распределяется
равномерно. Кроме того, необходимо, чтобы газодинамические, электроди-
намические и термические воздействия определялись тем током, который
протекает через данную фазу, представляющую самостоятельный элемент.
ВЭИ им. В. И Ленина и Ленинградский филиал ВЭИ в разработанном
проекте стандарта по методам испытания на включающую и отключающую
способность устанавливают следующие основные требования для метода
испытания выключателя по частям.
1. Разрывы или группы разрывов выключателя должны быть одинако-
выми по конструкции, размерам и механическим характеристикам.
2. Во время выполнения выключателем операций включения и отключе-
ния не должно быть взаимного влияния разрывов друг на друга через дуго-
гасящую среду или электромагнитные воздействия (разрывы находятся
в различных не сообщающихся резервуарах или кожухах).
3. Когда для действия выключателя требуется подача дугогасящего
вещества извне (сжатого воздуха в воздушных выключателях или механиче-
ски создаваемого потока масла в импульсных выключателях), питание
каждого элемента должно быть независимым от питания остальных элемен-
тов, и подвод дугогасящего вещества ко всем элементам должен быть одно-
временным.
4. Контакты во всех разрывах выключателя должны практически одно-
временно размыкаться при отключении и смыкаться при включении (наи-
большая разница во времени начала размыкания или смыкания отдельных
разрывов или групп разрывов не должна превышать 0,005 сек).
13
5. Распределение напряжения по разрывам не должно зависеть отьве-
личины отключаемого тока, при этом распределение возвращающегося на-
пряжения и переходной составляющей восстанавливающегося напряжения
должно быть одинаковым.
6. Распределение напряжения между разрывами должно определяться
путем одновременного осциллографирования напряжения на выключателе
и на различных разрывах камеры во время отключения наибольшего тока,
который способна развить установка при требуемом для данного выключа-
теля напряжении (полном). Следует убедиться в том, что измерительная
схема, с помощью которой осуществляется осциллографирование, не влияет
на распределение напряжения между разрывами (оценка влияния измери-
тельной схемы может быть произведена, например, путем сопоставления
результатов измерения при снижении ее входного сопротивления вдвое-
втрое).
Распределение напряжения по разрывам необходимо определять при
тех же параметрах восстанавливающегося напряжения, при которых пред-
полагается производить испытания разрывов выключателя.
7. Распределение напряжения по разрывам применительно к процессу
включения (речь идет о тех разрывах, которые замыкают цепь при включе-
нии) должно определяться путем приложения к выключателю соответствую-
щего напряжения промышленной частоты и осциллографирования напря-
жения на всем выключателе и на отдельных его разрывах при вклю-
чении.
8. Испытаниям должно подвергаться максимально возможное число
последовательно включенных разрывов в соответствии с наибольшим напря-
жением, при котором от испытательной установки могут быть получены тре-
буемые токи отключения или включения.
9. Напряжение, при котором испытывается разрыв или группа разры-
вов, должно определяться на основании результатов измерения распреде-
ления напряжения между разрывами. Его значение должно быть не ниже
напряжения, приходящегося на разрыв или группу разрывов при наиболее
неблагоприятном распределении напряжения.
10. Частота переходной составляющей восстанавливающегося напряже-
ния и коэффициент превышения амплитуды должны быть равными приве-
денным в гл. IV, § 26, независимо от того, какую долю от всей дугогаситель-
ной камеры составляет испытываемая часть. При апериодическом процессе
восстановления напряжения скорость восстанавливающегося напряжения
(гл. IV, § 26) снижается пропорционально уменьшению напряжения, при
котором испытывается разрыв или группа разрывов; время t0 при этом
не изменяется.
Для получения требуемой формы кривой восстанавливающегося на-
пряжения величины полных сопротивлений, включаемых для регулирова-
ния коэффициента амплитуда, уменьшаются в у раз (у равно коэффициенту
снижения возвращающегося напряжения при испытаниях разрыва или
группы разрывов). Возвращающееся напряжение при испытаниях разрывов
равно 1/в.п./у.
И. При испытании выключателя по частям в режиме отключения не-
удаленных коротких замыканий параметры короткозамкнутой линии или
схемы ее замещения должны быть изменены в соответствии с величиной
напряжения, при котором производятся испытания. Если это напряжение
составляет 1/у часть от 1/н.р./КЗ, то индуктивные и волновое сопротивле-
ния отключаемой линии должны быть уменьшены в у раз. Остальные
параметры линии (длина, коэффициент превышения амплитуда) остаются
без изменения.
14
Раздельные испытанна
Вопрос о раздельных испытаниях выключателей рассмотрен в работе
176]. В исключительных случаях, когда нет возможности произвести испы*
тания на коммутационную способность другими методами, для выключа-
телей с дугогасительными устройствами собственного дутья допускается
производить испытание при полном напряжении и неполном токе, а также
при пониженном напряжении и полном токе. При этом допустимость экстра-
поляции результатов указанных испытаний устанавливается на основа-
нии специальных предварительных исследований.
Условия возможности такой экстраполяции:
а) при испытании выключателя на полном напряжении при увеличении
отключаемого тока, начиная с некоторого его значения, длительность горе-
ния дуги сокращается; при дальнейшем увеличении тока длительность
горения дуги продолжает сокращаться или остается неизменной;
б) при испытании выключателя на данном пониженном напряжении,
начиная с некоторого значения отключаемого тока, длительность горения
дуги в выключателе практически не изменяется при дальнейшем увеличе-
нии тока;
в) сопоставление результатов по отключению токов при полном и пони-
женном напряжениях показывает, что увеличение тока и снижение напря-
жения не привело к уменьшению длительности горения дуги более чем на
0,005 сек по сравнению с длительностью горения дуги, полученной при от-
ключениях наибольшего достигнутого тока при полном, напряжении;
г) при испытаниях на данном пониженном напряжении форма кривой
отключаемого тока остается синусоидальной, а затухание амплитуды тока
во время горения дуги не превышает 20—30%.
Выражение: «Длительность дуги... практически не изменяется» надо
понимать в том смысле, что при опытах на различных токах наибольшая
длительность горения дуги может изменяться не более чем на 0,003 сек.
При этом на каждом токе необходимо провести такое количество опытов, при
котором была бы достигнута наибольшая длительность горения дуги.
Выключатели, в которых сопротивление дуги существенно влияет на
величину тока короткого замыкания (снижение амплитуды отключаемого
тока за счет дуги при полном напряжении превышает 15%), не могут испы-
тываться методом раздельных испытаний.
За величину отключаемого тока при испытаниях на пониженном напря-
жении принимается эффективное значение симметричной составляющей
тока за последний период горения дуги.
Если длительность горения дуги меньше или равна двум полупериодам,
то за отключаемый ток принимается амплитудное значение тока в послед-
ний полупериод, деленное на ]^2.
Синтетические испытания
Установки для испытания выключателей в синтетических схемах рас-
смотрены в гл. VII. Однако основные вопросы методики синтетических
испытаний удобнее привести в I главе, сконцентрировав здесь весь мате-
риал по методам и нормативам испытаний.
Приведенные данные по синтетическим испытаниям разработаны ВЭИ
и ЛФ ВЭИ.
1. Как уже указано выше, при недостаточной мощности испытательных
установок допускается [115]:
а) производить испытания на отключающую способность с помощью схем
(синтетических), в испытательной цепи которых в период протекания тока
действует пониженное напряжение, а перед погасанием дуги в испытуемом
15
выключателе или непосредственно после ее погасания начинает действовать
полное напряжение;
б) производить испытания на включающую способность с помощью
схем (синтетических), в которых перед протеканием тока включения на
выключатель действует полное напряжение, а с момента начала протека-
ния тока или с небольшим запаздыванием после начала протекания тока
выключатель оказывается подключенным к источнику полного тока пони-
женного напряжения.
2. При испытаниях на отключающую способность в синтетических схе-
мах особое внимание необходимо обращать на точность синхронизации
моментов включения источников питания.
3. В синтетических схемах, в которых источник полного напряжения
начинает действовать непосредственно после погасания дуги в испытуемом
выключателе («Схемы с подачей восстанавливающегося напряжения в нуль
тока»), запаздывание в приложении восстанавливающегося напряжения
по отношению к нулю тока не должно выходить за пределы (0—10 мксек).
При этом среди проведенных опытов должно быть не менее одного с запазды-
ванием не более 3 мксек.
4. В синтетических схемах, в которых источник полного напряжения
начинает действовать еще до момента погасания дуги в испытуемом выклю-
чателе («двухчастотные синтетические схемы»), пересечение кривых напря-
жений и токов источников полного тока и источников полного напряже-
ния должно производиться за т сек до момента погасания дуги в испытуемом
выключателе, причем
Т
500 < т мксек < ~ ,
о
где Тп — период колебаний тока повышенной частоты.
5. Искажения кривой тока при подходе к нулю при отключениях в син-
тетических схемах характеризуется путем сравнения реальной скорости
подхода тока к нулю с расчетной. Расчетная скорость подхода тока к нулю:
dt' i _ о = 314 + /откл ’
где — среднее значение напряжения на. дуге в интервале за 40—БОжксек
до момента погасания дуги (берется по осциллограмме опыта
в синтетической или другой схеме);
Uв — возвращающееся напряжение, при котором испытывается выклю-
чатель;
/откл — отключаемый ток.
Скорость подхода тока к нулю в последний полупериод дуги (среднее
значение за 40—50 мксек в конце полупериода тока) при испытаниях в син-
тетических схемах не должна быть ниже 90% расчетной скорости. Допус-
тимое повышение этой скорости не нормируется, однако если оно превос-
ходит 110% расчетного значения, должно быть доказано, что такое повыше-
ние не приводит к существенному изменению условий испытания или что
положительные результаты опытов получены при утяжеленных условиях
испытаний.
6. При испытаниях в синтетической схеме выключателей с камерой,
в которой гашение дуги происходит за счет энергии, выделяемой дугой,
затухание симметричной составляющей отключаемого тока за время горе-
ния дуги должно быть не более 30%. При испытаниях выключателей, в ко-
торых дугогашение происходит за счет постороннего источника энергии,
затухание симметричной составляющей тока во время горения дуги должно
быть не более 50%.
16
7. За отключаемый ток при испытаниях в синтетической схеме прини-
мается амплитудное значение тока в последний полупериод горения дуги,
деленное на J/2.
8. При испытаниях в синтетической схеме длительность приложения
напряжения к испытуемому объекту после окончательного погасания дуги
должна быть не менее 0,005 сек. Возвращающееся напряжение (квазиста-
ционарное напряжение, которое в сумме с переходной составляющей равно
восстанавливающемуся напряжению переходного режима) в течение этих
0,005 сек по абсолютной величине должно быть больше или равно
Uв. н]/"2 cos 314/,
где1/в. н — нормированное возвращающееся напряжение на полюсе;
/, сек — время отсчитываемое от момента окончательного погасания дуги
в испытываемом полюсе выключателя.
9. Мощность источника восстанавливающегося напряжения синтетиче-
ской схемы должна быть достаточной для обеспечения правильного воспро-
изведения кривой напряжения. Рекомендуется индуктивность короткого
замыкания источника принимать равной индуктивности реальной сети с дан-
ным током короткого замыкания. В тех случаях, когда выдержать это соот-
ношение не представляется возможным, следует убедиться в том, что оста-
точная проводимость дугогасительной камеры практически не влияет на
процесс восстановления напряжения. Влияние остаточной проводимости
оценивается сопоставлением кривых напряжения на выключателе при испы-
таниях с кривой напряжения при подаче напряжения на разомкнутый вы-
ключатель.
В тех случаях, когда испытуемый выключатель снабжен низкоомным
шунтирующим сопротивлением, не всегда представляется возможным обес-
печить на нем соответствующее значение восстанавливающегося напряже-
ния из-за недостаточной мощности источника повышенного напряжения
синтетической схемы. В таких случаях разрешается отсоединять низкоом-
ные шунты от выключателя и присоединять их к соответствующим точкам
синтетической схемы. При этом должна сохраниться форма кривой восста-
навливающегося напряжения на выключателе (с учетом влияния на нее шун-
тирующего сопротивления выключателя), а влияние сопротивления на
процессы в дугогасительном разрыве вблизи нуля тока должно быть та-
ким же, как и при отключениях выключателем тока в схеме полной мощ-
ности.
Запаздывание в подключении контура тока в синтетических схемах
для испытания на включающую способность не должно превышать 20%
от величины времени, протекающего от момента возникновения тока между
контактами при включении до момента металлического замыкания контактов.
Механические характеристики
Механические характеристики выключателя в смонтированном виде
с приводом (собственное время включения и отключения, бесконтактная
пауза, скорость или время движения контактов, сила их нажатия, момент
на валу, расход воздуха на операцию и другие) должны обеспечивать ис-
правную работу выключателя и параметры, гарантируемые заводом-изго-
товителем. При испытании на механическую стойкость (без токовой на-
грузки) выключатель (с приводом) должен выдерживать следующее число
включений и отключений (при номинальном напряжении на зажимах ка-
тушки соленоидного привода или номинальном давлении пневматического
привода):
17
а) для выключателей, номинальный ток отключения которых не выше
значений, приведенных ниже,— не менее 2000 отключений и столько же
включений, в том числе не менее 100 циклов ВО (с подачей команды на от-
ключение через контакты выключателя);
б) для выключателей, номинальный ток отключения которых выше зна-
чений, приведенных ниже, а также для выключателей на напряжение
110 кв и выше — 1000 отключений и включений, куда должно входить не
менее 50 циклов ВО (с подачей команды на отключение через контакты
выключателя).
Оном, «в 3 6 10 15 20 35
/отк, ка 160 80 50 31,5 25 12,5
Кроме того, при испытании выключатель должен выдерживать не менее
25 включений и 25 отключений соответствующим приводом при наивысшем
напряжении на зажимах привода, или при пневматическом приводе — при
наивысшем давлении.
Выключатели, предназначенные для работы в наружных установках,
должны выдерживать гололед при толщине корки льда 10 мм и ветровую
нагрузку при скорости ветра до 15 м/сек, а при отсутствии гололеда — вет-
ровую нагрузку при скорости ветра до 30 м/сек. Выключатели для наруж-
ных установок должны также изготовляться для работы в условиях голо-
леда при толщине корки льда до 20 мм и при ветре скоростью 15 м/сек,
а без гололеда при ветре скоростью до 40 м/сек. Кроме того, выключатели,
работающие в наружных установках, рассчитываются на тяжение проводов
(в горизонтальном направлении в плоскости полюса) до 50 кг и до 100 кг
для выключателей напряжением до 35 и ПО кв соответственно.
Остальные виды испытания, в том числе испытания на термическую
и электродинамическую устойчивость, изложены в гл. VIII.
§ 2. Сетевые испытания выключающих аппаратов
Испытания выключающих аппаратов в реальных сетях энергосистем
имеют то преимущество, что для них не требуются дорогостоящие испыта-
тельные установки. Однако такие испытания имеют и ряд серьезных недо-
статков. '
При испытаниях на отключение предельной мощности выключатель
должен отключить ток короткого замыкания порядка десятка и сотен кило-
ампер, при данном номинальном напряжении. Кажущаяся трехфазная мощ-
ность короткого замыкания
Рз-ф — 3 /откл^но^ (1"1)
может достигать значений десятков миллионов киловольтампер. В связи
с этим для испытаний, проводимых в сети, необходимо выбирать соответ-
ствующую схему испытания, при которой обеспечивается испытательная
мощность. Часто для проведения испытаний в сетях нужно отключать по-
требителей части или всей энергосистемы. Как показывает опыт, постановка
таких испытаний связана с трудностями, так как для технологического
процесса ряда промышленных потребителей требуется бесперебойное энер-
госнабжение. Кроме того, сильные толчки нагрузки при испытаниях могут
нарушить нормальную работу энергосистемы.
Проводить испытание выключателей в полевых условиях не всегда
возможно, так как число испытаний при исследовании новых конструкций
дугогасящих устройств весьма велико, а режим работы энергосистемы
18
часто не разрешает проведение опытов. Поданным Н. М. Чернышева, в лабо-
ратории коммутационной аппаратуры ВЭИ за три года было произведено
свыше 5000 опытов короткого замыкания. Проведение такого объема иссле-
дований в реальных сетях практически исключается, поэтому в сетях воз-
можны лишь эпизодические, контрольные испытания выключателей.
В качестве примера рассмотрим схему рис. 4, приведенную в работе
[88], сетевой лаборатории для испытания выключающих аппаратов. Эта
лаборатория находится на одной из подстанций энергосистемы. Питание
сетевой лаборатории производится по двум линиям напряжением 6 кв и
110 кв, которые обеспечивают необходимую мощность короткого замыка-
ния на шинах подстанции. Схема сетевой лаборатории обеспечивает получе-
ние испытательной мощности от линии ПО zee при токах от 500 до 2500 ас
В цепи испытания А Б В силовые трансформаторы служат в качестве реактив-
Рис. 4. Принципиальная однолинейная схема первичной
коммутации сетевой лаборатории мощности отключения.
ности для ограничения тока короткого замыкания. Для получения предель-
ной испытательной мощности короткого замыкания сети трансформаторы
отключаются. При испытании в цепи АБДЕ питание производится от линии
110 кв на токи от 8 до 25 zca, а трансформаторы 6—10 кв работают на пониже-
ние напряжения. Регулирование тока короткого замыкания в этом случае
достигается изменением числа параллельно включенных трансформаторов.
При испытании в цепи ГДЕ питание производится от линии 6 кв. Для
изменения величины тока от 20 до 6000 а применяется воздушный реактор £.
Испытания в цепи ГДБВ производятся при напряжениях 65—130 кв.
В качестве защитных выключателей ЗВ на линии 6 кв применены мас-
ляные выключатели типа ВМГ-133-11, а на линии ПО кв — МКП-160.
Назначение ЗВ — включить на короткое замыкание и отключить его при
отказе испытуемого выключателя ИВ, погасить дугу.
Схема управления защитного выключателя ЗВ и испытуемого выключа-
теля ИВ сблокирована и должна быть синхронизирована с моментом вклю-
чения электромагнитного и катодного осциллографов. Импульс на отключе-
ние ИВ и регулирование времени металлического короткого замыкания
подается от блок-шайбы, установленной на валу ЗВ. Ограничения, налага-
емые энергосистемой на условия испытания, состоят в том, что испытания
при отключении большой мощности короткого замыкания разрешаются
только по циклу 0 — отключение предварительно включенного ИВ*.
♦ В гл. VII, § 42 будут рассмотрены возможности сетевых испытаний при напря-
жении 500 кв в Бескудниковском научно-исследовательском центре.
19
При испытаниях желательно иметь возможность широко варьировать
токи и напряжения. В условиях сетевых испытаний такая возможность
ограничена. Кроме того, сетевые испытания не дают возможности испыты-
вать новые выключатели на мощности, большие, чем те, которыми распола-
гает энергосистема. Между тем современные энергосистемы развиваются
весьма быстро, поэтому новые выключатели должны рассчитываться и испы-
тываться на все увеличивающиеся мощности отключения.
Несмотря на это сетевые испытания проводятся в ряде случаев и в на-
стоящее время. Но одновременно с развитием выключающих аппаратов
идет поиск и развитие специальных установок и методов испытаний и иссле-
дований выключающих аппаратов. Появление первых лабораторий мощ-
ности отключения на ударных генераторах относится к 1915—1920 гг. [25].
§ 3. Испытания по схеме Бирманса
Одна из ранних схем искусственных испытаний — схема Бирманса
представлена на рис. 5. Здесь фаза В генератора присоединена к траверсе
выключателя N, а две другие фазы генератора А и С — к выводам а и а'
одной фазы выключателя.
Схема Бирманса применима для испытания выключателей, у которых
каждая фаза выполнена в виде отдельного аппарата. Особенность схемы
заключается в том, что благодаря присоединению одной фазы генератора
а — присоединение к выключателю; б — диаграмма напряжений.
к траверсе выключателя на одном из разрывов фазы выключателя при от-
ключении тока короткого замыкания восстанавливается линейное напряже-
ние генератора. При этом, если один разрыв отключает ток / при напряже-
нии I/, то два разрыва могут отключить этот ток при напряжении 2U. При
отключении трехфазного короткого замыкания на полюсе, который гасит
дугу первым, восстанавливается напряжение 1,567ф (рис. 5, б).
Таким образом, отключение по схеме Бирманса эквивалентно испыта-
нию на отключение трехфазного короткого замыкания при фазовом напря-
га
жении, равном pg. Для всего выключателя мощность отключения
Р = 3-^/ = 467. (1-2)
При этом мощность короткого замыкания генератора
рк.з = ]Лз(//.
(1-3)
20
Таким образом, схема Бирманса обеспечивает увеличение мощности
отключения в
7Г, = Й = 2>3раза-
Преимущество схемы Бирманса заключается в том, что при испытании
полная нагрузка на один полюс выключателя почти соответствует нагрузке
при трехфазном испытании при данном токе.
Недостатки схемы Бирманса:
1. В связи с неравномерностью распределения напряжения между раз-
рывами необходимо вводить коэффициент запаса, компенсирующий эту
неравномер ность.
2. При испытании по схеме Бирманса токи в отдельных разрывах, как
это видно из схемы рис. 5, а, имеют временной сдвиг, что приводит к не-
эквивалентности условий испытания по сравнению с испытаниями в обыч-
ной схеме.
3. Подвод тока к траверсе выключателя для испытания по схеме Бир-
манса усложняет испытания.
генераторах
Рис. 6. Принципиальная схема
ЛМО на ударном генераторе:
/ — разгонный электродвигатель; 2—
синхронный генератор; 3 — защитный
выключатель; 4 — включающий ап-
парат; 5 — повышающий трансформатор; 6 — испытуемый*
выключатель; L — индуктивность для регулирования вели-
чины тока короткого замыкания; R — активное сопротивле-
ние для изменения декремента затухания цепи; С — емкость
для регулирования собственной частоты колебаний цепи.
§ 4. Испытания выключателей на ударных генераторах
в лабораторий мощности отключения
Наиболее распространенным способом испытаний выключателей на
коммутационную способность являются испытания в лаборатории мощности
отключения на ударных генераторах. На рис. 6 представлена принципиаль-
ная схема ЛМО на ударных
В качестве пускового дви-
гателя применяется асинхрон-
ный двигатель, как наиболее
дешевый. Вся энергия, необ-
ходимая для проведения опы-
та, черпается из запаса кине-
тической энергии вращаю-
щихся масс, находящихся на
валу генератора. Это обстоя-
тельство заставляет выбирать
постоянные сети и генератор
таким образом, чтобы актив-
ные потери за время коротко-
го замыкания были мини-
мальны, а запас кинетической
энергии ротора максимален.
Следует заметить, что потери
энергии за время опыта (глав-
ным образом в виде энергии,
пряжению на дуге и небольшому времени ее горения составляют относи-
тельно небольшую величину по сравнению с мощностью отключения вы-
ключателя.
Генератор 2 разгоняется на холостом ходу электродвигателем 1 др но-
минального числа оборотов, а затем во время короткого замыкания испыта-
тельной цепи двигатель от сети отключается.
В испытательной цепи при последовательном соединении ударного-
генератора 2 и трансформатора 5 реактивность трансформатора суммирует-
ся с переходной реактивностью ударного генератора. Это приводит к пони-

выделяемой в
на-
жению величины тока короткого замыкания в цепи и испытательной мощ-
ности.
Мощность короткого замыкания, при замыкании непосредственно на
шинах генератора,
Р = -FV- 100/п^/п/,, (1-4)
«Лр /о
а при наличии в испытательной цепи трансформатора
Хг% +\%
(1-5)
Тр,
гг.
|ДИ | | N2 j |'Л/3 |
Рис. 7. Однолинейная схема испытатель-
ной станции в США [151]:
Л, Г, —ударные генераторы; В,—возбу-
дители генераторов; Д* — электродвига-
тели генераторов; ЗВ — защитный выключатель;
ОВ — оперативный выключатель; Lt, L,—ли-
нейные реакторы; L — параллельный (или син-
хронизирующий) реактор, включаемый при па-
раллельной работе генераторов.
где Рген — длительная, номинальная мощность генератора;
Хг% — реактивное сопротивление генератора, %, отнесенное к его номи-
нальному току и напряжению;
Хт% — реактивное сопротивленйе трансформатора, %, отнесенное к тем же
базисным условиям;
т/, — коэффициент, учитывающий затухание симметричной составляющей
тока;
/п/, — коэффициент, учитывающий затухание симметричной составляющей
э. д. с. к моменту погасания дуги по тому же закону, что и
симметричной составляющей тока короткого замыкания.
Как вытекает из равенства (1-5),
необходимо стремиться к тому, чтобы
генератор и трансформатор обладали
возможно меньшей реактивностью
рассеяния. Все же суммарная вели-
чина реактивности рассеяния может
достигать 5—7%, а иногда и выше.
Поэтому, например, для обеспечения
мощности отключения Р = 5000 Мва,
при значении реактивного сопротив-
ления X = Хгеи + Хт .= 5%, МОЩ-
НОСТЬ испытательной установки
ген = Х% Р = 0,05 • 5000 = 250 Мва.
Для получения весьма большой
мощности отключения от испытатель-
ной станции с ударными генератора-
ми применяется параллельное вклю-
чение нескольких генераторов. Так,
например, на рис. 7 приведена схема
испытательной станции на двух удар-
ных генераторах А и А номиналь-
ной мощностью по 125 000 ква каж-
дый напряжением 15,5 кв с 1800
об/мин. Генераторы имеют низкое
реактивное сопротивление и декре-
мент затухания, так что по данным
исследований симметричный ток в
конце 5-го периода составляет еще
примерно 75% начального симметри-
чного тока короткого замыкания.
Мощность двух генераторов при
параллельной работе — 3 200 000 ква
трехфазной симметричной мощности в первый полупериод при напряжении
15,5 кв на шинах испытательной камеры № 1.
22
Выключающие аппараты могут испытываться на генераторном напря-
жении в испытательной камере № 1 (рис. 7); от трансформатора Tpi мощ-
ностью 72 000 ква при напряжении 0,3; 0,6 и 7,2 кв — в камере № 2; от
трансформатора Тр2 напряжением ПО кв мощностью 100 000 ква — в ка-
мере № 3. В испытательную камеру № 4 подается напряжение 220 кв от
трансформаторов Тр3 и Т'р4 мощностью 100 000 ква каждый.
§ 5. Ударные генераторы н особенности их конструкции
В настоящее время для испытания выключающих аппаратов ЛМО
оборудованы специальными генераторами ударной мощности. Эти генера-
торы отличаются от нормальных синхронных генераторов, рассчитанных
на длительную отдачу электрической энергии, тем, что должны отдавать
свою мощность в течение весьма короткого промежутка времени, исчисляе-
мого Долями секунды.
Для испытания выключателей высокого напряжения применяются
трехфазные ударные генераторы.
Для получения больших значений тока, необходимого для исследова-
ния сверхсильных магнитных полей по методу акад. П. Л. Капицы, следует
отметить созданный однофазный импульсный синхронный генератор Ка-
пицы—Костенко. Цепь статора такого генератора для получения тока од-
ного направления закорачивалась при помощи выключателя специальной
конструкции в момент прохождения тока через максимальное значение и
размыкалась в момент прохождения первой полуволны через нулевое зна-
чение.
Первый импульсный генератор Капицы—Костенко был разработан
в11924 г. под руководством акад. М. П. Костенко и изготовлен заводом
«Электросила».
Ударные генераторы для испытания выключающих аппаратов высо-
кого напряжения в многополюсном исполнении начали изготовлять в 1916 г.
Эти генераторы обладали относительно высоким значением сверх переходной
индуктивности Xd. Самый крупный из выпущенных в этот период —
ударный генератор мощностью в 100 Мва позволял получать мощность от-
ключения порядка 500 Мва [59].
В дальнейшем фирмой «Метрополитен-Виккерс» в 1925 г. был построен
первый двухполюсный быстроходный ударный генератор. Понижение вели-
чины сверхпереходной индуктивности позволило увеличить мощность от-
ключения при коротком замыкании.
Эти два направления в конструировании ударных генераторов суще-
ствуют и в настоящее время. Первое направление — применение турбо-
генераторов с низким значением сверхпереходной реактивности (Xd).
В этом случае мощность короткого замыкания повышается. Однако при
этом имеется значительное затухание симметричной составляющей тока
короткого замыкания. Возможности компенсации затухания симметричной
составляющей во время сверхпереходного процесса практически отсутствуют.
Наличие быстрого затухания симметричной составляющей тока и напряже-
ния турбогенератора затрудняет проведение полноценных испытаний вы-
ключателя по стандартному циклу согласно ГОСТ 687—67. Второе направле-
ние заключается в применении генераторов с явно выраженными полюсами.
Ток короткого замыкания в основном определяется величиной X'd, сверх-
переходный процесс практически отсутствует. При форсировке возбужде-
ния можно достигнуть почти полной компенсации затухания тока корот-
кого замыкания. Это позволяет осуществить полноценные испытания вы-
ключателя по стандартным циклам.
Ударные генераторы для лабораторий мощности отключения должны
удовлетворять следующим основным требованиям:
1. Обладать возможно большей мощностью короткого замыкания для
данных габаритных размеров.
2. Иметь высокую механическую и термическую устойчивость обмоток
при коротком замыкании, допускающую многократные короткие замы-
кания.
3. Иметь достаточно высокую электрическую прочность изоляции обмо-
ток, чтобы противостоять частым коммутационным перенапряжениям, воз-
никающим при отключениях коротких замыканий.
Рис. 8. Проводимость 1' потоков
рассеяния:
а — пазовая проводимость; б — зубцовая;
в — проводимость лобовых соединений;
b — ширина паза; ht + Л, — глубина па-
за; б — ширина зазора между ротором и
статором; 1Л$ —длина лобовых частей
обмотки; К — постоянная; q — число ка-
тушек; I — длина статора.
Таблица 2
Основные данные лабораторий мощности
отключения европейских фирм в начальный
период развития
Фирма Год пуска Максимальное значение мощ- ности отклю- чения. кеа Максимальное значение испы- тательного напряжения, ке
AEG 1911/1928 1000 000 12/125
SSW 1928 800 000 12
GEC 1928 600 14,5
Westinghouse 1925/1930 1 000 000 25/220
AGE Delle — 300 000 9/107,5
ВВС 1930 2 000 000 220
ASEA 1934 Свыше 10е 220
Oerlikon 1934 1000 000 12/150
Основным требованием, определяющим
конструкцию ударных генераторов, явля-
ется обеспечение минимального реактив-
ного сопротивления рассеяния для полу-
чения наибольших значений тока короткого
замыкания, необходимого для испытаний.
У синхронных генераторов проводимость потоков рассеяния характе-
ризуется следующими составляющими: 1) пазовой проводимости, 2) зубцо-
вой проводимости и 3) проводимости потока рассеяния лобовых частей.
На рис. 8 представлены, в общем виде, геометрические размеры основ-
ных узлов генератора, которые влияют на величину проводимости X', и при-
ведены формулы для подсчета этих проводимостей. Из приведенного видно,
что рассеяние в генераторе возрастает: а) с увеличением глубины паза;
б) с уменьшением ширины паза; в) с уменьшением открытой части паза;
г) с увеличением зазора; д) с увеличением длины лобовых частей обмотки
[59, 61].
Другим важным фактором, влияющим на величину потоков рассея-
ния, является насыщение стали. Здесь решающую роль играет уменьшение
проводимости потоков рассеяния поперек паза (рис. 8, а). Насыщение
стали в этих местах зависит главным образом от величины тока в стержне
паза. В ударных генераторах обычно применяются следующие мероприятия
для снижения реактивного сопротивления: а) уменьшение числа витков
статорной обмотки; б) применение статорного паза большой ширины и ма-
лой глубины (отношение ИЬ = 2, вместо 10 для обычных генераторов);
24
в) применение пазов открытого типа; г) уменьшение воздушного зазора до
10—20 мм, вместо 20—50 мм\ д) увеличение индукции в стали, которое дает
возможность уменьшить число витков, что допустимо в связи с кратковре-
менностью действия машины; е) экранировка лобовых соединений статорной
обмотки.
Последний фактор получил преимущественное распространение в СССР.
Лобовые части ударного генератора завода «Электросила» зажаты между
двумя кольцами — латунными снаружи и из немагнитного материала (чу-
гун) внутри. Эти кольца компенсируют потоки рассеяния лобовых частей
и одновременно осуществляют механическое их крепление. Правда, они
несколько увеличивают потери в статоре при переходных токах. В СССР
выпускаются двухполюсные ударные генераторы с мощностью 12, 25, 75
и 100 Мет.
Из четырех полюсных ударных генераторов можно отметить: ударный
генератор ДЖИИ, 125 Мет, с ударной мощностью 1000 Меа; генератор
АСЕА — 150 Мет, с ударной мощностью 2500 Меа и Японский — 150 Мет
с ударной мощностью 3500 Мва и др. Представление о развитии строи-
тельства лабораторий мощности отключения дает табл. 2.
В СССР первая лаборатория была построена в ВЭИ им. В. И. Ленина
в период 1938—1941 гг. Ее испытательная мощность не превышала 200 Меа.
Однако развитие синтетических схем позволило увеличить мощность от-
ключения и создать надежную коммутационную аппаратуру. Перейдем
к рассмотрению параметров ударных генераторов отечественного произ-
водства.
Ударный генератор ТИ-12-2
Ударный генератор ТИ-12-2, завода «Электросила», является синхрон-
ным трехфазным генератором, спроектированным на базе турбогенератора
Т-12-2 мощностью 15 Мва, номинальным напряжением 6,3 кв и номинальным
током 1375 а, 3000 об!мин. Концы статорных обмоток выведены для пере-
ключения в звезду и треугольник. Ударный генератор ТИ-12-2 имеет сле-
дующие параметры.
Длительно отдаваемая мощность Рдл, ква............ 15000
Ударная мощность Руд, ква ....................... 277 000
Номинальное напряжение Un, в........................ 8 000
Ток при соединении обмотки /к 3, а:
в звезду.......................... 20 000
в треугольник................ 34 6и0 .
Сверхпереходная реактивность на фазу при соединении
обмотки, ом/ф'.
в звезду, xj........................ 0,12
в треугольник, x"d........... 0,04
Внешний вид ударного генератора ТИ-12-2 с приводным двигателем
показан на рис. 9.
При испытаниях генератора, проведенных в ВЭИ, были получены ос-
циллограммы двух внезапных коротких замыканий на зажимах генератора,
поочередно, при двух напряжениях, меньших номинального (1000 и 4000 в).
Значения основных параметров, полученные по данным осциллограмм,
приведены в табл. 3.
Низкие значения реактивности генератора получены в результате меро-
приятий, примененных заводом «Электросила»: приняты высокие магнит-
ные индукции для магнитной цепи; лобовые части статорной обмотки окру-
жены массивными проводящими деталями, демпфирующими потоки рассея-
ния и одновременно выполняющими роль деталей крепления лобовых час-
тей; лобовые части обмотки — с пайками в головках лобовых частей.
25
Таблица 3
Основные параметры по данным осциллограмм
Па раметр Напряжение на зажимах генера* тора, в
1000 4000
Переходная постоянная времени 7^, сек 0,55 0,43
Сверхпереходная постоянная времени сек . . 0,03 0,05
Переходная составляющая тока короткого замыкания I'd, а 3400 18 000
Сверхпереходная составляющая тока короткого замыкания /£, а. . 5000 32 000
Переходная реактивность % 4 3
Сверхпереходная реактивность % 2,7 1,7
Принятая заводом «Электросила» конструкция снижает реактивности
за счет сокращения длины лобовых частей. На рис. 10, а по данным работы
(61] схематически показан разрез статора ударного генератора ТИ-12-2
Рис. 9. Внешний вид ударного генератора ТИ-12-2 с приводным двигателем завода
«Электросила» им. С. М. Кирова.
по лобовым частям статорной обмотки. В генераторе А — лобовая часть,
зажатая между двумя конусообразными кольцами Г и Д. Кольцо Д (бронзо-
вое) крепится болтами к кольцу Г (немагнитный чугун). На рис. 10, б схема-
тически показано сечение паза статора. Здесь два стержня обмотки распо-
ложены широкой стороной меди вдоль глубины паза. Такое расположение
меди вызвано стремлением избежать нагрева при холостом ходе генератора
от потоков, идущих радиально вдоль длины паза параллельно зубцу. Габа-
ритные размеры генератора ТИ-12-2 с приводным двигателем показаны на
рис. 11.
26
Приводной двигатель ударного генератора ТИ-12-2. Для привода
ударного генератора применен двухскоростной асинхронный двигатель
типа АМ-300/700, 1500/3000 об!мин, 3000 в, 700 кет.
Выбор приводного двигателя к ударному генератору связан с некото-
рыми трудностями. Мощные быстроходные машины постоянного тока трудно
выполнимы. При разворачивании больших маховых масс роторов ударных
генераторов в случае применения асин-
хронных двигателей приходится сталки-
ваться с большими количествами тепла,
выделяющимися в роторной цепи. Поэтому
наиболее пригодным здесь оказывается
асинхронный двигатель с фазным ротором,
в котором энергия пуска поглощается мощ-
ным пусковым сопротивлением. Однако для
привода генератора ТИ-12-2 применен, ко-
роткозамкнутый двигатель мощностью
700 кет, 3000 об!мин со специальной кон-
струкцией ротора, предложенной заводом
«Электросила». Испытания подтвердили
высокое качество двигателя при его отно-
сительной простоте. Ротор двигателя вы-
полнен массивным, из одного куска кова-
ной стали аналогично роторам турбогене-
раторов. В пазы ротора заложена мас-
сивная медная клетка, замкнутая по тор-
цам припаянными к ней бронзовыми коль-
Рис. 10. Обмотка статора ударного*
генератора ТИ-12-2:
а — разрез лобовых частей статорной об-
мотки; б — схематическое сечение паза>
статора.
цами.
Статор двигателя выполнен с переклю-
чениями полюсов для работы как на 3000,
так и на 1500 об/мин. При работе на 1500
об/мин двигатель имеет cos <р =0,56, а при
3000 об/мин — cos <р =0,74.
Схема переключения обмоток статора (и скоростей) двигателя представ-
лена на рис. 12. Для запуска двигателя сначала включают разъединитель
Рг. Запуск производится включением выключателя ВМГ-133. При этом
разъединители Pi и Рз разомкнуты. Напряжение, подается на концы АВС
Рис. 11. Габаритные размеры ударного генератора ТИ-12-2
с приводным двигателем.
обмотки, соединенной в треугольник. При этом двигатель развивает макси-
мальный момент и разгоняет ротор до скорости 1500 об/мин. После разгона
до этой скорости выключают выключатель и обмотку статора переключают
с треугольника на двойную звезду, для чего размыкают разъединитель Рг
и замыкают разъединители Pi и Рз. Концы АВС обмоток при этом замы-
каются накоротко, а напряжение сети с помощью выключателя подается
27
на начала обмоток а, б и с. Эти переключения производятся с пульта и за-
нимают мало времени, поэтому ротор не успевает сбавить обороты. После
переключения двигатель разгоняется до 3000 об!мин и на этой скорости
работает во время опытов. Приводной двигатель ударного генератора имеет
следующие параметры:
Мощность Р, кет . . .................... 300/700
Номинальное напряжение [/н, в................. 3000
Номинальный ток /н, а........................ 119/210
Число оборотов л, об/мин ................... 1495/2950
Примечание. Верхняя цифра относится к соединению
обмотки треугольником, а нижняя — двойной звездой.
Мощность приводного двигателя
значительно ниже номинальной мощ-
ности ударного генератора. Расход
энергии при испытаниях покрывается
главным образом за счет запаса живой
Рз силы агрегата. Поэтому привод дол-
жен обладать мощностью, достаточ-
ной лишь для разгона ротора до но-
минальной скорости 3000 об/мин и по-
крытия потерь холостого хода агре-
гата.
Возбудительный агрегат генера-
тора ТИ-12-2. Возбудителем генера-
тора ТИ-12-2 является генератор по-
стоянного тока типа ГП-8-750, на
1000 кет, 600 в, 750 об/мин. Номи-
нальный ток возбудителя составляет
1670 а. В качестве приводного двига-
теля к нему служит асинхронный
Рис. 12. Схема переключения обмоток
статора для изменения скоростей асин-
хронного двигателя
двигатель с контактными кольцами
2~(разевключения типа AM-17а на 1200 кет.
Возбудительный агрегат снабжен
маховиком, с маховым моментом
40 т-м2. Агрегат имеет общую фунда-
ментную плиту. Генератор возбу-
дительного агрегата в свою очередь
имеет независимое возбуждение от
подвозбудителя мощностью 50 кет,
напряжением 230 в и 1000 об/мин.
Главный возбудитель выбран с па-
раметрами, обеспечивающими ударное возбуждение синхронного генера-
тора, для уменьшения скорости спадания тока короткого замыкания.
Мощность его превышает нормальную мощность возбудителя, необходи-
мую для генератора ТИ-12-2. Габаритные размеры возбудительного агре-
гата показаны на рис. 13.
Испытания главного двигатель-генераторного агрегата ТИ-12-2. Во
Всесоюзном электротехническом институте им. В. И. Ленина, в лаборатории
мощности отключения, были произведены испытания агрегатов. Краткие
результаты испытания и полученные основные характеристики приведены
ниже.
Омическое сопротивление обмоток генератора ТИ-12-2, при темпера-
туре 13° С, оказалось равным: фазы w—z — 0,00497 ом\ фазы у—v —
0,00496 ом; фазы и—х — 0,00498 ом. Сопротивление обмотки возбуждения
генератора при температуре 13° С равно 0,1406 ом.
28
Характеристики однофазного, двухфазного и трехфазного короткого
замыкания ударного генератора ТИ-12-2, iCl = <р ((рот), даны на рис. 14.
При номинальном токе в статоре генератора по характеристике трехфаз-
ного короткого замыкания ток в роторе имеет значение 165 а. На рис. 15
представлены: 1 — кривая выбега генератора ТИ-12-2 (вращаемого двига-
телем типа AM, мощностью 700 кет) при 3000 об/мин-, 2 — кривая выбега
Рис. 13. Габаритные размеры возбудительного агрегата генератора ТИ-12-2.
возбудительного агрегата (асинхронный двигатель, маховик и генератор
постоянного тока). Из кривой 1 видно, что выбег ударного генератора про-
должается примерно 39 мин, а кривая 2 показывает, что выбег возбудитель-
ного агрегата составляет 60 мин. Был замерен расход масла в подшипни-
ках главного агрегата. Он составил: при 1500 об!мин и температуре 30° С —
90 л!мин\ при 3000 об!мин и 50° С — 115 л/мин.
На ударном генераторе ТИ-12-2, при напряжениях от 500 до 2000 е,
были сняты осциллограммы процес-
сов при внезапном трех- и двухфаз-
ном коротком замыкании генератора.
Рис. 14. Характеристики /ст = фОрот) ПРИ
однофазном (/), двухфазном (2) и трех-
фазном (3) коротком замыкании ударного
генератора ТИ-12-2.
Рис. 15. Кривые выбега:
1 — генератора ТИ-12-2, вращаемого асин-
хронным двигателем мощностью 700 кет при
3000 об!мин} 2 — возбудительного агрегата.
При напряжении на статоре порядка 2000 в ток короткого замыкания
достигал 18 000 а. При двухфазном коротком замыкании ток генератора
при напряжении 1880 в доходил до 24 700 а.
Испытания приводного двигателя АМ-700/300. При исследовании
пусковых процессов двигателя АМ-700/300 были измерены по осциллограм-
мам значения тока, напряжения, а также числа оборотов при пуске в за-
29
висимости от времени. Из кривой рис. 16 видно, что при схеме соединения
обмоток двигателя на 1500 об/мин пусковой ток равен 630 а. Напряжение
сети при пуске падает до 15—18%. До половинной скорости двигатель раз-
гоняется примерно за 52 сек, (Ут половинной до номинальной скорости дви-
гатель разгоняется за 102 сек.
На рис. 17 показаны кривые мощности и тока, потребляемых двига-
телем, и cos ср двигателя АМ-700/300-2/4, в зависимости от напряжения удар-
ного'генератора ТИ-12-2. Из кривых видно, что при невозбуждейном гене-
раторе двигатель потребляет ток, равный 84 а, мощность 230 кет, при
cos ф = 0,6—0,65.
числа оборотов в минуту от времени при
пуске асинхронного двигателя АМ-700/300
до его половинной скорости.
Рис. 17. Кривые мощности и тока,
потребляемых двигателем АМ-700/300-
2/4, и cos ф двигателя в зависимости
от напряжения ударного генератора
ТИ-12-2.
Испытание возбудительного агрегата. При испытании генератора воз-
будительного агрегата, мощностью 1000 кет, было измерено омическое
сопротивление его обмоток. Значения сопротивлений обмоток при Т = 8° С,
оказались равными, ом:
Шунтовой....................................... 4,4
Компаундной.................................... 0,000726
Дополнительных полюсов и компенсационной .... 0,0058
Сопротивления между двумя соседними коллекторными пластинами
оказались в пределах от 0,0008 до 0,0012 ом.
При испытании приводного двигателя возбудителя типа АМ47-88,
мощностью 1200 кет, было измерено омическое сопротивление двух фаз
обмоток, при температуре 8° С, которое оказалось для статора равным
0,1206 ом и для ротора — 0,01815 ом. Исходя из этих значений сопротив-
ления обмотки ротора, сопротивление пускового реостата было принято
равным примерно 2 ом.
При пусковом процессе двигателя возбудителя были сняты осцилло-
граммы при пуске: напряжения, тока статора и тока ротора двигателя.
По этим осциллограммам были построены зависимости от времени напряже-
ния, тока статора и тока ротора, как это показано на рис. 18.
Из рис. 18 видно, что максимальное значение пускового тока в статоре
равно 416 а. Напряжение сети при пуске падает приблизительно на 7%.
Двигатель разгоняется до номинальных оборотов за 58 сек.
Кривые зависимости мощности Р, тока i и cos ф двигателя в зависимо-
сти от напряжения ударного генератора ТИ-12-2 представлены на рис. 19.
Эти кривые показывают, что с изменением напряжения генератора ТИ-12-2
ток двигателя практически не изменяется, а мощность Р и cos ф изменяются
весьма значительно.
30
При невозбужденном генераторе ТИ-12-2 потребляемая двигателем
модность равна 36 кет и cos <р = 0,135. При напряжении генератора, рав-
ном 6000 в, мощность, потребляемая двигателем, равна 50 кет при cos <р =
= 0,19.
Токи короткого замыкания ЛМО на базе ударного генератора ТИ-12-2.
Испытания выключающих аппаратов производятся различными по вели-
чине токами. В зависимости от параметров ударного генератора и схемы
соединения величины токов короткого замыкания в испытательной цепи
можно определить расчетом.
Принципиальная схема коммутации ЛМО и точки короткого замыка-
ния, от I до V, для цепей с генераторным напряжением, а также с повыша-
Рис. 18. Зависимость тока статора,
тока ротора и напряжения сети от
времени при пуске асинхронного дви-
гателя мощностью 1200 кет.
Рис. 19. Зависимость мощности,
тока и coscp асинхронного двигате-
ля мощностью 1200 кет от напря-
жения ударного генератора ТИ-12-2.
ющим или понижающим трансформаторами, представлена на рис. 20. На-
пряжения и токи, получаемые от испытательной установки, должны соот-
ветствовать типу испытуемых аппаратов: выключателей, предохранителей,
разрядников и др.
Параметры ударного генератора ТИ-12-2
Номинальная мощность Рн, кеа................... 15 000
Номинальное напряжение UH, в .... ............. 8000
Сопротивление X, ом, при соединении обмоток статора:
в звезду ................................. 0,12
в треугольник....................... . . . . 0,04
Повысительный трансформатор Tpi мощностью 15 000 ква со значением ек = 2,4%,
рассчитан на напряжение 6/35 кв; трансформатор Тр2 со значением ек = 3,78% рас-
считан на напряжение 6,6/12 кв; трансформатор Тр3 мощностью 1650 ква со значе-
нием ек = 3,66% рассчитан на напряжение 12/24 кв; трансформатор Тр4 понизительный
мощностью 1000 ква со значением ек = 1,79% рассчитан на напряжение 4/0,4 кв.
Регулирование тока короткого замыкания производится при помощи
регулируемого шестиступенчатого реактора L. Пусть (рис. 20) значение
сопротивления ступеней реактора будет равно, ом: 1 — 0,231; 2 — 0,462;
3 _ 0,693; 4 — 0,924; 5 — 1,55; 6 — 1,386.
Результаты расчетов токов трехфазного короткого замыкания для то-
чек I—V (рис. 20) для разных схем соединения обмоток, приведенных
в табл. 4, для разных напряжений, при принятых параметрах ударного
генератора ТИ-12-2, отпаек реактора и трансформаторов — приведены
в табл. 5. При других значениях индуктивности реактора будут изменяться
значения токов.
31
Таблица 4
Схемы соединения обмоток при испытании, при коротком замыкании в точках /—V
Точка
короткого
замыкания
(рис. 20)
Схема соединения
Таблица 5
Токи короткого замыкания ударного генератора ТИ-12-2 при разных напряжениях
схемах соединения обмоток и наличии реактора
Схемы соединения (табл. 4)
№ 1 | № 2 1 1 №3 1 | № 4 | Ns 5 | № в | | № 7 | № 8 | № 9 | № 10

VI У 11СЛП
реактора Напряжение, кв
6,6 3 35 1 20 20 12 ПО 0,55 0,4 0,8
0—0—0 3360 4950 3450 8250 635 42 700 100 000 50 000
1—1—1 11000 6400 1450 2360 1250 3850 400 36000 63 000 71 500
2—2—2 6800 3460 950 1560 765 2600 280 30000 47 500 23750
3-3—3 4700 2360 690 1150 550 1800 220 26400 86 700 18 350
4—4 4 3700 1800 540 790 430 1450 180 23400 30 000 15000
5-5—5 3000 1450 445 760 350 1200 152 20400 25 600 12 800
6—6—6 2 540 1220 380 650 300 .1000 132 18800 22200 11 100
Рис. 20. Принцпиальная схема коммутации ЛМО
на базе ударного генератора ТИ-12-2.
На рис. 21 представлен
пульт управления испыта-
ниями в ЛАЮ ВЭИ на базе
ударного генератора ТИ-12-2
и синтетической схемы испы-
тания ВЭИ.
Ударный генератор ТИ-25-2
Ударный генератор ТИ-
25-2 служит источником мощ-
ности отключения для испы-
таний с мощностями не более
400—500 Мва и представляет
трехфазную синхронную ма-
шину кратковременного дей-
ствия (в зависимости от ре-
жима короткого замыкания
от 0,15 до 5 сек).
32
Рис. 21. Пульт управления испытаниями в ЛМО ВЭИ на базе ударного генератора
ТИ-12-2.
Генератор может работать в режиме внезапного короткого замыка-
ния и в режиме ударного возбуждения. Во всех случаях работы ампли-
тудное значение тока короткого замыкания не должно превосходить
55 000 а, действующее значение симметричного тока — 24 000 а.
Максимальная симметричная мощность короткого замыкания при со-
единении обмотки статора в звезду составляет 500 000 ква, при напряжении
на зажимах перед моментом короткого замыкания 12 кв.
Генератор допускает в схеме внезапного короткого замыкания четыре
последовательных замыкания с амплитудой тока не более 55 000 а (действую-
щее значение симметричного тока — 24 000 а), с интервалом, который мо-
жет изменяться от 0,3 до 180 сек. Количество таких циклов в течение дня —
не более 8.
Генератор допускает работу в возбужденном состоянии, при номиналь-
ном напряжении на зажимах, не более 1,5 мин, перед каждым циклом. Пов-
торение цикла возможно не ранее чем через 15 мин, в течение которых гене-
ратор должен работать в режиме холостого хода без возбуждения, при номи-
нальной скорости вращения.
Допускается работа генератора в возбужденном состоянии при напря-
жении форсировки (12 кв) не более 1 мин перед каждым циклом. Повторе-
ние цикла возможно не ранее чем через 30 мин, в течение которых генера-
тор должен работать в режиме холостого хода без возбуждения, при номи-
нальной скорости вращения.
Генератор допускает 10 внезапных коротких замыканий, с действую-
щим значением симметричного тока не более 7250 а, следующих друг за
другом с перерывом не меньше 15 мин, при условии его работы в это время
на холостом ходу, без возбуждения и при номинальных оборотах.
Длительность каждого короткого замыкания не должна превышать
5 сек. Число циклов при этом (4 последовательных коротких замыкания
2 9-173
33
с амплитудой не более 55 000 а) снижается до 4 в течение того же дня.Про-
должительность каждого внезапного ударного короткого замыкания при
напряжении 10—12 кв — около 0,15 сек. При работе ударного генератора
в схеме ударного возбуждения симметричный ток короткого замыкания
не должен превышать 20 ка, а продолжительность ударного возбуждения —
1,5 сек. При проведении испытаний в схеме ударного возбуждения интер-
валы между испытаниями — не менее 15 мин, при условии работы без воз-
буждения на холостом ходу при номинальных оборотах.
Генератор может работать при соединении обмотки статора звездой
и треугольником. Направление вращения генератора — по часовой стрелке,
если смотреть со стороны привода.
Приводным двигателем является асинхронный трехфазный электродви-
гатель с фазным ротором, мощностью 850 кет, на напряжение 6000 в, с но-
минальным числом оборотов 3000 об/мин.
Система вентиляции генератора ТИ-25-2 — радиальная, осуществля-
ется по замкнутому циклу двумя пропеллерными вентиляторами, установ-
ленными на обоих концах рото-
10125
ра. Два воздухоохладителя ге-
нератора размещены по обе сто-
роны корпуса генератора и за-
крыты кожухами. Воздухоохла-
дители рассчитаны на отвод
180 кет потерь при расходе во-
ды 70 м?/ч и воздуха 8 м3!сек.
Генератор имеет 6 выводов. Га-
баритные размеры ударного ге-
нератора ТИ-25-2 показаны на
рис. 22.
генератор ТИ-25-2 [106] изготов-
очп оы.нпл ?7ПЛ 27М 725 1823 1823
Рис. 22. Размеры ударного генератора ТИ-25-2.
Конструкция генератора. Ударный
ляется в габаритных размерах активных частей турбогенератора с воздуш-
ным охлаждением мощностью 31 250 ква (25 000 кет при cos ф = 0,8).
Статор генератора представляет сварную конструкцию, выполненную
из системы поперечных и продольных ребер. С внутренней стороны к попе-
речным ребрам приварены 18 стальных призм, служащих для сборки лис-
тов статора, из электротехнической стали. Сердечник статора состоит из
19 пакетов длиной 138 мм каждый. Между пакетами с помощью распорок
создано 18 радиальных вентиляционных каналов шириной по 10 мм.
Обмотка статора — стержневая, корзиночного типа, с непрерывной
микалентной компаундированной изоляцией класса В. Для измерения тем-
пературы обмотки, а также стали статора на дно паза и между стержнями
уложены термометры сопротивления. Клинья пазов статора гетинаксовые.
Корпусная изоляция обмотки статора состоит из миканитовой гильзы
толщиной около 1,2 мм, витковая — из стеклошпономикаленты толщиной
0,13 мм, выполненной в один слой вполнахлеста. Каждый виток обмотки
ротора состоит из двух параллельных проводников размером 5,7 х21,5 мм.
В каждом пазу непосредственно под клином располагается мощная демп-
ферная клетка, состоящая в пазовой части из двух медных полос по 6 мм.
Клинья пазов ротора — дюралюминиевые для тех пазов, в которых распо-
ложена обмотка возбуждения, и стальные магнитные — для пазов демп-
ферной клетки в больших зубцах ротора.
Ротор ударного генератора изготовлен из цельной поковки, выполнен-
ной по техническим условиям на поковки роторов турбогенераторов мощ-
ностью 30 000 кет. В бочке ротора выфрезерованы 32 паза для укладки
обмотки возбуждения.
Вентиляция турбогенератора осуществляется с помощью двух пропел-
лерных вентиляторов, расположенных на валу ротора. Система вентиляции
34
радиальная, трехструйная: полный расход воздуха через генератор —
около 8 мЧсек. Подшипники ударного генератора — стояковые, выносные.
На стойке подшипника со стороны контактных колец установлены щетко-
держатели. Выводы обмотки статора расположены со стороны привода
и для удобства подсоединения шинопроводов выведены на верх генератора.
Воздухоохладители расположены горизонтально по обеим сторонам генера-
тора и закрыты специальными воздухонаправляющими кожухами.
На рис. 23 приведены ориентировочные размеры возбудительного и
подвозбудительного агрегатов.
Основные расчетные дан-
ные обмотки статора ТИ-25-2.
Число пазов статора — 36;
число стержней в пазу — 2;
число параллельных ветвей
обмотки — 1; соединения
фаз — треугольник и звезда;
число витков в фазе—12.
Основные расчетные тех-
нические данные ударного ге-
нератора ТИ-25-2: кажущая-
ся мощность модели — 31 250
ква; номинальное напряже-
ние — 10 000 в; напряжение
при форсировке возбужде-
ния —12 000 в; номинальный
ток —1810 а; максимальная
симметричная мощность ко-
роткого замыкания при на-
пряжении 12 кв — 500 000 ква;
максимальная допустимая
амплитуда тока при коротком
замыкании — 55 000 а; макси-
мальное допустимое действу-
ющее значение симметричного
тока короткого замыкания —
24 000 а; максимальное действующее значение симметричного тока корот-
кого замыкания в схеме ударного возбуждения — 20 000 а; номинальная
скорость вращения — 3000 об/мин; номинальная частота — 50 гц.
Данные о реактивности (в процентах) ударного генератора ТИ-25-2:
б
Рис. 23. Габаритные размеры агрегатов к ударному
генератору ТИ-25-2:
а — возбудительного; б — подвозбудительного.
Сверхпереходная реактивность ....................... 6,8
Сверхпереходная насыщенная реактивность............. 4,1
Переходная реактивность ......................... . 17,7
Синхронная реактивность . . .........................129
Реактивность обратного следования фаз............... 7,7
Значения постоянных времени (в сек) ударного генератора ТИ-25-2:
Постоянные времени обмотки возбуждения при разом-
кнутой обмотке статора .............. 9.9
Постоянная времени обмотки возбуждения' при трех-
фазном коротком замыкании............................ 1.38
Постоянная времени обмотки возбуждения при двух-
фазном коротком замыкании............................ 1.86
Постоянная времени периодической составляющей сверх-
переходного тока при двух- и трехфазном коротком
замыкании .................................... • • 0.17
Постоянная времени апериодической составляющей при
двух- и трехфазном коротком замыкании................. 0,1
2е
35
Величины потерь (в ква) при работе ударного генератора ТИ-25-2:
Потери короткого замыкания при токе короткого замы-
кания, равном номинальному.......................160
Потери холостого хода при номинальном напряжении . 228
Потери на возбуждение при номинальном напряжении
и холостом ходе...................................20
Потери на возбуждение при внезапном коротком замы-
кании и напряжении форсировки ... 732
Сумма механических потерь........................200
Потери, отводимые воздухоохладителями............180
Для возбуждения ударного генератора ТИ-25-2 поставляется возбуди-
тельный и подвозбудительный агрегаты. Принципиальная электрическая
схема возбудительного агрегата приведена на рис. 24, б. Возбудительный
с,
Я, С, Ш, Ш2 С2 Д2 Я1 Ct Ш1 Ш2 С2 Д2 С&С&С& №
б
агрегат состоит из двух гене-
раторов постоянного тока типа
ГПС-1000-750, мощностью по
1000 кет каждый, маховика
с маховым моментом около
62 т м2 и асинхронного элек-
тродвигателя типа ДАФ-1708-
8. Исполнение генератора —
открытое, с самовентиляцией.
Цикл вентиляции — разомк-
нутый.
Рис. 24. Принципиальные электри-
ческие схемы агрегатов к ударному
генератору ТИ-25-2:
а — подвозбудительного агрегата: Шх,
Ш2 — выводы шунтовой обмотки ГПТ;
Ях — вывод обмотки якоря генератора
постоянного тока (ГПТ); Сх, С, и С. —
выводы обмотки статора АД', Дг— вывод
обмотки добавочных полюсов ГПТ; б —
возбудительного агрегата: С,, С,, С4,
С8, С* — выводы обмотки статора асин-
хронного двигателя АД; Pt, Pt и Р9 —
выводы обмотки ротора АД: Я\ — вывод
обмотки якоря генератора постоянного
тока (ГПТ); Д2 — вывод обмотки доба-
вочных полюсов ГПТ; Шх и Шх —выво-
ды шунтовой обмотки ГПТ; Сх и Сл —
выводы сериесной обмотки ГПТ.
Основные технические данные возбудительного агрегата приведены
в табл. 6.
Таблица 6
Основные характеристики возбудительного агрегата ударного генератора
ТИ-25-2
г. Параметр Генератор постоянного тока Асинхронный электродвига- тель
Мощность, кет. * 1000/4000 1000
Напряжение, в 450/500 6000
Скорость вращения, об/мин 740/630 740
Возбуждение ... . . • Независимое —
Маховой момент, т • м2 4 1,3
Вес статора, т 6,3 3,5
Вес ротора, т 4,6 2,75
Вес маховика, т 26,2 —
Общий вес агрегата, т 62 —
Примечания. 1. Цифры в знаменателе соответствуют кратковре-
менному режиму (3 сек). 2. Маховой момент маховика 62 m • м2.
36
Возбудительный агрегат служит в качестве возбудителя ударного
генератора только при работе последнего в режиме внезапного короткого
замыкания при напряжении форсировки, а также в режиме ударного воз-
буждения. В режиме ударного возбуждения оба возбудительных генератора
соединяются последовательно и на контактные кольца ударного генератора
подается их суммарное напряжение порядка 900—1000 в.
В течение около 1,5 сек ток возбуждения и одновременно ток в обмотке
статора, замкнутой испытуемым аппаратом, возрастает до величины соот-
ветственно 5650 и 20 000 а. После этого производится разрыв главной цепи
и гашение поля генератора. При работе ударного генератора в режиме вне-
запного короткого замыкания при номинальном напряжении возбуждение
его осуществляется подвозбудительным агрегатом (рис. 24, а,) который
служит также источником независимого возбуждения для возбудительного
агрегата.
Основные данные подвозбудительного агрегата, состоящего из генера-
тора постоянного тока типа П-102 и асинхронного короткозамкнутого элек-
тродвигателя типа А-102-4, установленных на общей фундаментной плите,
приведены в табл. 7.
Таблица 7
Основные параметры подвозбудительного агрегата ударного генератора ТИ-25-2
Агрегат Номинальные данные Вес, кг
Мощность, кет Напряже- ние, в Обороты в минуту Маховой момент, кг • М*
Двигатель 160 380 1470 - 1090
Генератор 160 230 1470 49 1680
Муфта напряжения МЭ-280 — — — — 55
Фундаментная плита — — — —— 395
Общий вес агрегата — — — — 3220
Ударный генератор ТИ-75-2
ТИ-75-2 — генератор специального изготовления также рассчитан
на кратковременную отдачу полной мощности. Генератор характеризуется
низкой реактивностью, которая обеспечивается рядом конструктивных меро-
приятий, рассмотренных при разборе конструкции генератора ТИ-12-2.
Рис. 25. Габаритные размеры ударного генератора ТИ-75-2.
Габаритные размеры генератора ТИ-75-2 показаны ца рис. 25.
Ротор генератора снабжен мощной демпферной системой, выполненной
медными полосами, расположенными поверх обмотки возбуждения, которые
37
в лобовых частях соединены бронзовыми кольцами. Вентиляция — специ-
ального исполнения. На верхней плоскости корпуса генератора установ-
лены два центробежных вентилятора, приводимых в движение асинхрон-
ными двигателями. Воздух в генератор подается через окна корпуса и отса-
сывается вентиляторами, обеспечивающими расход воздуха 20 м*1сек. Кроме
того, для охлаждения генератора к корпусу статора пристраивается воз-
духонаправляющий кожух, в который по обеим сторонам статора встроено
по две секции воздухоохладителя типа ВОП-12, охлаждаемые водой. Об-
щий вес агрегата двигатель — генератор — 215 т. Вес статора — 140 /и;
вес ротора — 40 /и, вес двигателя — 13 т.
Параметры ударного генератора ТИ-75-2:
Номинальная мощность Рн, Мва ................... 75
Номинальное рабочее напряжение кв................ 8.5
Максимальное рабочее напряжение DMaKC (за счет до-
пустимого перевозбуждения на 30%), кв .... 11
Номинальный ток /н, а............................5100
Допустимая амплитуда тока при эксплуатационных
коротких замыканиях /р, ка.................... 120
Допустимая амплитуда тока при аварийных коротких
замыканиях /р ав> ка.......................... 270
Реактивность реакции якоря:
в насыщенном состоянии xatf, %................88,5
в ненасыщенном состоянии x'ad, %.............112
Синхронная реактивность:
насыщенная хд, %......................• . . . . 91
ненасыщенная хd , %.......................116
Реактивность обмотки возбуждения:
насыщенная х^, %........................... 93
ненасыщенная х'^, %.......................118
Переходная реактивность:
насыщенная xdt %.......................... 6,5
ненасыщенная xdr , %...................... 9
Сверхпереходная реактивность:
насыщенная xd, %............................ 3
ненасыщенная xjz, %........................ 4,5
Сверхпереходная (насыщенная) реактивность генера-
тора xd = 3% отнесена к мощности 75 000 ква,
поэтому в омах она выразится так:
v"__xd%
d~ 100
ин_ 3(8,5)® _
Р 100-75
0,0289 ом.
Реактивность обратной последовательности х2, % . . 3
Реактивность нулевой последовательности х0, % . . 2,5
Постоянная времени холостого хода:
насыщенная Td, сек.......................... 9
ненасыщенная Tdt, сек.................... 12
Постоянная времени переходного тока:
насыщенная Td, сек......................... 0,65
ненасыщенная Tdt, сек.................... 0,9
Постоянная времени сверхпереходного тока:
насыщенная TJ, сек......................... 0,04
ненасыщенная Tdt, сек.................... 0,05
Маховой момент ротора CD2, т • м*................. 22
Симметричная мощность при трехфазном коротком
замыкании Р®3» ква................... • 1200000
Число выводов обмотки статора................ . 6
Допустимое количество испытаний на полную нагрузку
в сутки.............................. . . * . . 8—9
Промежутки между испытаниями, мин..............15—20
Максимальная длительность короткого замыкания,
сек............................................. 4—5
38
Приводной двигатель генератора ТИ-75-2. Ударный генератор приво-
дится во вращение асинхронным двигателем типа АДК15с-2.
Основные данные двигателя:
Номинальная мощность Рн, кет................... 1300
Номинальное напряжение UH, в................... 6000
Номинальный ток /н, а........................... 153
Номинальное число оборотов пн, об/мин.......... 2975
Коэффициент полезного действия при номинальной
нагрузке т]н, %............................... 90,5
Коэффициент мощности cos ср................... 0,87
Потери холостого хода Ро, кет................. 50
Ток холостого хода /0, а......................... 60
Запуск двигателя производится при помощи жидкостного реостата
с дистанционным управлением. Кратность пускового тока по отношению
к номинальному — не более 1,5.
Возбудительный агрегат. Создание предельных индукций в магнитной
цепи ударного генератора в условиях большой реакции якоря, а также
Рис. 26. Габаритные размеры возбудительного агрегата к ударному генератору ТИ-75-2.
обеспечение нормальной работы генератора в режиме ударного возбужде-
ния возможно только при наличии мощного возбудительного агрегата.
Возбудительный агрегат состоит из двух генераторов постоянного
тока, находящихся на одном валу с приводным асинхронным двигателем
и маховиком. Основные размеры возбудительного агрегата к генератору
ТИ-75-2 представлены на рис. 26.
Данные генераторов постоянного тока типа ГП-100:
Номинальная мощность Рн, ква............... 1000/7500
Номинальный ток /н, а...................... 2200/12 000
Номинальное напряжение в................... 450/635
Номинальное число оборотов лн, об/мин .... 785/600
Примечание. Цифры в числителе относятся к дли-
тельной, в знаменателе — к кратковременнчй работе агрегата.
Возбуждение генераторов постоянного тока сериесное и независимое.
Независимая обмотка возбуждения питается от отдельного подвозбудитель-
ного агрегата, состоящего из генератора постоянного тока типа ПН400
мощностью 70 кет, UH = 230 в и приводного двигателя типа А82-2, с дан-
ными: Ра =75 кет, UH =220/380 в, пн=1470 об/мин, с короткозамкну-
тым ротором.
Приводной двигатель возбудительного агрегата — трехфазный асин-
хронный с фазным ротором, типа АМ17-8-8.
39
Данные двигателя:
Номинальная мощность Рн, кет.....................1800
Номинальное напряжение (/н, в.................. 6000
Номинальный ток /н, а ...... .....................210
Номинальное число оборотов пп,об1мин ........ 2975
Коэффициент полезного действия tjh, %............ 93
Коэффициент мощности cos <р. . . . ............. . 0,88
Потери холостого хода Ро, кет..................... 60
Ток холостого хода 70, а.......................... 65
Маховик, с маховым моментом 60 т • ж2, предназначен для покрытия
кагрузки возбудительного агрегата, которая при работе в режиме удар-
ного возбуждения равна 3000—10 000 кет.
Генераторы постоянного тока включаются последовательно.
Ударный генератор ТИ-100-2
Ударный генератор ТИ-100-2, производства завода «Электросила»,
предназначается для эпизодической и кратковременной работы в режиме
двух- и трехфазных коротких замыканий при испытаниях высоковольтной
аппаратуры на включающую и отключающую способность, а также на тер-
мическую и электродинамическую устойчивость. Испытательный агрегат
состоит из синхронного генератора и асинхронного электродвигателя для
вращения генератора. С помощью специальной коммутационной аппаратуры
производится короткое замыкание генератора, и цепь короткого замыкания
размыкается испытуемым выключателем. Возбуждение генератора произ-
водится от возбудительного агрегата.
Техническая характеристика ударного генератора ТИ-100-2:
Номинальное напряжение, кв..................... 10
Допустимая форсировка напряжения, %............ 20
Номинальный ток генератора, в .............• . 5780
Наибольшая амплитуда тока двух следующих друг
за другом коротких замыканий, а............... 200 000
Действующее значение симметричного тока, не более, а НВ 000
Наибольшая амплитуда четырех следующих друг за
другом коротких замыканий, а.................. 160 000
Интервал между короткими замыканиями одного
цикла, сек....................................0,3—180
Количество циклов испытания........................ 8
Номинальная мощность генератора, Мва........ 100
Симметричная мощность короткого замыкания, Мва . 2500
Реактивность генератора:
переходная х^, % ......................... 13,3
сверхпереходная xj, %.................... 4,5
Постоянные времени:
Т', сек....................,............... 1*33
Т”, сек ..................................
Допустимая амплитуда ударного тока в аварийном
режиме, а................................. 330 000
Продолжительность каждого внезапного короткого
замыкания, сек............................... 0,45
Симметричный ток короткого замыкания при испыта-
нии по схеме ударного возбуждения, а . . . . 65000
Продолжительность короткого замыкания в схеме
ударного возбуждения, около сек............... 2,0
Интервалы между испытаниями по схеме ударного
возбуждения, не менее, мин.................... 15$
Время развозбуждения при аварийном замыкании, не
более, сек.................................... 3,0
Изоляция обмотки статора должна соответствовать
номинальному напряжению, кв................ 18,8
40
Техническая характеристика приводного электродвига-
теля АТМФ-2000-2:
Номинальное напряжение, кв.......................... 6,0
Ток статора, а......................................184
Скорость вращения, об/мин.......................... 2980
Коэффициент полезного действия.....................0,94
Коэффициент мощности................................0,83
Напряжение на роторе, в............................1080
Ток ротора, а.......................................860
Кратность максимального момента.....................4,2
Кратность пускового тока............................ 1,5
Продолжительность пуска, мин........................6,0
Напряжение торможения (включением двух фаз обмотки
статора последовательно), в....................... 40
Продолжительность торможения, мин.................... 8,0
Исполнение электродвигателя — закрытое с разомкнутым циклом вен-
тиляции. На втором конце вала имеется тахогенератор, представляющий со-
бой синхронный генератор малой мощности (с постоянными магнитами или
с независимым возбуждением
от аккумуляторной батареи).
Схема управления приводным
двигателем предусматривает:
а) восьмиступенчатый авто-
матический пуск при токе, рав-
ном (0,9—1,5) /н;
б) четырехкратную величи-
ну тока и момента при трогании
с места в продолжении 3—5 сек;
в) автоматическое включе-
ние сопротивления в цепь рото-
ра при набросе нагрузки и шун-
тирование при спадании на-
грузки;
г) автоматическое включе-
ние полного сопротивления в
цепь ротора при динамическом
торможении.
В случае остановки агрега-
та повторный пуск допускается
через 20—30 мин.
Рис. 27. Схема возбуждения ударного
генератора Т И-100-2:
7?1 — пусковое сопротивление; и jRt — га-
сительные сопротивления; — пусковое со-
противление; /?6 — реостат возбуждения;
— балластное сопротивление; ЗВ — защит-
ный выключатель; ВА — включающий аппа-
рат; ИВ — испытуемый выключатель.
В комплект поставки ударного агрегата входят: ударный генератор
с приводным двигателем и тахогенератором, пуско’регулирующая аппара-
тура приводного двигателя, возбудительный агрегат с аппаратурой регули-
ровки возбуждения и гашения поля и подвозбудительный агрегат с пуско-
регулирующей аппаратурой.
Возбуждение ударного синхронного генератора при его холостом ходе,
внезапном коротком замыкании и ударном возбуждении осуществляется
специальным возбудительным агрегатом, который состоит из двух соеди-
41
ненных последовательно генераторов постоянного тока, асинхронного элек-
тродвигателя с фазным ротором и маховика. Генераторы и маховик жестко
связаны с электродвигателем, предназначенным для их вращения.
Обмотки возбуждения получают питание от подвозбудительного агре-
гата. В зависимости от испытательной схемы (внезапного короткого замы-
кания, внезапного короткого замыкания с форсировкой возбуждения, или
ударного возбуждения) изменяется схема работы возбудительного агрегата.
Схема возбуждения ударного генератора ТИ-100-2 приведена на рис. 27.
Регулировка возбуждения предусматривается путем изменения напря-
жения подвозбудительного агрегата и с помощью регулятора возбуждения'
с моторным приводом дистанционного управления, с питанием от сети
постоянного тока.
Техническая характеристика возбудительного агрегата:
Генератор постоянного тока 2ГП-10-1000
Напряжение,в.......................... 450/500
Ток, а.......•.......................... 2220/8000
Мощность, кет ................. 1000/4000
Скорость вращения, об/мин............. 740/630
Маховой момент агрегата (без нагрузки), т • м2 . . . 93
Асинхронный двигатель ДАФ-1708-8
Напряжение, в ..............•........... 6000
Напряжение ротора при номинальной нагрузке, в . . 675
Ток ротора, а........................... 920
Мощность, кет ........................... 1000
Скорость вращения, об/мин................. 740
Кратность пускового тока.................. 1,5
Кратность максимального момента........... 2,2
Маховик
Маховой момент, т • м2.................... 80
Техническая характеристика подвозбудительного агрегата:
Генератор постоянного тока П-102
Напряжение, в.............................. 230
Ток, а..................................... 695
Мощность, кет.............................. 160
Скорость вращения, об/мин................. 1470
Напряжение независимого возбуждения, в..... 220
Асинхронный двигатель ДАМ-6-114-4
Напряжение, в.......................... 220/380
Мощность, кет .................. 115
Регулятор возбуждения РВМ-ЗБ
(к генераторам ГП-10-1000)
Напряжение питания привода, в........... 220
Тип разрядного сопротивления............. СН-2
Регулятор возбуждения РЗВ-11
(к генератору П-102)
Пусковые устройства
(к двигателю ДАФ-1708-8)
Роторная пусковая станция. Тип — ПНЛ6703-5903
Пусковое сопротивление — из ящиков типа ЯС-100
Режим работы возбудительного агрегата:
а) при холостом ходе синхронного генератора обеспечивается регули-
ровка 30—1000 в и ток (длительно) до 1300 о;
42
б) при испытаниях по схеме внезапного короткого замыкания генера-
тор должен выдерживать четыре раза подряд всплеск тока в якор-
ной цепи —около 7000 а. Перерывы между циклами — не менее 15 мин.
Длительность всплеска — 0,15 сек;
в) при ударном возбуждении синхронного генератора генераторы воз-
будительного агрегата возбуждаются на холостом ходу до 1000 в и затем
при включении обмотки ротора синхронного генератора ток в якорной цепи
возрастает до 8000 а. По окончании опыта производится размагничивание
ротора;
г) гашение поля синхронного генератора осуществляется противо-
включением обмоток возбуждения генераторов, возбудительного агрегата,
причем реверс напряжения достигается за время около 1,5 сек.
Режим работы подвозбудительного агрегата:
а) пределы регулирования напряжения генераторов — 20—230 в;
б) максимальный всплеск тока в якорной цепи генератора — около
3300 а при напряжении 55 в;
в) длительный ток — до 600 а;
г) подвозбудительный агрегат может быть использован в качестве воз-
будительного агрегата для непосредственного возбуждения синхронного
генератора ТИ-25-2 во всех режимах, за исключением схемы ударного
возбуждения.
Таким образом, ударный генератор ТИ-100-2 рассчитан на максималь-
ную симметричную мощность короткого замыкания, при форсировке,
в 2 500 000 ква. Мощность 2 500 000 кеа — при реактивности шинопровода
1 % (отнесено к 10 кв). Мощность короткого замыкания при 12 кв составляет
3200 Мва. Генератор должен допускать в схеме внезапного короткого замы-
кания четыре последовательных коротких замыкания с амплитудой тока
не более 160 ка и интервалом времени- 0,3—180 сек. Количество четырех-
43
кратных коротких замыканий в течение дня должно быть не более 8. Гене-
ратор при внезапном коротком замыкании при работе по схеме с форсиров-
кой возбуждения должен допускать два последовательных коротких замы-
кания с амплитудой тока не более 200 ка (действующее значение симметрич-
ного тока — не более 118 ка) с интервалом 0,3—180 сек. Генератор должен
допускать работу в возбужденном состоянии при номинальном напряжении
не более 15 мин перед каждым циклом. Повторить цикл можно не менее
чем через 15 мин, в течение которых генератор должен работать на холос-
том ходу без возбуждения, при номинальной скорости вращения. Ударный
генератор допускает работу в возбужденном состоянии при напряжении
форсировки не более 1 мин перед каждым циклом. Повторить цикл можно
не менее чем через 30 мин, в течение которых генератор должен работать
на холостом ходу без возбуждения, при номинальной скорости вращения.
Продолжительность каждого внезапного короткого замыкания, при работе
по схеме внезапного короткого замыкания с амплитудой тока не более
160 ка и при работе в схеме внезапного короткого замыкания с форсировкой
возбуждения с амплитудой тока не более 200 ка,—около 0,15 сек.
Симметричный ток короткого замыкания при испытании в схеме удар-
ного возбуждения не должен превышать 65 ка. Продолжительность корот-
кого замыкания в схеме ударного возбуждения— около 2 сек.
При проведении испытаний в схеме ударного возбуждения промежутки
между испытаниями должны быть не менее 15 мин, в течение которых гене-
ратор должен работать на холостом ходу, без возбуждения, при номиналь-
ной скорости вращения. Время развозбуждения при аварийном коротком
замыкании должно быть не более 3 сек. Генератор должен допускать парал-
лельную работу с другим однотипным генератором в схеме ударного корот-
кого замыкания. Габаритные размеры ударного генератора ТИ-100-2 пока-
заны на рис. 28. Генератор должен быть испытан на заводе в соответствии
с требованиями ГОСТ 533—51 и ГОСТ 183—41 и техническими условиями.
Ударный генератор на 150 Мва
В лаборатории мощности отключения фирмы Мицубиси (Япония)
установлен ударный генератор с типовой мощностью 150 Мва [127]. Гене-
ратор имеет следующие основные характеристики:
Номинальное напряжение UH, кв:
при частоте 50 гц . . . .................. 15
при частоте 60 гц . - ....................... 16,5
Трехфазная симметричная мощность короткого замыка-
ния, Мва:
в первую четверть периода . 4550
через три периода . . ..................... 3430
Максимальная симметричная мощность короткого замы-
кания, Мва:
в первую четверть периода ........................... 3410
через три периода . . ................... 2500
Номинальное число оборотов, об/мин
при частоте 50 гц.............................. 1500
при частоте 60 гц •............................ 1800
Реактивности генератора и постоянные времени имеют значения:
Реактивности генератора
150 Мва. %
^' = 3,3
*<7 = 4,45
xd = 33,9
Постоянные времени,
сек
Td = 0,04
Т; = 0,825
Td = 0,082
44
Обмотка статора выполнена двумя параллельными ветвями, 12 концов
ее выведены для переключений схемы соединения. Ротор собран из от-
дельных дисков, стянутых четырьмя шпильками. Вес ротора — 130 /п,
статора — 270 т. Генератор имеет демпферную обмотку. Приводной дви-
гатель — асинхронный с фазным ротором, 4000 кет, 6,6 кв. Для начального
разгона агрегата применен дополнительный асинхронный двигатель мощ-
ностью 37 кет, 420 в. Возбудительный агрегат состоит из основного возбу-
дителя — генератора постоянного тока 375 в, 1333 а, мощностью 500 кет
и приводного асинхронного двигателя 600 кет, 6,6 кв, 745 об!мин. Подвоз-
будителем является генератор постоянного тока 250 в, 20 а, 5 кет.
Ударное возбуждение производится путем закорачивания балласт-
ного сопротивления в цепи возбуждения возбудителя. Управление опытом
осуществляется при помощи программирующего устройства.
Ударный генератор на 300 Мва
В лаборатории разрывных мощностей фирмы Сименс—Шуккерт уста-
новлен ударный генератор [124] со следующими характеристиками: типо-
вая мощность — 300 Мва, напряжение: при соединении в треугольник—
11 кв, а при соединении в звезду — 19 кв. Число оборотов (при 50 гц) —
750 обIмин. Вес корпуса статора — 190 т, вес пакетов железа —200 т,
вес ротора — 225 т, общий вес ударного генератора в сборе — 680 т (вклю-
чая обмотки). Для привода генератора применен асинхронный двигатель
с фазным ротором. Для возбуждения в холостом режиме имеется возбуди-
тель на 1400 а, при 170 в; для возбуждения в момент опыта — возбудитель
на 14 000 а, при напряжении 1200 в. По данным работы [126] для генератора
весом 680 т ударный момент вращения при коротком замыкании составляет
7 800 000 кг • м. Отдача на фундамент выражается ударом порядка
1 100 000 кг. Для уменьшения ударных нагрузок на фундамент при ко-
ротком замыкании статор установлен [124] на пружинных амортизаторах,
дающих усадку в момент короткого замыкания до 40 мм. При сооружении
лаборатории AEG строительным вопросам при сооружении фундамента
для ударного генератора [131] было уделено серьезное внимание. Фунда-
мент ударного генератора был выполнен из сильно напряженного железо-
бетона. В фундамент было заложено около 300 т цемента, 2000 т песка
и гравия и 150 т стальных конструкций. Размеры фундамента 20х12х
Хб,5 м. Под фундамент, в грунт, забиты трубы, для подачи цементного
раствора на случай усадки. Для уменьшения вибраций здания фундамент
не связан с конструкцией здания. В другом случае [123] предусматривается
также возможность изменения направления вращения ротора, что позво-
ляет компенсировать возможную одностороннюю усадку грунта. С этой
целью для привода ударного генератора применен двигатель постоянного
тока, который может также служить возбудителем в период короткого
замыкания.
Перспективы развития ударных генераторов
лабораторий мощности отключения
В настоящее время мощность отдельного ударного генератора в ЛМО
достигла 300 Мва. В то же время мощность силовых синхронных генера-
торов для электрических станций достигает 500, 800 и проектируется гене-
ратор на 1000 Мва и даже на 1400 Мва и выше. Очевидно, увеличение мощ-
ности отключения отдельного ударного генератора является очередной
задачей исследования электромашиностроителей. Для увеличения мощ-
ности отключения, при испытании выключающих аппаратов, в настоящее
время широко используются синтетические схемы испытания, рассмотрен-
45
ные в гл. VII. Улучшается возможность сетевых испытаний в энергосисте-
мах большой мощности, хотя и в весьма ограниченных пределах. И все же
следует учесть и изучить возможность испытания выключающих аппаратов
на наиболее мощном генераторе, который производится в настоящее время
промышленностью. При этом возникают трудности в эксплуатации такого
генератора большой мощности, как это показано на примере генератора
300 Мва. Обсуждение этих проблем [112] и организация поисковых и про-
ектных исследований, учитывая темпы
наращивания мощности энергосистем,
необходимы.
В связи с развитием энергосистем и
тенденции к их объединению, увеличи-
ваются мощности и к выключателям
предъявляются более высокие требова-
ния в отношении надежности, отключа-
ющей способности и к значению номи-
нальных токов, к изоляции и др.
В табл. 8, взятой из работы [120], по-
казаны требуемые номинальные токи
выключателя при различных номиналь-
ных напряженйях.
Таким образом, задача повышения
значений мощности отключения испыта-
тельных лабораторий является актуаль-
ной и требует дальнейших исследований.
Таблица 8
Уровни номинальных токов
выключателей в функции рабочего
напряжения, мощности генераторов
и сетевой нагрузки
Номиналь- ное напря- жение, кв Мощ- ность турбин, Мет Номинальный ток выключателя (а), обусловленный ростом
мощно- стей гене- раторов сетевой нагрузки
138 600 ЗОЮ 2100
161 800 3450 • 2200
230 1000 ЗОЮ 2400
345 1500 3020 2500
500 2000 2780 2800
700 2000 1980 3300
В табл. 9 приведены параметры ударных генераторов. Сравнение пара-
метров обычных турбогенераторов и ударных генераторов мощностью 12
и 100 тыс. ква показывает, что ударные генераторы характеризуются малым
реактивным сопротивлением.
Таблица 9
Сравнение параметров обычных турбогенераторов (ТГ) и ударных
(испытательных) генераторов (ТИ)
Тип генератора
TF-2-12-2
ТГ-2-100-2
ТИ-12-2
ТИ-25-2
ТИ-75-2
ТИ-100-2
АСЕС
ДЖИИ
Мицубиси
Сименс-
Шуккерт
тыс.
ква
12
100
12
25
75
100
73
125
150
300
УН- кв Реактивные сопро- тивления Постоянные времени, сек Чис- ло по- люсов Вес рото- ра. т 1 Вес ста- тора, т ।
x'd% Xd% г Т. 7а
10,5 П,7 19,2 186 0,11 0,88 8,2 0,0695 2 2,4 39
15.75 11.7 19,2 140 0,03 — 11,8 2 23 220
8 1,7 2.7 112 0,03 0,43 7 0,05 2 12,5 41,0
12 4,1 17,7 129 0,17 1.38 9,9 0,1 2 ——
11 3 — 178 — 0,93 12 2 42 120
12 4,5 13,3 118 0,167 1,38 12 0,16 2 48,5 161
12 2.88 3,8 100 0,02 0,44 75 0.1 2 27 100
15,5 6,25 10 100 0,05 2 20 0,13 4 190
15 3,3 4,45 33,9 0,04 0,825 0,082 130 270
19 225 190
§ 6. Возбуждение и развозбуждение ударного генератора
Схема возбуждения ударного генератора отличается от обычной схемы
отсутствием АГП, но зато в цепь возбуждения включается балластное со-
противление и вводятся контакторы для изменения направления тока воз-
буждения в возбудителе, как это показано на рис. 27.
46
Рабочий магнитный поток синхронного генератора обусловлен намаг-
ничивающими ампер-витками обмотки возбуждения и ампер-витками от
тока якоря (так называемой «реакцией» якоря). Обычно векторы этих со-
ставляющих направлены встречно. Лишь в том случае, когда генератор на-
гружен емкостной нагрузкой, указанные векторы направлены согласно.
Постоянный ток возбуждения синхронного генератора в установившемся
режиме и магнитный поток холостого хода определяются значениями напря-
жения источника питания и активным сопротивлением цепи возбуждения.
Рабочий поток нагруженного генератора меньше потока ненагруженного
генератора при одинаковом токе возбуждения. После сброса нагрузки удар-
ного генератора магнитный поток возрастает, что приводит к увеличению
напряжения генератора. Перенапряжение может быть весьма значитель-
ным при сбросе нагрузки и сильно возбужденном генераторе, как это имеет
место при работе генератора по схеме ударного возбуждения. Для того
чтобы при испытаниях аппаратов на мощность отключения ограничить
перенапряжения, необходимо развозбуждать генератор, т. е. принимать
меры к гашению магнитного поля генератора. Рассмотрим схемы, приме-
няемые для гашения поля. При быстром разрыве цепи тока возбуждения
магнитная энергия переходит в электростатическую, что приводит к рез-
кому повышению напряжения на обмотке возбуждения и может вызывать
пробой изоляции. Поэтому при гашении поля необходимо накопленную
магнитную энергию превратить в тепловую или механическую, а затем
в тепловую, для рассеяния ее в окружающее пространство.
По характеру энергетических процессов применяемые схемы развоз-
буждения можно разделить на два класса: первый — объединяет схемы,
в которых превращение магнитной энергии в тепловую происходит в гаси-
телях с активным сопротивлением, и второй класс — включает схемы гаси-
телей, где сначала магнитная энергия превращается в механическую, а за-
тем при помощи трения переходит в тепловую и рассеивается в окружаю-
щее пространство — это так называемые моторные, или двигательные,
гасители.
Гасители с сопротивлением
Для гашения магнитного поля генератора обмотка его возбужденного
ротора замыкается на активное сопротивление гасителя /?2. Процесс исчезно-
вения магнитного поля вызывает наведение в контуре э. д. с., что в свою
очередь вызывает протекание электрического тока. При протекании тока
в замкнутом контуре энергия магнитной системы выделяется в активном
сопротивлении /?2 и превращается в тепло, рассеиваемое в пространстве.
Рассмотрим влияние параметров схемы гашения на указанный процесс
гашения. На рис. 29, а показана принципиальная схема гасителя с сопро-
тивлением. Пусть в момент t = 0 переключатель П переводится из рабочего
положения 1 в положение 2 для гашения магнитного поля ротора генера-
тора путем замыкания катушки L, по которой в момент замыкания проте-
кает ток /, на сопротивление /?2.
Переходный режим для схемы рис. 29, а можно выразить дифферен-
циальным уравнением:
/?2i + L^- = °. (1-6)
Разделив переменные, получим уравнение
<'-7>
решением которого будет
lni = -^t + K. (1-8)
47
При определении постоянной интегрирования К в качестве началь-
ного условия примем, что в момент t = О
i = ^н>
и тогда для значения /С, из (1-8), получим:
1п/н = /С
Подставив последнее значение К в (1-8), найдем
In i L {
\nTn~~R
откуда для тока переходного процесса получим
i = IKe
(Ь9)
(МО)
(Ml)
Обозначив постоянную времени Т в виде
Т = —
R '
где сопротивлейие R = /?2 + г, окончательно можно написать:
1 = (1-12)
Закономерность изменения тока при этом представлена на рис. 29, б при
значении Ti>7'2. Значение тока (1-11) будет равно нулю при t=co.
Приняв, что поле генератора будет погашено, если ток возбуждения I
будет иметь небольшое значение iu для времени гашения поля tr из (1-12)
получим:
/г = Г1п4^. (1-13)
*i
Следовательно, для этого типа гасителя время гашения магнитного поля
генератора, при прочих равных условиях, прямо пропорционально посто-
янной времени Т цепи ротор — гасительное сопротивление, или обратно про-
порционально величине А?2 (рис 29, а). Следующей важной величиной,
характеризующей гаситель, является напряжение на кольцах ротора Up
в процессе гашения поля. Для значения этой величины, имея в виду (1-12),
можно написать:
_t_
Up. макс — Rd = R^ltfi Т • (1-14)
Характер изменения напряжения на роторе показан на рис. 29, в. Значе-
ние максимального напряжения на кольцах ротора при гашении магнитного
поля замыканием ротора на сопротивление Rz пропорционально величине
гасительнбго сопротивления, или обратно пропорционально постоянной
времени гасительного контура. Из рассмотренного вытекает, что задача
получения минимального времени гашения поля генератора и минималь-
ного перенапряжения на кольцах ротора, для предохранения изоляции
от пробоя, требует компромиссного решения. Поэтому при выборе величины
гасительного сопротивления следует искать оптимальное решение. На
рис. 30 показаны три основные схемы гашения поля при помощи гаситель-
ных сопротивлений. По схеме на рис. 30, а при гашении поля автомат а
замыкается, после чего автомат & размыкается. По схеме на рис. 30, б оба
48
автомата а и b при развозбуждения размыкаются. В этой схеме развозбуж-
дение происходит не до величины, определяемой остаточным магнетизмом,
а до некоторой величины установившегося режима, который соответствует
установившемуся току возбуждения при наличии в цепи сопротивлений
и га. При одинаковых значениях /?, L и I в цепи схемы на рис. 30, а и б
подъем напряжения на кольцах ротора в начальный момент развозбужде-
ния будет меньше на величину напряжения возбудителя в схеме рис. 30, б,
по сравнению со схемой рис. 30, а. Схема развозбуждения рис. 30, в пред-
ложена Рюденбергом. В этой схеме процесс развозбуждения берет начало
1 п______с момента включения в гасительный кон-
|________________2—о .- । тур сопротивлений /?1 и /?2 (размыкание
X 2? j контактов автомата а и Ь) и закорачи-
Рис. 30. Основные схемы гашения поля:
а, б, в — при помощи гасительных сопротивлений;
г — кривая изменения тока в цепи ротора при га-
шении поля по схеме в.
Рис. 29. Методы гашения поля:
а — принципиальная схема гашения с сопро-
тивлением; 7?, — гасительное сопротивление;
П — переключатель; г — активное сопротив-
ление обмотки ротора; б — кривые изменения
тока i при гашении поля включением в цепь
сопротивления в — кривая изменения во
времени напряжения на кольцах ротора в
процессе гашения поля.
ванием сопротивления Rs, Теперь ток
будет протекать через якорь возбудите-
ля и обмотку возбуждения его ОВВ,
В связи с этим возбудитель перемагничивается, изменяется его поляр-
ность, что обусловливает уменьшение тока в цепи ротора генератора и из-
менение его полярности (рис. 30, г). Колебательный процесс быстро
затухает. Для указанного процесса развозбуждения необходимо выбрать
соответствующее соотношение величин сопротивлений Rx и /?2. К недостат-
кам этой схемы следует отнести:
а) невозможность осуществить одним возбудителем возбуждение не-
скольких генераторов;
б) после развозбуждения для намагничивания возбудителя надо иметь
дополнительный источник постоянного тока.
49
Двигательный гаситель
Принципиальная схема гасителя поля второго класса представлена на
рис. 31,а. При размыкании автомата а начинается гашение поля. При этом
ток ротора генератора протекает через обмотку якоря двигателя Д, который
начинает вращаться. Наводимая в двигателе э. д. с. направлена встреч-
но по отношению к току и последний уменьшается. Таким образом,
спад магнитной энергии генератора,
при развозбуждении, будет обусловлен
частичным переходом в кинетическую
энергию вращающихся масс двигателя
и потерями на трение в двигателе. Да-
лее, в ходе развозбуждения наступает
момент, когда значения э. д. с. якоря
двигателя и э. д. с., наводимая в роторе
генератора, становятся равными. Затем
Рис. 31. Двигательний гаситель поля:
а — принципиальная схема; б — кривая изме-
нения тока во времени.
в связи с инерцией двигателя его э. д. с.
становится больше и он начинает отда-
вать энергию в цепь, изменяя направ-
ление тока в цепи гашения. Наличие
Джоулевых потерь тепла и потерь на
трение обусловливает быстрое затухание
колебаний в цепи. Характер изменения тока во времени показан на рис.
31, б. В настоящее время двигательные гасители не представляют интереса.
Гашение поля изменением полярности возбудителя (реверсом поля)
Характеристику развозбуждения (рис. 31, 6) можно получить, приме-
нив вместо двигателя, в двигательном гасителе, изменение полярности воз-
будителя (реверс поля). Характеристика такого га-
сителя лучше, поэтому практически применяются га-
сители с реверсом поля.
В момент прохождения тока через нулевое зна-
чение возбудитель необходимо отключить, иначе ток
будет нарастать в противоположном направлении, что
не даст эффекта гашения поля. Изменение тока во
времени для гасителя с реверсом поля определяется
при решении дифференциального уравнения
(Rd 4- Г) i + L = - t/возб, (1-15)
где — добавочное сопротивление в цепи обмотки
возбуждения (рис. 32);
г —- сопротивление обмотки возбуждения.
При прохождении тока i через нулевое значение
возбудитель отключается, так как без выключения
его будет нарастать ток обратного направления, что
исключает гашение поля. Значение постоянных вре-
мени Т для схем гасителей поля с сопротивлениями
в несколько раз меньше (в связи с тем, что величина
гасительного сопротивления R в этой схеме больше)
Рис. 32. Принципиаль-
ная схема гашения по-
ля методом реверса.
по сравнению со схемой гашения реверсом поля. Поэтому повышение на-
пряжения на обмотке возбуждения при гашении реверсом поля будет
меньше, чем для первой группы гасителей на сопротивлениях.
50
Схема первичной коммутации возбуждения ударного генератора ТИ-12-2
Рассмотрим схему возбуждения и развозбуждения лаборатории мощ-
ности отключения на базе ударного генератора ТИ-12-2. Примем схему нор-
мального возбуждения ударного генератора. По схеме нормального возбуж-
дения (рис. 33) ударный генератор возбуждается от главного возбудителя
ГВ, когда требуется длительная отдача мощности, например., при испыта-
ниях на термическую и динамическую устойчивость. Возбуждение произ-
водится в следующем порядке. Одновременно с генератором Г разворачи-
вается и возбудитель ГВ. Включается разъединитель ЗР и 2Р. Разъедини-
тель 5Р замыкается на клеммы 1—2. Этим заканчивается подготовка цепи
подачи постоянного напряжения на обмотку возбуждения возбудителя ГВ.
Затем с пульта управления включаются контакторы: 1М, который закора-
чивает гасительное сопротивление гас, и 2М, который замыкает цепь
возбуждения генератора. После этого включаются контакторы ЗМ и 4М,
при этом нормально замкнутый контакт 4М размыкается и от шин постоян-
ного тока подается возбуждение на возбудитель ГВ. Теперь ударный гене-
ратор возбуждается до требуемого напряжения и оперативным выключа-
телем ОВ производится короткое замыкание. Команда на оперативный
выключатель подается от прибора автоматического управления опытом
(ПАУ). После соответствующей выдержки времени протекания тока корот-
кого замыкания, которое задается ПАУ, генератор отключается защитным
выключателем ЗВВ, или испытуемым выключателем, в зависимости от при-
нятого цикла испытаний. Одновременно команда от ПАУ подается на кон-
тактор 4М, контакты которого включены таким образом, что при замыка-
нии нормально разомкнутых контактов возбуждение возбудителя ГВ
реверсируется: развозбуждается возбудитель ГВ и генератор. После того
как генератор полностью развозбудится, напряжение на шинах при этом
станет равным нулю, при помощи нулевого реле (или реле времени) отклю-
чается контактор ЗМ и полностью снимает возбуждение ГВ. Для более быс-
трого гашения поля расшунтируется гасительное сопротивление /?1 гас.
Для этого от ПАУ одновременно с подачей импульса тока на отключающую
катушку контактора 4М подается импульс тока в катушку контактора 1М,
который размыкает свои контакты и включает в цепь возбуждения гаси-
тельное сопротивление /?1 гас. Рациональный выбор момента прекращения
возбуждения после реверса поля определяется из следующих соображений.
Магнитный поток генератора образуется за счет суммарного действия тока
возбуждения и токов Фуко. Судить о том, в какой степени погашено поле
генератора, можно по величине его магнитного потока (или э. д. с.). Наи-
более рациональным моментом прекращения возбуждения возбудителя
будет момент прохождения магнитным потоком своего нулевого значения.
Для лаборатории мощности отключения ВЭИ, где установлен ударный
генератор ТИ-12-2, найдено: в случае нормальных испытаний можно пре-
кращать возбуждение возбудителя через .5,98 сек. В случае гашения поля
после ударного возбуждения это время равно 2,45 сек. Обычно в схему
управления вводят специальный элемент, который отмечает нулевое зна-
чение магнитного потока. В качестве такого элемента может быть нулевое
реле, или реле напряжения, подключенное через трансформатор напряже-
ния к шинам генератора. Напряжение, подводимое к реле, будет пропор-
ционально потоку машины. Проанализируем работу нулевого реле, схема
которого дана на рис. 34. При срабатывании промежуточного реле 11РП,
которое включается одновременно с реле времени при подаче импульса на
гашение поля, подается питание на анод тиратрона ТГ-2050. На управля-
ющую сетку тиратрона подается отрицательное смещение через выпрями-
тели от трансформатора напряжения TH, подключенного к шинам удар-
ного генератора. Пока на шинах ударного генератора есть напряжение,
51
*Мб
0бЩ2*6№7170
~3806
ток протекает через сопротивление и напряжение на этом сопротивлении
своим отрицательным полюсом приложено к сетке тиратрона. Поэтому,
пока на шинах ударного генератора есть напряжение, тиратрон этим на-
пряжением заперт. Как только генераторное напряжение становится рав-
ным нулю, тиратрон отпирается и через него протекает ток. При этом сра-
батывает реле РП-2050, замыкая свои контакты в цепи другого, промежу-
точного реле, которое снимает возбуждение с возбудителя. Другой способ
управления р азвозбуждением ударного генератора основан на применении
прибора автоматического управления опытом, осуществляющего последо-
вательность операций при испытании (см. гл. X).
§ 7. Режимы работы ударных генераторов
при испытании выключателей
Опыт эксплуатации лабораторий мощности отключения у нас и за ру-
бежом показывает, что в зависимости от способа возбуждения ударного
генератора различают четыре разновидности схем проведения испытаний:
1. Схема внезапного короткого замыкания при нормальном возбужде-
нии генератора.
2. Схема ударного возбуждения (схема Сименса).
3. Схема внезапного короткого замыкания с форсировкой возбуждения.
4. Схема возбуждения ударного генератора с закорачиванием ротора
в момент короткого замыкания.
Схема внезапного короткого замыкания
при нормальном возбуждении генератора
Эта схема характеризуется наибольшей простотой методики прове-
дения испытаний. Принципиальная схема внезапного короткого замыка-
ния, по которой проводится опыт, с нормальным возбуждением генератора
53.
представлена на рис. 35. При испытании по схеме внезапного короткого
замыкания в разомкнутую цепь статора синхронного генератора СГ вво-
дится замкнутый испытуемый выключатель ИВ. При испытании генератор
возбуждается вхолостую до требуемого напряжения, а затем цепь статора
замыкается накоротко при помощи оперативного выключателя ОВ (или
включающего аппарата ЦА, или короткозамыкателя КЗ— эти термины
равнозначны). Через определенный промежуток времени после включения
В А испытуемый выключатель ИВ размыкается, разрывая ток внезапного
Рис. 35. Принципиальная схема
внезапного короткого замыкания при
нормальном возбуждении ударного
генератора.-
короткого замыкания, т. е. ИВ подверга-
ется испытанию на отключающую способ-
ность.
Операции управления опытом имеют
такую последовательность. Сначала вклю-
чают разгонный двигатель АД, который
доводит генератор до нормального числа
оборотов. Через некоторый промежуток
времени включают разгонный двигатель
возбудителя и начинают возбуждать гене-
ратор СГ до номинального напряжения.
Возбуждение возбудителя В производится
постоянным током через контакторы Ki и
Кг. Возбуждение регулируется реостатом
Кв в цепи обмотки возбуждения возбуди-
теля. При возбуждении генератора до но-
минального напряжения включается ПАУ.
Сначала ПАУ подает импульс тока на
включающую катушку оперативного вы-
ключателя ОВ, который включает коротко-
замкнутую цепь, а затем ПАУ подает им-
пульс на отключение испытуемого выклю-
чателя ИВ, который разрывает дугу. Для
защиты генератора, при отказе испытуе-
мого выключателя погасить дугу, ПАУ,
через заданную выдержку времени, в тече-
ние которой ИВ должен произвести раз-
рыв цепи короткого замыкания, подает
импульс на отключение защитного выклю-
чателя ЗВ и одновременно на реверс поля,
для гашения магнитного поля генератора
СГ. Реверс поля осуществляется путем переключения контактора К2
(рис. 35). Для того чтобы исключить разрыв в цепи обмотки возбужде-
ния, в момент переключения контактора Кг, обмотка замыкается на сопро-
тивление Кг. Управляющие электрические импульсы от ПАУ подаются
с учетом собственного времени работы защитного выключателя и контак-
тора Кг таким образом, чтобы оба процесса начинались одновременно. Мо-
мент прекращения возбуждения генератора определяется при помощи
нулевого тиратронного реле (рис. 34) — отключением контактора Ki-
Восстанавливающееся напряжение в момент размыкания (если не учиты-
вать высокочастотный процесс, связанный с разрывом дуги) равно произ-
ведению силы тока статора /к на сверхпереходную реактивность, при трех-
фазном испытании:
i/восст —
и произведению силы тока короткого замыкания на сумму сверх-
переходной реактивности и реактивности обратной последователь-
54
ности, деленной на р З при двухфазном коротком замыкании [82J:
/
I
г г ___ г xd ~Т~ х2
U восст — 1 к у — •
Достоинством данной схемы является ее простота и отсутствие необхо-
димости применения мощных возбудительных систем для ударного генера-
тора. При работе по схеме внезапного короткого замыкания без В А испыту-
емый выключатель может быть подвергнут испытанию последовательно на
включающую и отключающую способность. К основным недостаткам этого
метода следует отнести большую скорость затухания тока короткого замы-
кания и наличие апериодической составляющей в токе статора генератора.
Первый недостаток требует свести к минимуму продолжительность
протекания тока короткого замыкания, т. е. ограничивает продолжитель-
ность опыта. При испытании же выключателей с большим временем горе-
ния дуги неизбежно значительное уменьшение величины отключаемого
тока, а следовательно, и понижение мощности отключения в связи с быс-
трым затуханием симметричной составляющей тока. Второй недостаток
приводит к тому, что уменьшается величина мощности отключения, на ко-
торую может быть использован генератор, при условии, что она лимити-
руется величиной максимально допустимого тока генератора. Для умень-
шения величины апериодической составляющей тока, что приведет соот-
ветственно к возможности увеличения симметричной составляющей тока,
можно использовать устройство для включения ударного генератора в за-
данную фазу напряжения (см. § 21). Таким образом, схема с нормальным
возбуждением генератора характеризуется наличием апериодической
ставляющей и быстрым затуханием симметричной составляющей тока.
Схема применяется для испытания выключающих аппаратов на отключаю-
щую способность и испытания коммутационной аппаратуры на динамиче-
скую устойчивость.
Схема ударного возбуждения (схема Сименса)
При испытании по схеме ударного возбуждения обеспечивается макси-
мальное использование генератора по току. Цепь короткого замыкания
создается предварительно. Испытуемый выключатель включается в цепь
статора генератора и замыкается при невозбужденном генераторе. После
того как генератор разогнан до номинальных оборотов, производится удар-
ное возбуждение генератора, т. е. к обмотке ротора внезапно приклады-
вается постоянное напряжение^ в цепях ротора и статора появляются нара-
стающие токи. При достижении током статора заданной величины испытуе-
мый выключатель отключает ток короткого замыкания. В момент размыка-
ния контактов ИВ восстанавливающееся напряжение определяется вели-
чиной отключаемого тока и реактивностью цепи статора. В процессе испы-
тания напряжение генератора нарастает в соответствии с величиной напря-
жения, приложенного к кольцам ротора при ударном возбуждении, и
может достигнуть опасной величины. Для исключения опасного возрастания
напряжения после отключения короткого замыкания применяется надеж-
ная система гашения поля. Надежным способом гашения поля является
также метод реверсирования возбуждения возбудителя, при котором по-
лярность напряжения на кольцах ротора генератора изменяется, чем обес-
печивается быстрое размагничивание генератора. По окончании процесса
развозбуждения контактор выключает питание обмотки возбуждения воз-
будителя.
Схема Сименса дает возможность исключить постоянную составляющую
из тока короткого замыкания, что позволяет в значительной степени уве-
55
Личить симметричную мощность короткого замыкания генератора и умень-
шить электродинамические усилия в обмотке генератора. Схема Сименса
в настоящее время не применяется.
Схема внезапного короткого замыкания с форсировкой возбуждения
Испытания с форсировкой возбуждения генератора проводятся по
той же схеме (рис. 35), что и для нормального возбуждения, но имеют свои
особенности. Эта схема включает элементы как первой, так и второй рас-
смотренных выше схем. Возбудитель генератора здесь, так же как и во вто-
рой схеме, выбирается большой мощности, с расчетом на установившийся
ток короткого замыкания. Перед коротким замыканием генератор возбуж-
дается при работе на холостом ходу до номинального напряжения. При
этом генератор может работать в возбужденном состоянии до начала опыта
не более одной минуты. В цепь возбуждения генератора включается доба-
вочное сопротивление, так называемое балластное сопротивление 7?б» вели-
чиной порядка десятикратного от сопротивления роторной обмотки. При
коротком замыкании в цепи статора, которое создается или включением
ИВ, с последующим его отключением, или включением включающего аппа-
рата В А при включенном состоянии ИВ, за несколько периодов до корот-
кого замыкания (0,05—0,1 сек), балластное сопротивление закорачивается,
и напряжение на кольцах ротора увеличивается. При замыкании балласт-
ного сопротивления /?б уменьшается общее сопротивление цепи возбужде-
ния, что приводит к росту тока возбуждения и тока статора ударного гене-
ратора. Однако ток возбуждения и напряжение на зажимах статора не мо-
гут заметно увеличиться за малый промежуток времени в несколько перио-
дов и короткое замыкание происходит при номинальном напряжении.
Далее, в ходе короткого замыкания, ток возбуждения возрастает и к началу
размыкания контактов испытуемого выключателя достигает значения
тока возбуждения при внезапном коротком замыкании, то есть компенси-
рующего реакцию якоря. Схема с форсировкой возбуждения обеспечивает
высокую мощность отключения, так же как и в схеме ударного возбуждения
Сименса, но в отличие от нее дает возможность испытывать выключатели
на включающую способность. Последовательность операций при прове-
дении опыта по схеме с форсировкой возбуждения до момента шунтирования
балластного сопротивления не отличается от первой схемы. Момент замы-
кания балластного сопротивления обычно совпадает с моментом включения
оперативного выключателя ВА и производится при помощи ПАУ, но с не-
которым опережением по отношению к моменту начала короткого замыка-
ния. Величина этого опережения при постоянной величине балластного
сопротивления влияет на степень форсировки и компенсации затухания
переходной составляющей тока короткого замыкания. Эта схема наиболее
совершенна и позволяет достигнуть практического постоянства симметрич-
ной составляющей тока. Установка на ударных генераторах должна позво-
лять испытывать выключатели как с малой, так и с большой длительностью
горения дуги. Этим условиям наиболее удовлетворяет схема внезапного
короткого замыкания с форсировкой возбуждения.
Схема возбуждения ударного генератора с закорачиванием ротора
в момент короткого замыкания
Эта схема разработана в ВЭИ им. В. И. Ленина и освещена в работе
В. Д. Ляшенко по исследованию методов снижения затухания тока в удар-
ных генераторах [63]. Применяемая в ВЭИ одна из схем возбуждения гене-
ратора ТИ-12-2 показана на рис. 36. Ударный генератор разгоняется до
номинальных оборотов и возбуждается на холостом ходу до требуемого
56
напряжения. Обмотка возбуждения генератора питается от подвозбу-
дителя, мощность которого примерно в 20 раз меньше мощности возбуди-
теля и составляет 50 кет. Возбуждение регулируется реостатом /?в в цепи
обмотки возбуждения подвозбудителя. Балластное сопротивление шун-
тируется контактором К*. В момент начала опыта посредством ПАУ произ-
водятся следующие операции: а) включение В А, чем создается цепь корот-
кого замыкания для ИВ\ б) одновременное замыкание контактора Ki, зако-
рачивающего обмотку возбуждения генератора ТИ-12-2 накоротко; в) от-
ключение контактора ^2 для отделения подвозбудителя от короткозамкну-
той цепи ротора и снятия напряжения с обмотки
возбуждения подвозбудителя.
Ток короткого замыкания в этом случае
поддерживается за счет магнитной энергии, за-
пасенной в обмотке ротора генератора к моменту
замыкания ротора накоротко. При замыкании
ротора параметры цепи возбуждения изменяют-
ся, за счет отключения подвозбудителя ПВ с
сопротивлением /?пв.
тухания
Постоянные времени за-
ГГ\ / L
ГГУ f L
и Гк з = ₽р’
7?р — индуктивность и сопротивление
возбуждения генератора, А?в — сопро-
Рис. 36. Схема возбуждения
ударного генератора типа
ТИ-12-2 с закорачиванием ро-
тора в момент короткого
замыкания.
где L и
обмотки
тивление якоря возбудителя, которые при этой
схеме испытания будут такими, что Тк'. 3>Т'.
Опыты ВЭИ показали [63], что постоянная
времени контура возбуждения генератора
ТИ-12-2, при рассматриваемом способе возбуж-
дения, увеличилась с 5 до 7,5 сек. В настоящее
время, в связи с тенденцией уменьшения собст-
венного времени отключения выключателей,
применение метода возбуждения с последующим
коротким замыканием ротора стало возможным
в большом количестве опытов при испытаниях
быстродействующих выключателей. Энергии, получаемой ударным гене-
ратором от вспомогательного возбудительного агрегата ПВ, вполне доста-
точно для таких испытаний.
§ 8. Повышающие ударные трансформаторы
Для испытания выключающих аппаратов на напряжении выше генера-
торного применяются повышающие ударные трансформаторы. Основные
требования, предъявляемые к этим трансформаторам:
а) возможность получения разных напряжений для испытания аппа-
ратов с номинальным напряжением 20—220 кв\
б) возможность использования трансформатора как в однофазном, так
и в трехфазном режиме;
в) обеспечение минимальной реактивности трансформатора;
г) гарантия термической устойчивости в требуемых пределах.
Рассмотрим в свете этих требований повышающий трансформатор спе-
циального исполнения, состоящий из трех однофазных трансформаторов
мощностью 33 333 ква каждый, установленный в Бескудниковском научном
испытательном центре. Однофазный трансформатор имеет одну обмотку
низкого напряжения, соответствующую генераторному напряжению 12 кв,
и две обмотки высокого напряжения по 35 кв. Обмотка высокого напряже-
57
ния имеет класс изоляции 154 кв. Напряжение короткого замыкания ек,3 •=
= 3,1%. Обмотки высокого напряжения можно соединять на напряжения
от 35 до 220 кв. Схема соединения обмоток трансформатора при работе
в однофазном режиме показана на рис. 37, а схема соединения обмоток ВН
при работе в трехфазном режиме — на рис. 38. Группа из трех однофазных
Первичная обмотка Вторичная обмотка
Первичная обмотка
Вторичная обмотка
Рис. 37. Схема соединения вторич-
ных обмоток ударного повышающе-
го трансформатора типа ОМГИ-
3 X 33 333 ква при однофазном ре-
жиме работы:
а, б, в, г — при соединении обмоток ВН
соответственно на 35, 70, 105 и 210 кв.
Рис. 38. Схема соединения вто-
ричных обмоток ударного транс-
форматора типа ОМГИ-Зх 33333
ква при трехфазном режиме ра-
боты:
а. б. в. г — соединение обмоток ВН
соответственно на 35, 60, 70 и 121 кв.
трансформаторов типа ОМГИ-3 х 33333/220 установлена в камере повы-
шающих ударных трансформаторов. Переключения фаз предусмотрены
в помещении испытательной камеры, для чего вверху камеры находятся под-
весные гирлянды и перехрдный мостик для выполнения переключений.
В верхнем перекрытии испытательной камеры установлены вводы на 35,
110 и 220 кв для подачи напряжения от ударных трансформаторов на шины
ОРУ 35—220 кв, натянутые над испытательными камерами (см. рис. 139).
Реактор для регулирования тона короткого замыкания в испытательной цепи
Реактор — это аппарат с постоянным индуктивным сопротивлением.
Основное назначение его — ограничить токи короткого замыкания в мощ-
ных электрических установках, а также сохранить на шинах определенный
уровень напряжения при коротких замыканиях.
В испытательной установке реактор служит для регулирования вели-
чины тока короткого замыкания ударного генератора при испытании вы-
ключающих аппаратов на мощность отключения, трансформаторов на тер-
мическую и электродинамическую устойчивость', разрядников и предохра-
нителей на предельные токи отключения и т. д.
Реакторы применяются в тех случаях, когда по условиям работы не-
обходимо иметь в схеме неизменное индуктивное сопротивление, которое
достигается при отсутствии стального магнитопровода. Конструкции реак-
торов весьма разнообразны. Выбор конструкции реактора определяется
заданными параметрами его и рядом производственных соображений.
58
Ограничительные воздушные однофазные реакторы типа РОСВ-7500-
200 и РОСВ-7500-35 в сухом исполнении, с естественным воздушным охлаж-
дением предназначены для внутренней установки в сухом вентилируемом
помещении с температурой окружающего воздуха, не превышающей +35° С.
Номинальное рабочее напряжение — 10 кв, испытательное напряжение по
Рис. 39. Общий вид и размеры реактора типа РОСВ-7500-35.
Рис. 40. Схема соединений низкоомных реак-
торов типа РОСВ-7500-200 и РОСВ-7500-35.
отношению к земле — 35 кв; частота — 50 гц. Общий вид и размеры реак-
тора РОСВ-7500-35 показаны на .«рис. 39. Индуктивность реактора РОСВ-
7500-200 изменяется от 0,04 до 5 мгн, а реактора РОСВ-7500-35 — от 0,195
до 20 мгн. Величина индуктивности регулируется изменением схемы вклю-
чения катушек реакторов. Реактор
РОСВ-7500-200 рассчитан на ток
200 ка (включая апериодическую
составляющую) в течение 0,3 сек,
а реактор РОСВ-7500-35 рассчитан
на ток 35 ка в течение 10 сек. Та-
кая длительность необходима в слу-
чае использования реактора РОСВ-
7500-35 для ограничения тока в це-
пи короткого замыкания при испытании аппаратов на термическую устой-
чивость. Промежутки времени между включениями — не менее 15 мин.
Каждый однофазный реактор состоит из 6 катушек, расположенных
в два вертикальных ряда, по 3 катушки в каждом. Катушки/,//, ///,
IV— спиральные одноходовые многопараллельные, катушки V и VI —
непрерывные. Все катушки из обмоточной меди марки ПББО намотаны
на бумажно-бакелитовых цилиндрах. Каждая катушка зажимается изо-
59
ляционными плитами, а вся система катушек стягивается в осевом
направлении с помощью прессующей конструкции из швеллеров и шпилек.
Концы катушек выведены наружу (рис. 40).
Путем комбинации параллельных, последовательных и последова-
тельно-параллельных включений катушек 7...VZ, при помощи разъедини-
телей Л, В...О, Р, 7?, можно получить 53 значения индуктивностей реак-
тора от 0,0393 до 5,072 мгн. Этим индуктивностям реактора будет соот-
ветствовать столько же значений тока короткого замыкания ударного гене-
ратора. Значения индуктивностей катушек реакторов представлены в
табл. 10.
Таблица 10
Значения индуктивностей реакторов
Тип реактора № кату- шки Индук- тив- ность кату- шки. Мгн Сопротивле- ние, ом Тип реактора № кату- шки Индук- тивность кату- шки, мгн Сопротивле- ние, ом
РОСВ-7500-200 I 0,137 Q,19A 10-3 РОСВ-7500-35 I 0,498* 3,07 • 10—»
II 0,156 0,915 • 10-3 11 0,82 5,31 • 10-3
III 0,181 1,2 • 10-3 III 1,095 8,06 • 10“3
ДУ 0,198 1,43 • 10-3 IV 1,42 13,9 • 10—3
V 2,00 16,9 • 10—3 V 6,1 43 • 10~3
VI 2,40 17,9 • 10—3 VI 9,15 53,5 • 10-’
§ 9. Выключатели в испытательной цепи ударного генератора
лаборатории мощности отключения
Характерная особенность схемы лаборатории мощности отключения —
наличие двух последовательно включенных выключателей: защитного и
включающего аппаратов. Назначение включающего аппарата — включать
ударный генератор на испытуемый объект. Рассмотрим включающий аппа-
рат производства завода «Электроаппарат» типа ВА-12, разработанный
совместно с Ленинградским филиалом ВЭИ. Защитный выключатель размы-
кает цепь испытания при аварии в испытуемом аппарате при отказе его
погасить дугу или в случае, когда процесс гашения дуги в ИВ затягивается.
Применение двух выключателей объясняется следующим: износ вы-
ключателя при включении на короткое замыкание и отключение его обуслов-
ливается, с одной стороны, ударами электродинамических сил при проте-
кании токов* короткого замыкания, с другой стороны,— действием дуги
при отключении. Поэтому возникла мысль о разделении функций включе-
ния и отключения между двумя аппаратами с тем, чтобы в конструкции
одного (ВА-12) обратить внимание на электродинамическую устойчивость,
а в конструкции защитного — на его дугогасящие свойства. Кроме того,
включающий аппарат должен обладать стабильным временем включения.
Этот выключатель рассмотрим ниже (рис. 41).
Защитный воздушный выключатель типа ВВ-15
Специфическими условиями работы защитного выключателя в испыта-
тельной цепи лаборатории мощности отключения являются:
1) отсутствие установившегося режима работы, при котором нагрузки
на выключатель не превышают его номинальных параметров;
2) увеличенное число включений и отключений (8—9 циклов ВО в день)
по сравнению с нормальной работой выключателя в энергосистеме (3—4
цикла в месяц);
3) кратковременность протекания токов.
60
Рис. 41. Защитный воздушный выключатель типа ВВ-15:
/ — тележка; 2 — пружина; 3 — перегородка; 4 — изолятор (типа ОС-15); 5 — плита; 6 — шина; 7 — блок
контактов; 8 — охладитель; 9 камера гасительная; 10 — контактная система; 11 — серьга; 12 — контак-
тодержатель; 13 — штанга; 14 — труба дутьевая.
Исходя из этих условий работы, к защитному выключателю предъяв-
ляются высокие требования. Защитный выключатель ВВ-15 характери-
зуется следующими параметрами:
Номинальное напряжение С/н, кв................... 12
Номинальный ток /н, а..................... 10 000
Предельный ток отключения /п, ка................ 120
Предельный сквозной ток /макс, ка............... 330
Допустимые пределы давления сжатого воздуха,
атм:
при отключении............................ 17—21
при включении....................... 19—21
Вес выключателя, кг....................... 3 000
Вес распределительного шкафа, кг ......... 200
Время включения, сек........................Не более 0,20
Время отключения, сек.......................Не более 0,12
Расход воздуха (приведенный к атмосферному давлению) на одно вклю-
чение — 800 л, на одно отключение — 1200 л. Падение давления (сброс)
в резервуаре при выполнении операции отключения составляет 3,6—
3,8 кГ/см2, а при включении — 1,8 — 2 кГ/см2. Скорость движения ножа
в момент замыкания контактов при включении — (5,6 — 6,1 м/сек), при раз-
мыкании контактов —3 м/сек.
Выключатель ВВ-15 предназначен для работы в закрытых (отапливае-
мых и неотапливаемых) помещениях. Выключатель приводится в действие
сжатым воздухом. Управление может быть дистанционным с помощью элек-
тромагнитов и местным (пневматическим) при помощи кнопок, расположен-
61
ных в распределительном шкафу. В распределительном шкафу, через кото-
рый производится питание выключателя сжатым воздухом, имеются элек-
троконтактные манометры, сигнализирующие (через промежуточное реле)
о недопустимом снижении давления воздуха. Управление всеми тремя по-
люсами выключателя производится от одного приводного устройства. Каж-
дйй полюс выключателя имеет свой дутьевой клапан, который управляется
механическим самостоятельным механизмом (кулачковое устройство). Все
три механизма связаны в единую систему валом выключателя и электро-
пневматической схемой управления. Выключатель ВВ-15 смонтирован на
сварной тележке, внутри которой размещены все механизмы выключателя,
элементы пневматической и электрической схемы, демпфер, блок-контакты
и т. д. Тележка 1 состоит из двух резервуаров для сжатого воздуха и при-
варенного к ним каркаса, в котором расположены все механизмы управле-
ния выключателем. Подвиж-
ная контактная система со-
стоит из двух главных и одно-
го дугогасительного Ножей.
Наличие отдельных главных
Рис. 42. Схема управления защит-
ным воздушным выключателем типа
ВВ-15:
/ — подвижный контакт; 2 — неподвиж-
ный контакт; 3 — гасительная камера; 4—
изолирующая тяга; 5 — дутьевая труба;
6 — кулачок; 7 — штанга; 8 — рычаг; 9 —•
пружина; 10 — дутьевой клапан, // — ре-
зервуар со сжатым воздухом; 12— пнев-
матический привод; 13— тяга; 14 —- за-
щелка отключения; 15 — клапан отклю-
чения; 16 — дифференциальный клапан
включения; 17 — пусковой клапан вклю-
чения; 18 — защелка включения; 19 —про-
межуточный клапан отключения; 20 —
шток; 21 — клапанная коробка местного
(пневматического) управления; 22 — воз-
духопровод пневматического управления;
23 — электромагнит включения; 24 — эле-
ктромагнит отключения; 25 — блок-кон-
такты; 26 — клеммная сборка; и
/CAft — контактные манометры.
контактов, по которым проходит основная часть рабочего тока, и гаситель-
ных контактов обусловлено большим номинальным током в отключаемой цепи
испытания. Гасительная камера 9 — поперечного воздушного дутья. Элек-
тропневматическая схема управления выключателем ВВ-15 (рис. 42) пока-
зана в положении выключателя «Откл.». Включение происходит следующим
образом. Замыканием ключа К.УВ замыкается цепь: плюс батареи, замкну-
тый контакт 1—2 блок-контактов 25, замкнутый блок-контакт 5—6 электро-
магнита отключения 24, электромагнит включения, контакты первого элек-
троконтактного манометра KMi, минус батареи. Якорь электромагнита
включения 23 приводит в действие пневматическую схему выключателя:
открывается пусковой клапан включения 17 и подается сжатый воздух
под поршень клапана 16 привода 12 со стороны «Включение», в результате
чего сжатый воздух попадает под поршень привода, который, перемещаясь
снизу вверх, приводит в движение при помощи рычага 8 и изолирующей
тяги 4 подвижный контакт 1, входящий в камеру 3 и смыкающийся с непо-
движным контактом 2. В процессе включения поворачивается вал с наса-
женным на нем кулачком 6, который незадолго до схождения контактов
выключателя отжимает штанга 7 дутьевого клапана 10 книзу, что обеспе-
чивает поступление сжатого воздуха из резервуара 11 по дутьевой трубе 5
к контактам. После замыкания контактов до полной остановки подвижной
системы выключателя кулачок 6 освобождает штангу 7 дутьевого клапана,
который под действием пружины 9 захлопывается. Одновременно с пово-
62
ротом вала переключаются блок-контакты. Таким образом, к концу опера-
ции включения размыкается блок-контакт 1—2, снимая напряжение с элек-
тромагнита включения, и замыкается блок-контакт 3—4, подготавливаю-
щий следующую операцию. Подхват командного импульса при включении,
т. е. обеспечение доведения начатой операции до конца независимо от про-
должительности нажатия оператором ключа КУВъкл, достигается действием
механической защелки 18, западающей в вырез штока пускового клапана
20 сразу же после втягивания якоря электромагнита включения и удержи-
вающей пусковой механизм в положении открытия до конца операции,
т. е. пока защелка 18 не будет выведена из выреза штока освобождающей
тягой 13, приводимой в действие валом выключателя, после чего пусковой
клапан закроется. На этом будет закончена операция включения. Преду-
преждение «прыгания» (при включении на короткое замыкание) осуществля-
ется блокировкой в электрической схеме блок-контактами 7—8 электромаг-
нита отключения 24, которые создают параллельную цепь питания электро-
магнита отключения до того момента, пока рука оператора не будет снята
с ключа. При местном пневматическом управлении схема включается нажа-
тием кнопки «Включить» в распределительном шкафу, в результате чего
сжатый воздух по воздухопроводу 22 попадает под поршень клапана вклю-
чения моста пневматического управления, открывается пусковой клапан 17,
после чего операция включения будет происходить аналогично.
Процесс дистанционного, или пневматического, отключения подобен
процессу включения. Схема управления имеет симметричную структуру.
Основными элементами схемы отключения являются: КУВткл, ,блок-
контакты 3—4, контакты манометра КМъ, обмотка электромагнита отклю-
чения 24, пусковой клапан 19, клапан 15 привода на отключение, защелка
14 для механического подхвата импульса, а также клапан и труба местного
пневматического управления. В системе отключения имеются следующие
отличия: отсутствует блокировка от «прыгания»; кулачок 6 в процессе от-
ключения обеспечивает нажатие штанги дутьевого клапана еще до размыка-
ния дугогасительных элементов, т. е. подачу сжатого воздуха еще до
образования дуги, и др.
Следует отметить, что в настоящее время в СССР в качестве защитного
выключателя применяется выключатель типа ВВЗ-12, разработанный
в ВЭИ и изготовляемый заводом «Электроаппарат». Этот выключатель от-
личается от схемы ВВ-15. Он имеет продольное дутье и низкоомные шунти-
рующие сопротивления.
Включающий аппарат ВА-12
Для испытаний выключателей и других аппаратов в лаборатории
мощности отключения необходимо осуществлять короткое замыкание в цепи
генератора — в заданную фазу э. д. с. генератора. Эти функции выполняет
включающий аппарат, который должен обладать стабильным временем
включения.
Для лаборатории мощности отключения с ударным генератором ТИ-
100-2 Ленинградским филиалом ВЭИ и заводом «Электроаппарат» разрабо-
тан включающий аппарат ВА-12. На рис. 43 приведен разрез полюса ВА-12,
по данным работы [40]. Включающий аппарат ВА-12, состоящий из трех
однофазных механически не связанных аппаратов, удовлетворяет следую-
щим техническим требованиям:
1. Номинальное напряжение— 12 кв. Ток включения: а) эффективное
значение симметричной составляющей — 120 ка; б) амплитудное значение
тока включения — 330 ка.
Термическая устойчивость составляет: в рабочем режиме 120 ка —
0,3 сек; в аварийном режиме 120 ка—в течение одной секунды. Механизм
63
аппарата должен выдерживать 3000 включений, без существенного ремонта,
сохраняя разброс собственного времени включения аппарата в пределах
± 5 электрических градусов.
2. Нагрузка от полюса ВА-12 на фундамент составляет: статическая
1 т9 динамическая 5 т.
3. Включение аппарата осуществляется с помощью пружин. Расцеп-
ление запирающего механизма выполняется при помощи разряда конден-
сатора на включающую катушку. Отключение ВА-12 осуществляется пнев-
матическим приводом дистан-
ционно. Контакты включающе-
го аппарата находятся в сжа-
том воздухе. Jj)H полюса ВА-12
со схемой управления можно
разместить в камере шириной
3,5 м, длиной 4,5 м и высотой
4,5 м. Для смены воздуха, меж-
ду сериями испытании, на аппа-
рате предусмотрен спускной
вентиль, а также манометр, по-
казывающий наличие давления,
приспособления для ручного
включения и отключения и опро-
бования пневматического меха-
низма. Аппарат снабжен сигна-
лизационными контактами на 6
цепей. Механизм аппарата нахо-
дится в цилиндрическом корпу-
се, состоящем из двух бакели-
товых и двух стальных цилинд-
Рис. 43. Разрез полюса включаю-
щего аппарата ВА-12:
/ — подвижный контакт; 2 — неподвиж-
ный контакт; 3 — скользящий токосъем-
ный контакт; 4, 5 — латунные плиты с
контактными выводами; 6 — бакелитовые
цилиндры; 7 — корпус; 8 — шток; 9 —
включающие пружины; 10 — пневмати-
ческий привод; 11 — ролики, направляю-
щие движение подвижного контакта; 12—
ось рычага механизма; 13 — рычаг меха-
низма аппарата; 14 — тяга завода; 15 —
рычаг завода; 16 — контакты полного за-
вода; 17 —- масляный буфер; 18 — вклю-
чающая катушка; 19 — фарфоровые выво-
ды (7 кв)-, 20— тяга; 21 —ось вращения
механизма; 22 — зажим (выводы блок-
контактов); 23—блок-контакты; 24—кон-
тактный манометр; 25 — изоляционная
штанга.
ров (рис. 43). Стык цилиндров выполняется фланцевыми соединениями на
болтах. Трехфазный включающий аппарат типа ВА-12 состоит из трех не-
зависимых полюсов, что позволяет осуществлять различные режимы испы-
таний. Полюс представляет герметический резервуар. Давление воздуха
внутри аппарата — 6 ± 0,5 ати, что дает возможность уменьшить обгорание
контактов, а также снизить собственное время включения и его разброс.
В верхней части корпуса расположено контактное устройство с шинным
выводом (рис. 43). Нижний контакт 1 является подвижным, верхний 2 —
неподвижным. Конструкция неподвижного контакта (рис. 44) розеточного
типа состоит из 20 ламелей. От основания контакта к ламелям 4 при помощи
гибких связей 6 осуществляется подвод тока. Между подвижным контактом 1
64
(рис. 43) и ламелями розеточного контакта 2 при включенном положении
создается необходимое контактное давление при помощи пружин 3 (по одной
на ламель). Контактное давление одной пружины на ламель составляет
15 кГ. Запроектированный и изготовленный заводом «Электроаппарат» вклю-
чающий аппарат обеспечивает, при большом числе ламелей, устойчивость
контакта при больших токах короткого замыкания. Подвижный контакт 1
(рис. 43) представляет полую латунную трубу диаметром ПО мм. Скользя-
щий контакт 3 по конструкции аналогичен контакту 2. Контакты 1 и 2
укреплены на латунных плитах 4 и 5,
имеющих выводы для присоединения
шин. Кривошипный механизм аппара-
та состоит из рычага 13, свободно вра-
Рис. 44. Неподвижный контакт включаю-
щего аппарата ВА-12:
/ — кольцо; 2 — корпус; 3 — пружина; 4 — ла-
мель; 5 — болт; 6 — гибкая связь; 7 — основание;
8 — втулка; 9 — винт.
Рис. 45. Пневматическая схема управле-
ния ВА-12:
/ — вывод; 2 — подвижный контакт; 3 — непо-
движный контакт; 4 — электромагнит отключе-
ния; 5 — кнопочное устройство ручного управ-
ления; 6 — клапанная коробка; 7 — корпус пру-
жины включения; 8 — поршень привода для за-
вода пружин; 9 — включающая катушка.
щающегося на оси 12, тяги 20 и системы поступательного движения: шток 3,
изоляционная штанга 25 и подвижный контакт 1.
Подвижная система приводится в действие при помощи включающих
пружин 9. В качестве направляющих подвижной системы служат: токо-
съемный контакт, охватывающий подвижный контакт /, и укрепленные
на штоке 8 ролики //, скользящие в пазах корпуса. В отключенном поло-
жении механизм удерживается защелкой. При срабатывании включающей
катушки 18 боек ударяет по защелке и расцепляет механизм. Под действием
включающей пружины 9 подвижный контакт 1 врубается в неподвижный
контакт 2.
Кинетическая энергия подвижной системы в конце процесса вклю-
чения поглощается при помощи масляного буфера 17.
Основной принцип действия механизма включающего аппарата и его
пневматическая схема управления показаны на схеме рис. 45. Полюс аппа-
рата заполнен сжатым воздухом под давлением 6 атм, которое все время
3 9-173
65
действует снизу на поршень 8. Цилиндр привода, предназначенного для
заводки пружин, вверху сообщается с общим резервуаром. Поэтому сверху
на поршень 8 также все время действует сжатый воздух давлением 6 атм.
При отключении с помощью электромагнита 4, или кнопочного устрой-
ства ручного управления 5, подвижная система в клапанной коробке 6
уходит вниз. Благодаря этому давление над поршнем 8 падает до атмосфер-
ного и под действием разности давлений поршень 8 уходит вверх, отключая
аппарат и заводя пружины механизма включения. Передача от поршня
к механизму заводки выполнена следующим образом. При движении поршня
8 вверх при помощи тяги 14 (рис. 43) поворачивается рычаг завода 15. Этот
рычаг подхватывает ось 12 рычага механизма и поворачивает рычаг 13
до посадки на защелку. Затем клапан закрывается, пространство над
поршнем заполняется сжатым воз-
духом из резервуара, давление над
и под поршнем уравнивается и под
действием возвратной пружины и
силы веса поршень и связанные
с ним элементы возвращаются в ис-
ходное положение. В качестве ме-
ханизма включения аппарата ВА-12
применена специальная схема с за-
рядом конденсатора С и разрядом
его на включающую катушку 5
(рис. 46). Над катушкой специаль-
ной конструкции расположен алю-
миниевый диск 3 со специальным
ударником А. Катушка 5 срабаты-
вает при разряде на нее конден-
сатора С. Емкость конденсатора
С = напряжение заряда —
7 кв. Конденсаторы установлены
в шкафу управления включающим
аппаратом. При протекании раз-
рядного тока конденсатора С по
катушке 5 в алюминиевом диске 3,
который расположен над включа-
ющей катушкой 5, индуктируется
ток. Взаимодействие токов катуш-
Рис. 46. Схема работы включающей катушки:
/ — изолирующая верхняя крышка с подшипником
для направления движения диска; 2 — пружина для
возврата диска в верхнее положение после прекра-
щения тока в катушке; 3 — алюминиевый диск; 4 —
прокладка; 5 — катушка с индуктивностью LK, оми-
ческим сопротивлением и числом витков w; А—
ударник диска, который при работе включающей
катушки 5 ударяет по хвосту удерживающей защел-
ки W включающего аппарата.
ки и диска приводит к тому, что
диск быстро набирает скорость и ударником А ударяет по защелке N
запирающего механизма. По данным [401, к моменту удара диск обла-
дает такой величиной кинетической энергии, которая примерно в 20 раз
больше той работы, которая требуется для сбивания защелки N. Время
снятия защелки [40] находится в пределах (2н-3) 10~3 сек, а все соб-
ственное время включения аппарата, составляет 0,029—0,034 сек (отка-
чала разряда емкости до касания контактов). Скорость движения диска
составляет 4—5 м/сек. На рис. 47 представлена принципиальная электриче-
ская схема шкафа управления типа ВА-12.
Шкаф управления ВА-12 представляет стальной ящик, в котором смон-
тированы приборы управления. Основные блоки шкафа управления следую-
щие: блок зарядки конденсатора С состоит из однополупериодного выпря-
мителя зарядного сопротивления и повышающего трансформатора
Tpi. Поляризованное реле Р3, присоединенное к делителю напряжения
/?2, R*. срабатывает при напряжении на емкости Uc = (0,98—0,99) С7Р,
подавая питание на сигнальные лампы Л3, Л4, загорание «которых- указывает
о готовности схемы к проведению опыта. Цепь разряда образуется из по-
66
следовательно включенных: емкости С, контактов высоковольтного контак-
тора включающей катушки ВК. и тиратрона Т. Предварительное запи-?
рание тиратрона достигается подачей отрицательного смещения на сетку
тиратрона от блока запирания. Блок запирания тиратрона представляет
однополупериодную схему выпрямления и состоит из трансформатора
Тр3, выпрямителя Въ защитного сопротивления /?7 и сглаживающей ем-
кости С3.
Отрицательное напряжение смещения (порядка 60 в) подается на
сетку тиратрона Т через ограничивающее сеточное сопротивление Rt.
Рис. 47. Принципиальная схема шкафа управления ВА-12:
С — основная емкость 12 мкф\ ВК — зажимы включающей катушки; ОК — отключающая катушка;
КП1 —ключ питания трех полюсов; КП^ — ключ питания полюса; K&Q — ключ управления тремя по-
люсами; /С3.р —ключ заряда и разряда емкостей трех полюсов; Кк — контакты командные для авто-
матического включения цепи заряда; ПАУ — прибор автоматического управления опытом; «3 xg, kq —
кнопки управления; Ps, Р, —реле электромагнитные; Р — реле поляризованное; KBt, КБЛ — двер-
ные блок-контакты; ВА — блок-контакты; КП — контакты поршня; KMt и KMt — контакты манометров;
ЗВ — контакты защитного выключателя; / — включение зарядного трансформатора и предварительный
пуск от руки; // — предварительный пуск ПАУ; III — сигнализация полного напряжения заряда; IV —
отключенное положение; V — включенное положение; VI— сигнализация нормального давления; VII —
сигнализация отсутствия давления; VIII —отключение; IX — пуск.
Для того чтобы исключить вероятность случайного срабатывания тира-
трона, в схему между емкостью С и анодом тиратрона включен высоко-
вольтный контактор К2. Контактор К2 в процессе опыта замыкается за
0,02 сек до подачи на сетку тиратрона отпирающего импульса. Для зажига-
ния тиратрона Т на его сетку подается отпирающий импульс. Блок отпира-
ния тиратрона состоит из последовательно включенных блокировок Р*
— — Pf — КЛ^ и ре — KJJC, первичной обмотки разделительного
трансформатора Тр2, шунтированного сопротивлением утечки /?в и подвода
от специального прибора автоматического управления опытом — ПАУ
(разработанного ВЭИ им. В. И. Ленина [99]), параллельно которому вклю-
чен ключ включения — отключения Кво и кнопка включения — Кв. Bro-
s’ 67
ричная обмотка трансформатора Тр2 через разделительную емкость С2
связана с сеткой тиратрона.
Отпирание тиратрона и разряд конденсатора С на включающую ка-
тушку ВК производится в требуемый момент времени импульсом напря-
жения положительной полярности (примерно 200 в), который появляется
на первичной обмотке разделительного трансформатора Тр2 в момент
срабатывания ПАУ, или замыкания Кво и Кв. Назначение лампы Л9
заключается в демпфировании появляющихся в цепи маломощных импуль-
сов для исключения возможности случайного отпирания тиратрона. Так
как за короткое время разряда емкость С не успевает полностью разрядить-
ся, то по окончании опыта она закорачивается на землю через разрядное
сопротивление /?4 и контактор Ki [40].
Как показал опыт, разработанный заводом «Электроаппарат», включаю-
щий аппарат ВА-12 является надежным и устойчивым в эксплуатации.
Глава и Расчет индуктивности шинопровода
лаборатории мощности отключения
на ударных генераторах
§ 10. Общие положения теории расчета индуктивности
Собственной индуктивностью, или коэффициентом самоиндукции L элек-
трического контура, называют [47, 95] отношение потока самоиндукции
47 контура к току 7 в рассматриваемом контуре:
L = -^. (П-1)
Поток самоиндукции Чг£ — это полный магнитный поток, сцепляющийся
с данным контуром и обусловленный током в нем.
Для реальных электрических контуров, образованных проводниками
конечного сечения, магнитный поток Ф в общем случае различен для раз-
ных точек сечения проводника. Поэтому полный магнитный поток ЧТ опре-
деляют как величину:
Ф = (П-2)
где Ф — магнитный поток, сцепляющийся с элементарной трубкой тока di.
Кроме потока самоиндукции Фь, в контуре может существовать поток
взаимной индукции. Чгш, обусловленный током в других, соседних контурах.
Отношение потока взаимной индукции Ч7и первого контура, обусловленного
током i2 во втором контуре, к величине тока i2 называют взаимной индук-
тивностью, или коэффициентом взаимной индукций ТИ2ь двух контуров:
М21=^. (П-З)
Z2
Если магнитная проницаемость ц среды является постоянной величиной,
то собственная индуктивность L и взаимная индуктивность М не зависят
от величины тока, а определяются лишь формой и геометрическими разме-
рами контуров. При этом имеется [47] соотношение:
М21 = М12 = М, (П-4)
то есть взаимная индуктивность первого контура по отношению ко второму
равна взаимной индуктивности второго контура по отношению к первому.
Таким образом, расчет собственной индуктивности L (II-1) или взаимной
индуктивности М (П-4) сводится к определению потока самоиндукции 47
или потока взаимной индукции Чгш.
Очевидно, для определения величин Чгь и Фш необходимо воспользо-
ваться формулой (П-2). Величина входящего в (П-2) магнитного потока Ф,
69
сцепленного с элементарной трубкой тока di. различна для разных точек
сечения провода. Магнитный поток Ф создается всем током данного кон-
тура, если рассматривается собственная индуктивность' L, или током
другого контура, если рассматривается взаимная индуктивность М.
Для определения величины Ф с помощью (П-2) применяют следующий
прием [95].
Разбивают ток, создающий поток Ф, на элементарные трубки тока di',
и вводят взаимную индуктивность MQ нитей тока di и di'. Тогда, согласно
(П-3), можно записать:
л л (1Ф
M» = dT”
откуда
. Ф = J Modi'.
Интеграл (П-5) необходимо взять по всему сечению проводника рассматри-
ваемого контура, если определяется собственная индуктивность L. или
второго контура, если рассматривается взаимная индуктивность.
Подставляя (П-5) в (П-2), получаем:
(П-5)
Рис. 48. Магнитное поле про-
вода:
а — коаксиальные окружности симме-
тричного цилиндрического поля; б —
провод 1 и провод 2, имеющие беско-
нечно малое поперечное сечение.
а также
j j Modi' di,
iii.
(П-6)

Подставляя (П-6) в (П-1) и (П-7)
с учетом (П-4) получаем:
£ = lJjModi'di
(П-7)
(П-3),
(П-8)
(П-9)
в
и
М =
Таким образом, расчет индуктивностей
сводится к определению взаимной индуктив-
ности 7И0 между элементарными трубками
тока di' и di. В общем случае, при произ-
вольной конфигурации нитей тока di и di',
определение величины Мо представляет собой
очень сложную задачу. Но при определении
индуктивностей шинопроводов элементарные
нити тока можно считать параллельными прямыми линиями, что существенно
упрощает задачу.
Рассмотрим магнитное поле одиночного прямого провода, по которому
протекает некоторый ток i. При достаточно большой длине провода магнит-
ное поле имеет цилиндрическую симметрию, и магнитные силовые линии,
как известно, представляют собой коаксиальные окружности (рис. 48).
Величину магнитной индукции В на некотором расстоянии г от оси провода
можно определить с помощью закона полного тока [71]:
(£ Bdl = гр.о.
(П-10)
70
Выбрав замкнутый контур интегрирования по силовой линии магнитного
поля (при этом В=const), получим из (II-10):
В-2^ = 1^, (II-11)
где г — расстояние до оси провода. Из (II-11) следует:
(П-12)
Допустим, на расстоянии г от оси провода 1 (рис. 48) параллельно
ему проходит провод 2, имеющий бесконечно малое поперечное сечение.
Величина магнитного потока Ф21, сцепленного с проводом 2, но образован-
ного током i в проводе /, определяется равенством
Ф21 = {В45, (II-13)
где S — площадь поперечного сечения, через которое проходит поток Фа1.
Подставляя в (П-13) значение В по (П-12), получаем:
Элементарная площадка (рис. 48,6)
dS = ldr, (II-15)
где I — длина провода. ' ‘
Вынося за знак интеграла в (II-14) постоянные величины и учитывая
(II-15), получим:
я
f у = (ln - in г) = Со - In г. (II-16)
Г
Здесь Со — постоянная интегрирования;
где R — расстояние, в пределах которого заключен магнитный поток Ф21.
Величина 7? не является определенной конкретной константой, так как
в каждом частном случае значение /? определяется геометрическими. раз-
мерами контура, в состав которого входит провод 2. Однако для наших
целей, как будет показано ниже, нет необходимости в уточнении величины
R и постоянной интегрирования Со.
Считая 1 = 1, из (П-16) находим коэффициент взаимной индукции еди-
ницы длины проводов:
М = ^ = С—In г, (П-17)
I 2к '
где С = у — постоянная величина.
Так как формула (II-17) получена для параллельных 'проводов беско-
нечно малого сечения, то она справедлива также для элементарных парал-
лельных трубок тока di' и di, т. е.
M0 = C-^lnx, (II-18)
где х — расстояние между трубками тока di' и di.
71
Подставляя (П-18) в (П-8) и (П-9), получаем:
L = 4 (f (— £ In х + с) di'di = — J J Inxdi' di + C (11-19)
и
Mi W (- sin x+c) Л'Л - - sfc ЛIn x Л"Л+c- <II-20)
ii «> G G
Вычисление двойного интеграла вида J J Xnxdi'di вызывает большие
трудности. Задача несколько упрощается, если плотность тока / в провод-
никах постоянна по всему сечению. Это может быть при постоянном токе
и при токе низкой частоты, когда поверхностные эффекты и эффекты бли-
зости в проводах невелики. Для этого случая целесообразно выражать ток i
через плотность тока / и площадь поперечного сечения S проводов 1 и 2:
h = jiSi*, i2 = faSz* (П-21)
Поскольку Д = const и /2 = const, то для приращений тока получаем:
di =? fadS;
di' = fadS'.
(П-22)
(П-23)
Формула (П-23) справедлива только при вычислении собственной ин-
дуктивностти L, когда приращение тока di' берется в проводе /. Для
случая вычисления коэффициента взаимной индукции М, когда прираще-
ние тока di' .берется в проводе 2, справедливо равенство
di' = fadS'. (П-24)
Подставляя значения iu di и di' согласно значениям (П-21), (П-22)
и (Ц-23) в (II-19), получаем:
£ = С — ТгЪ ? lnx/1dS7idS = C--------f f In xdS'dS. (П-25)
2к/.15,5, 2kM.s,
Провод 1 Провод2
Рис. 49. Поперечные сечения па-
раллельных проводов 1 и 2:
а, б — схемы расположения элемен-
тарных площадок dS при вычислении
соответственно L и М.
Важно отметить, что
Подстановка значений Д, di и di* в со-
ответствии с их значениями (П-21), (П-22),
и (П-24) в уравнение (П-20) дает:
St s,
St s,
Таким образом, коэффициент самоиндук-
ции L и коэффициент взаимной индуктивности
М единицы длины двух проводов 1 и 2 мо-
гут быть определены по формулам (П-25)
и (П-26) (где Si и S2— площади поперечных
сечений проводов 1 и 2, а х— расстояние
между элементарными площадками dS’ и dS).
Напомним, что при определении величины L
по (П-25) элементарные площадки dS' и dS
должны выбираться в одном и том же про-
воде (рис. 49,а), а при определении величины
М по (П-26) —в разных проводах (рис. 49,6).
формулы (П-25) и (П-26) справедливы при
любой конфигурации поперечного сечения параллельных проводов 1 и 2.
72
В частности, провода могут быть расщепленными. Введем обозначения:
уу J j inxdS'dS = lng12 1 2 s,s, и •4 J J inxdS'dS = lng(. Si s, s, (П-27) (П-28)
Тогда формулы (П-25) и (П-26) принимают вид:
£ = C-^lngl (П-29)
И
M = C-glngl2. (П-30)
Величина g12 называется средним геометрическим расстоянием площади
Si от площади S2, а величина gr — средним геометрическим расстоянием
площади Si от самой себя [47, 95].
Понятия о средних геометрических расстояниях оыли впервые введены
в расчет индуктивностей Максвеллом в «Трактате об электричестве и маг-
нетизме» в 1904 г. и позволили существенно упростить процесс расчета
индуктивностей.
§ 11. Средние геометрические расстояния
Рис. 50. Взаимное расположение пло-
щадей 1 и 2.
Понятие «расстояние» имеет точный физический смысл только приме-
нительно к двум удаленным друг от друга точкам.
Расстояние между двумя телами, строго говоря, имеет неограниченное
количество значений — можно'говорить о минимальном расстоянии, т. е. о рас-
стоянии между наименее удаленными
точками двух тел, о расстоянии между
центрами тел (если они определены) и
вообще о расстоянии между двумя ка-
кими угодно точками двух тел. Напри-
мер, нельзя точно указать расстояние
площади Si от площади S2 (рис. 50).
Расстояние между элементарной пло-
щадкой dSa на площади 1 и элементар-
ной площадкой dS'a на площади 2 равно
некоторой величине ха, а между элемен-
тарными площадками dSe и dS's — вели-
чине Хб и т. д.
Следовательно, можно определить только некоторое среднее расстояние
между площадками Si и S2, которое будет в данном случае приближенно
характеризовать понятие «расстояние» для двух площадей.
Напомним, что если известно определенное количество и некоторых
величин (жв, х&, хл, ..1, ха), то среднее геометрическое g (среднее про-
порциональное) из этих величин определяется выражением
Отсюда
g = у/'ХаХбХв ... Хп.
(П-31)
g = xn х" хп
с» а о в
п
Хп>
73
что после логарифмирования дает:
п
Ing = 41п*а + T-lnxe + 4~1ПХ«+ + 4 tax, = V~rInjc- (П-32)
/* П П П П
а
При определении среднего геометрического расстояния между двумя
площадями Si и Sa количество п расстояний х между двумя элементар-
ными площадками dS и dS' должно быть таким, чтобы сумма элементарных
площадок dS и dS' перекрывала всю площадь и S2. Следовательно,
на площади должно быть выбрано Si/dS площадок, а на площади
S2 — S2/dS' площадок. При этом количество выбранных расстояний между
элементарными площадками
» = (П-33)
Вводя значение п (П-33) в уравнение (П-32), получаем:
1пг=И
S,S.
dSd&
SiSs
Inx.
(П-34)
Знак суммирования в (П-32) переходит в (П-34) в знак двойного ин-
теграла вследствие перехода к бесконечно малым величинам dS и dS',
которые являются независимыми переменными. Вынося в (П-34) за знак
интеграла постоянные величины и S8 и приписывая величине g индекс
12, поскольку она характеризует среднее геометрическое расстояние между
площадями 1 и 2, получаем:
In gn = J J InxdSdS'. (П-35)
«Si 5g
Если элементарные площадки dS и dS' выбирать в пределах одной и той
же площади S,, то для количества п возможных расстояний между эле-
ментарными площадками получаем, взамен (П-33), значение
Подстановка значения п по (П-36) в (П-32) дает:
1П£х
In х dSdS'.
(П-37)
Определенная таким образом величина gx называется средним геометриче-
ским расстоянием площади Sj от самой себя.
Из приведенных определений следует, что средние геометрические
расстояния фигур от самих себя и друг от друга представляют собой чисто
геометрические величины, зависящие от формы, размеров и взаимного
расположения их. Очевидно, среднее геометрическое расстояние g12 пло-
щадей Si и S2 характеризует в первую очередь удаленность этих пло-
щадей друг от друга, а среднее геометрическое расстояние площади Sx
от самой себя -характеризует определенным образом геометрические размеры
площади Sj. Для фигур достаточно удаленных друг от Друга, взаимное
среднее геометрическое расстояние £12 может быть принято равным рас-
стоянию между их центрами инерции. Среднее геометрическое расстояние gi
площади круга от самой себя, например, оказывается равным 0,7788 ра-
диуса этого круга [95].
При расчете индуктивности шин большое значение имеют следующие
средние геометрические расстояния (с.г.р.) [47, 95].
74
1. С.г.р. площади прямоугольника от самой себя (рис. 51,а) опре-
деляется формулой:
in«, = |in ((>>+<*). 2in(i + -
-та• Sln(* + ?)+4- 4arc,s4+4 f arcte4-та- t»-38»
где b и с —стороны прямоугольника (рис. 51, а).
Со значительной степенью точности можно определить величину gx
по приближенной формуле
gi = Л (6+с),
где k = 0,2236.
Для повышения степени точности необходимо
учесть зависимость коэффициента k в формуле
(П-39) от отношения 4- или . При изменении
этого отношения от 0 до 1 величина k лежит
в пределах [47] от 0,22313 до 0,22369, т. е. изме-
няется на
(П-39)
0,22369—0,22313 1ПП0/ 0,056 0/ п о(,0,
----6^2313— 100 % = ИТз % =°-25%
Следовательно, при практических расчетах ин-
дуктивностей в большинстве случаев можно
пользоваться формулой (П-39), при использова-
нии которой погрешность лежит в пределах
0,25%. При логарифмировании (П-39) получим:
In 5, = In (b -J- с) + In* = In (ft -|-c) — 1,5 + In 8.
(П-40)
Так как величина k переменная, то если
взять ее минимальное значение, т. е. 0,22313,
то значение In 0,22313 = —1,5. При изменении
Рис. 51. Размеры сторон пря-
моугольника:
а — для определения с. г. р. пло-
щади прямоугольника от самой
себя; б— для определения с. г. р.
между площадями двух одинако-
вых прямоугольников, располо-
женных. как указано на рисунке.
k от 0,22313 до 0,23369 значение In 8, при из-
Ь с
мененииу или у от Одо 1 (47), изменяется от
In о = 0 ч-0,00249.
2. С. г. р. между площадями двух одинако-
вых прямоугольников, расположенных согласно
рис. 51,6, определяется с помощью формулы
lngi2 = In* + — (у + 1) In (d + с + b) +
+4 (т -!)2 ,n (d +с+Ь) “ (т)2 ln {d+с)-
(П-41)
Здесь k — постоянный коэффициент, имеющий ту же величину, что и в
формуле (П-39). [Формула (П-41) получена с помощью приближенной фор-
мулы (П-39)].
При d-j-c>3b удобнее взамен (П-41) пользоваться следующим выра-
жением, полученным путем разложения в ряд части слагаемых:
, . । 2d /• х , х2 х8 \
lng12 = ln[*(d-|-c)] + 5-^p — 2- + -3 ~ Т •••)“
(1+J! )
2 \d+c) V Т 2 • "J ’
(П-42)
75
где
X — Л" •
d 4- с
(П-43)
При практических расчетах удобнее пользоваться формулами
Ingi2 = lnd + f (при Ь>с) (П-44)
или
In£12 = Infe — f' (прибСс), (П-45)
с р/ о b с с b
гит — величины, зависящие от отношении и -г или от — и —
abac
(при Ь<с). Значения f и f' вычислены для различных отношений
4 И т 147, 95|.
§12. Индуктивность однофазных шин
Рис. 52. Схема для
расчета индуктив-
ности двух парал-
лельных шин 1 и 2
с перемычкой 3.
Понятие «индуктивность» (или «собственная индуктивность», «коэффи-
циент самоиндукции») имеет точный физический смысл только примени-
тельно к определенному электрическому контуру. Строго говоря, невозможно
точно .определить коэффициент самоиндукции L или вза-
имной индуктивности М для единицы длины какого-то
абстрактного провода, не входящего в элементарный
контур. По этой причине в формулах (П-29) и (П-30),
полученных выше для единицы длины провода, присут-
ствует неопределенная величина С.
Следовательно, при определении индуктивности
однофазных шин необходимо рассмотреть весь электри-
ческий контур, образованный шинами.
Будем считать, что контур образован двумя парал-
лельными шинами 1 и 2, имеющими какие-то сложные
сечения, и перемычкой 3 (рис. 52).
Практически длина шин I всегда намного больше
расстояния между шинами, поэтому влияние индуктив-
ности перемычки 3 на индуктивность контура незна-
чительно. Поэтому считаем, что общая индуктивность
контура зависит от длины шин I, коэффициента са-
моиндукции L и коэффициента взаимной индуктивности М
единицы длины проводов. Рассмотрим эту зависимость.
С шиной 1 сцеплен магнитный поток самоиндук-
ции, равный согласно (II-1) величине
471 = ЦП, (П-46)
где I — длина шины; L — коэффициент самоиндукции единицы длины шины
/, а также магнитный лоток взаимной индукции (П-З), образованный
током в шине 2:
= МП. (П-47)
Так как токи в шинах 1 и 2 направлены встречно, то направление пото-
ков 47л и 4гш также встречное:
% = 4^-^.
(П-48)
Аналогично находим магнитный поток *Г2> сцепленный с шиной 2 в
рассматриваемом контуре:
Ф2 = Ф£2-«,ш, (П-49)
76
где
^£2 = LJl\ Ф2м = мп.
Следовательно, магнитный поток, сцепленный со всем контуром, опреде-
ляется суммой потоков 4е! и Ф2:
+ Ф2 = Ф£1 + цг£2 - - Ф2Л1. (П-50)
Подстановка в (П-50) значений Фы, ф£2, и ЧГ2д1 дает:
ФБ = Il (Li + £2 - 2М). (П-51)
Отсюда полная индуктивность контура
Ls = -^ = / (Li + L2 - 2М). (П-52)
Следовательно, индуктивность единицы длины однофазных шин опреде-
ляется равенством:
L = y =L1 + L2-2M. (П-53)
Величины L19 L2 и М находим с помощью формул (П-29) и (П-30):
Li = C-^\ngr, (П-54)
£2 = C-glng2; (П-55)
A4 = C-glngu, (П-56)
где gi и g2- с. г. р. площадей шин 1 и 2 от самих себя, a gX2 — с. г. р.
площадей шин между собой.
Внося значения (П-54) — (П-56) в уравнение (П-53), находим:
2
L = с - £ In g, + С - £ In gs - 2С + *5 In gll = g In . (П-57)
Таким образом, уравнение (П-57) позволяет вычислить индуктивность еди-
ницы длины однофазных шин, имеющих некоторые сложные сечения.
Если прямая шина 1 (рис. 52) и обратная шина 2 одинаковы, то
имеется равенство:
gi = g*
и формула (П-57) принимает вид
L = §L]n?a = ^ln^. , (П-58)
2я g2 2it gi v '
Формулы (П-57) и (11-58) справедливы при любых формах поперечных
сечений как расщепленных, так и нерасщепленных шин. Рассмотрим неко-
торые частные случаи.
77
Индуктивность сплошных шин прямоугольного сечения
Для сплошных шин прямоугольного сечения, расположенных согласно
рис. 51,6, справедливы формулы (П-40) и (П-41). Подставляя эти значения
в (П-58), можно написать:
L = g [In g18 - IngxJ =^[(у + I)’ ln(d+c + d) +
+ (4 - 1)’ In (d + c - b) — 2 In (6+ c) - 2 (4)2 In (d + c) j. (11-59)
Практически более удобна следующая формула, получаемая путем подста-
новки в (П-58) значения Ingi по (П-40) и величины lng12 по (П-44):
L=&llns,.-lng,| = lj[ln_|_
+ 1,5+f—insj,
(П-60)
где 7 и In 8 — величины, входящие в формулы (П-44) и (П-40) соответ-
ственно.
§13. Индуктивность расщепленных однофазных шин
Рассмотрим некоторую сложную фигуру, состоящую из двух частей
1 и 2 (рис. 53,а). Если площадь первой части 1 равна Si, а второй части
S2, то общая площадь фигуры составляет:
S12 = Sj -|- S2. (П-61)
Обозначим через Г12 двойной интеграл вида
а
Рис. 53. Расположение сложных фигур:
а— двух сложных фигур / и 2 с площадью St и S,; б —
трех сложных фигур /, 2 и 3.
(П-62)
При вычислении двойного ин-
теграла (II-62) обе элементар-
ные площадки dS' и dS дол-
жны быть взяты в пределах
общей площади фигуры S12.
Так как, в данном случае,
фигура состоит из двух час-
тей (П-61), то двойной ин-
теграл (П-62) можно взять в
четыре приема:
1) элементарная площад-
ка dS' берется в пределах
площади Si и элементарная
площадка dS также берется
в пределах площади Si;
2) элементарная площад-
ка dS' берется в преде-
лах площади Si, но эле-
ментарная площадка dS — в пределах площади S2;
3) dS' берется по S2 и dS — по S2;
4) dS' берется по S2, a dS — по Sb
В эти четыре этапа обе элементарные площадки dS’ и dS охватывают
всю площадь Si2.
78
Математическую запись этой задачи можно представить в виде:
f j xdS'dS = J J xdS'dS = f J xdS'dS + f j XdS'dS +
S12 S12 514-52 514-52 5i Si Si S2
+ J f xdS'dS + J J xdS'dS. (11-63)
S2 S2 S2 Si
Обозначим:
= f J xdS'dS; (П-64)
S1S1
F2 = J У xdS'dS; (11-65)
F1x2= J J xdS'dS + f J xdS’dS. (П-66)
Si S2 S2 Si
С учетом (П-62), (П-64), (П-65) и (11-66) равенство (П-63) принимает вид:
^12 ==^14"^12 + ^2 + ^12 = ^1+^24“ 2Ftx2> (П-67)
откуда
/=’ix2 = y(FM-F1-F2). (П-68)
Если сложная фигура состоит из трех частей (рис. 53,6), соответственно
получим:
S123 = Si 4” Sa + S3, . (11-69)
что можно написать в виде:
J §xdS’dS= J У xdS'dS = § {xdS'dS + f J xdS'dS 4-
5123 5123 S14-S24-S3 S14-S24-S3 Si Si S1S2
+ У { XdS’dS 4- J J XdS'dS 4- J f xdS'dS 4- J f xdS'dS 4-
Si S3 S2 Si S2 S2 S2 S3
+ У У XdS’dS 4- У У XdS'dS 4- J У xdS'dS. (11-70)
S3 Si S3 S2 S3 S3
Обозначим:
F123 = У У. xdS'dS;
5123 5123
При этом (П-70) примет вид:
F 123 = Fi + F2 + F3 -|- 2F1X2 + 2F 1x3 + 2Р2хэ • • • (11-71)
, Но, так как
F1X2 = ^2X1» ^1x3 = F 3xli F 2X3 = ^*3X2»
79
то для (П-71) можно написать:
F 123 = ^ 1 + ^2 + Лз 4“ f 1X2 4" F 1X3 4“ F2X1 4- F2X3 4" F3X1 4" В3х2. (П-72)
Если сложная фигура состоит из п частей, то формула (П-72) принимает
вид:
^123... п = Fy 4" F2 4- F3 4" ••• 4-4-Лхг 4-Лхз 4- ••• 4‘Лхл4-
4-^2x1 4-^2хз4- ••• 4-Лхл 4-^*3X1 4-^зх2 4- ••• 4-^зхл (П-73)
или, обозначая
F 12з ... п = Fa,
можно написать:
Fa = X Fk + S S Fkxl (при k =£ i). (11-74)
Jfe»l ^1 i=l
Следует отметить, что сложная фигура, для которой вычисляется величина
Fa = J J xdS'dS, (П-75)
может состоять из п частей, которые изолированы друг от друга, ибо все
приведенные формулы справедливы как для изолированных, так и для ка-
сающихся друг друга частей.
Если рассмотреть две сложные фигуры А и В, одна из которых со-
стоит из п частей, а вторая — из т частей:
Вл — Si + S2 4~ • • • 4- Sn;
Sb = SJ 4" S2 4“ • • • 4" Sm,
(11-76)
(11-77)
то для интеграла вида j j xdS'dS можно получить:
$л $B
J J xdS'dS = J J xdS'dS + J J xdS'dS + J J xdS’dS +
5л SB Si S/ Si S2' Si Sm
+ У J xdS'dS + J У XdS'dS + ... + J f xdS'dS. (11-78)
S2 s; - $2 s; s„ sm
Вводя обозначение
Рис. 54. Расположение трех
прямоугольников 1, 2 и 3.
Fax в — У J х dS dS,
SA SB
получаем:
(П-79)
Приведем конкретный пример применения
полученных формул.
Рассмотрим совокупность трех прямоуголь-
ников /, 2 и 3 (рис. 54) и проверим вывод
формулы (П-41) указанным методом.
- Согласно (П-74) получаем:
Fa = Fi 4" F2 4" F3 4" F 1x2 4* Fix3 4~ F2X1 4-
4- F2x3 4~ F3x1 4- F3X2» (11-80)
где
Fa = F123 = У У x dS dS,
$123 $123
(11-81)
80
причем
S123 = Sj + Sa 4- S3,
где
Sj = be;
S2 = c (d — b);
S3 = be.
(П-82)
Вычисление величин вида Fkxi встречает большие трудности, в то
время как величина вида F* может быть легко определена с помощью
формулы (П-39). Действительно, по (П-39) для прямоугольника
In gk = \ J J х dS'dS = In [k (a + ₽)], (11-83)
где аир — стороны прямоугольника.
Из (П-83) можно получить:
Fk = j J хdS'dS = S*k In gk = (сф)2 In [£ (a + ₽)], (11-84)
SkSk
так как
$k ~ aP*
Чтобы свести величины вида Fkxt. в (П-80), к величинам вида Fk, пере-
пишем (II-80) следующим образом, добавив и вычтя из правой части ве-
личину F2:
Fа — (Fx + F2 + F1Х2 -|- F2xi) + (F2 + F3 + Р 2хз + Р зхг) 4~
4~ Fix3 4~ P3xi — F2. (П-85)
Согласно (П-67) для (П-85) можно записать:
F\ 4" F2 4- F1X2 + F2xi = F12; (П-86)
Fz 4" F3 4- ^2x3 4~ F3x2 — F23, (П-87)
что при подстановке в (П-85) дает:
Fа — F123 = F12 4- F23 4- 2Fiхз F2. (П-88)
Из (П-88) определяем величину Flx3:
F1X3 = "2" (Р123 4- F2 F12 F23). (П-89)
Значения F123, F2, Г12 и F23 находим с помощью (П-84):
1. Величина F123 определяется для фигуры, состоящей из прямоуголь-
ников /, 2 и 3 (рис. 54), что, имея в виду соотношения размеров a = с\
Р = Ь 4- d, даст:
F123 = c2(b + d)2 In [k (a + P)] = c2 (b 4- d)2 In [k (b 4- d 4- c)L (П-90)
2. Для F2, ^имея значения a = с и = d — b, получаем:
F2 = c2(d — b)2 In \k (c + d - b)]. (11-91)
3. Для F12 и F23 имеем a — с и p = d, следовательно:
f12 = F23 = c2d2 In [k (c + d)]. (11-92)
Подставляя (П-90), (П-91) и (П-92) в (П-89), получим:
f1x3=4tc2^+d)2In^<6+d+c)i+c2(d-z’)!!lriffe<c+d“6)]-
— 2c2d2 In [Л (с + d)]} = у [2b2c2 In k + c2 (b + d)2 In (ft + d + c) +
+ c2 (d — b)2 In (c + d - b) — 2c2cP In (c + d)]. (11-93)
81
Поскольку
Лхз — J ) xdS'dS,
$i s3
то опредёление величины В1ХЗ дает возможность определить с. г.р. между
площадями прямоугольников 1 и 3:
- SS И ’“ts'ds = SS <п-94>
S1 S3 .
Для прямоугольников 1 и 3 имеем, согласно рис. 54, что
S1=Sa = bc. (П-95)
Подстановка (П-93) и (П-95) в (II-94) приводит к формуле, тождественной
(П-41):
In gv, = In k + у ^"£4 In (b 4- d + c) +
+1 (^)2 In (C + d - 6) - (-£)’ In (c + d). (11-96)
Формулы для расчета индуктивности расщепленных однофазных шин
На основании общих положений теории рассмотрим формулы расчета
индуктивности расщепленных шин.
Если прямой провод А однофазной линии состоит из двух шин 1 и 2,
а обратный провод В — из двух шин 3 и 4 (рис. 55), то индуктивность
единицы длины линии, согласно
(11-58), определяется формулой
£==!ioin!ds. (П-97)
" &А
Здесь gA — с. г. р. площади попереч-
ного сечения провода А
от самой себя;
gAB — с. г. р. между площадями
проводов Л и В.
В данном случае поперечное се-
чение провода А представляет собой
сложную фигуру, состоящую из двух
(рис. 55).
Рис. 55. Взаимное расположение прямого
А и оборотного В проводов ’расщеплен-
ных шин 1—2 и 3—4 однофазной линии.
прямоугольников 1 и 2
Для вычисления величины gA воспользуемся формулой (П-74).
Для случая расположения шин согласно рис. 55 значение
Ра — Pi 4е ^2 4* Р1X2 4- Р2x1» , (11-98)
где
Л4==3*1П£Л; F1 = S21ng1; B2=S|lng2;
^1X2 — Р2X1 — *$1В2 1П§12.
(П-99)
Здесь Si и S2 — площади прямоугольников 1 и 2;
Вд = Si 4- В3 — площадь поперечного сечения провода Л;
gi и §2—с. г.р. площадей прямоугольников / и 2 от самих себя,
a g12 — между собой.
82
При подстановке соотношений (П-99) в (П-98) получаем, с учетом ра-
венства Sa = Si 4- S2:
(Si + S2)8 In gA = S® in gl + S® In g2 + 2SXS2 In g12. (1Ы00)
Для определения величины gAB воспользуемся соотношением (П-79):
FАхв — Fixs 4~ F1x4 + Fахз 4" F2x4» (П-101)
где значения входящих величин
Faxb= $ $ xdS'dS = SaSb In g^;
SA SB
Fix3 = SiS3 lng13; F1x4 = S1S4 In g14; лт-109^
^2X3 = S2S3 1П F2X4 = S2S4 1П £24 •••
Так как, согласно рис. 55, 5л = 51+52, a 5в = 53 + 54, то подстановка
значений (П-102) в (II-101) дает:
(Si + 52) (53 + 54) In gAB = SiS3 In gi3+ S1S4 In £14+
+ S2S3 In ^23 + «S2S4 lngr24’ (11-103)
Величины gA и gAB могут быть вычислены из формул (II-100) и (II-103).
Но для рассматриваемого случая расположения шин (рис. 55) формулы
(II-100) и (103) существенно упрощаются вследствие следующих причин:
1. Так как шины /, 2, 3 и 4 одинаковы по размерам, то имеются
равенства:
Sx = S2 = S3 = 54 = be. , (П-104)
Кроме того, .
gl = g2 = g* = £4 = k (b + c), (11-105)
где k — коэффициент в формуле (П-39).
2. Поскольку взаимное расположение шин 1 и 3 одинаково со взаим-
ным расположением шин 2 и 4, то справедливо равенство:
£13 = £24- (П-106)
Если учесть соотношение * (II-104), (П-105) и (II-106), то равенство (II-100)
принимает вид:
45! In gA = 2Sf In gr + 25? in g12i
откуда
1П£Л = 4<1П£1 + ,П^)’ (П-107)
а равенство (II-103) —
4Siln Sab = ln £13 4- S® Ingu 4- S? In g^ 4* S® In gw,
откуда
ln Sab = 4[2 ln £1S 4- ln £14 +ln £23!- . (П-108)
Вносим значения lng4 по (П-107) и In gAB по (П-108) в формулу (П-97):
L= (In gAB - 1П£Л) = ^2-(1 Ing13 4- J-lng14 4-
4-4-1п£2з —у lrt £i — 41п£12)- (П-Ю9)
Таким образом, индуктивность L единицы длины однофазной линии, состоя-
щей из расщепленных шин (рис. 55), необходимо вычислять по формуле
83
(II-109). Входящая в (II-109) величина gY определяется формулой (П-39):
g.=k(b+c), (П-39)
а величины g12, g\3, g^ и g23 определяются формулой (П-41), где согласно
рис. 55 d = di2 — при вычислении g12; d = dl3 — при вычислении g13;
d = d14 — при вычислении d14; d = d23 — при вычислении g23.
Кроме того, величины gl2, gw, gw и g23 можно найти с помощью
приближенных формул (П-42), (П-44) или (П-45).
§14. Индуктивность трехфазных шин
В испытательных установках на ударных генераторах, рассчитанных
на большие силы тока порядка сотен килоампер, применяется шинопровод
из медных шин прямоугольного сечения. В каждой шине трехфазной линии
Рис. 56. Расстояния меж-
ду проводами Л, В и С,
необходимые для расчета
индуктивности трехфазных
шин:
а — при несимметричном распо-
ложении проводов; б — при сим-
метричном расположении про-
водов.
индуктируется как э. д. с. самоиндукции, обус-
ловленная переменным током в этом проводе,
так и э. д. с. взаимной индукции, обусловлен-
ная токами в других шинах линии. Если токи
и напряжения изменяются по синусоидальному
закону, то можно воспользоваться символичес-
ким методом и для падения напряжений в фазах
Л, В и С (рис. 56) написать следующие вы-
ражения [1]:
1/л = + /шАл) 1д + 1<ьМав1в + ]'<*>Мдс1с;
Uв = (гв + 1в + 1®Мвс1с + а »
Uc — (гс "Ь + ]®Мса1а + I^Wcb/b.
(II-ПО)
Здесь: гл, гв, гс, Ал, Ьв и Lc — активные со-
противления и индуктивности проводов фаз Л, В
и С; Мдв = Мва> Мдс — Мса и Мвс = Мсв —
взаимные индуктивности фаз.
Индуктивностью одной фазы трехфазной
линии называют [47, 95] величину
£р* = ту-, (П-111)
l^k
где k — номер фазы; U$k — реактивное падение
напряжения в k-й фазе; Ik — ток в ней. *
Индуктивность фазы зависит от соотношения между токами 7л, /в и 7С.
Если токи образуют симметричную систему, то имеют место известные
соотношения. Так, в комплексной форме можно написать:
Но, в связи с тем, что
-7 (|+зо°)
е
1 2 тс ... к
е =cosy -b/sin-g- =],
а
е1’300 = cos 30° + / sin 30° = ^ + / у >
84
то окончательно можно написать:
Кроме того,
./.2.120=е-''2(1+30°)
= а2 =
1_
2 ' 2 ‘
В связи с этим для значения токов можно написать:
1в = о?1а\ 1с = а1А-
(П-112)
(II-113)
(II-114)
Учитывая (П-112) и (П-113), уравнения (П-110) можно переписать сле-
дующим образом:
Uа = iа \fА + > (La 4~ сРМдв + оМас)Г,
Ub = 1в[гв-\- № (Lb + а2Мвс + аМвл)];
Uc — Ic[rc + (Lc 4~c^M.ca яМсв)]«
(II-115)
Если линия несимметрична, т. е. если все взаимные индуктивности
фаз не равны между собой (МАВ ¥= МАС ¥= МВс), то в трехфазной линии
при прохождении по ней переменного тока имеются своеобразные энерге-
тические процессы [71]. Из одной фазы в vдругую совершается перенос
энергии путем электромагнитной индукции. Как известно, для искусствен-
ного устранения несимметрии в трехфазных линиях, имеющих несиммет-
ричное расположение проводов, применяют транспозицию проводов.
Рассмотрим вопрос об индуктивности симметричной и несимметричной
линии.
Несимметричная линия
Практически чаще всего встречается несимметричное расположение
фазных проводов (рис. 56, а). Для этого случая уравнения (II-115), при
учете значений а и а2 по (П-112) и (П-113), принимают вид:
Uа = 1а ^а — у МАВ — j МАВ —МАС + j МдС^ =
= (ГА + МАВ — ю МдС^ 1А + д ^La-----------Л4дв — у Мдс) ;
и В = 1в + /.© [lb-Мвс — j Мвс-------МвА + / МВА j =
— (гв + ° Л4Вс — (о МВд) /в + /со/в ^Lb —2~ ^вс — ^ва^ »
и с = 1с + /со [be — -^-Мса —/ О Л1сд —х-Мсв + j ^Мсв)] =
= (rc + ° Мед — © Мсв) Ic 4~ fofc ^Lc —q-Л^са —q-Л^св) •
Из этих выражений следует, что реактивные падения напряжений в фазах:
t/рд = a(la —^Л^ав — -^Мас/ ’»
• • 1 1 \
ОрВ = j®!b[Lb — -^Мвс — ; *
йрС = /®Zc [j-C —Y^CA----7,-Мсв) • J
(II-116)
85
Следовательно, согласно (II-111), индуктивности фаз определяются выра-
жениями:
£рЛ = М^ = £л — — ~МАС; (П-117)
Lpb = ^ = Lb--^Mbc— -^Мва- ' (II-118)
£рс==ту- = Lc--^Mca—^Mcb. (П-119)
Используя формулы (П-29) и (П-30) для определения величины L и М,
выражения (11-117) — (П-119) можно преобразовать следующим образом:
LpA^C-^lngA-^C + -L.^\ngAB-^C+^.^lngAC =
=^(4in^+4ln^c-,n^)> (и-120)
L₽B = C-glngB-yC + 4- &ngBC-^C + ±- ^lngBA =
= ^(4-lngBc +у1п^вл —Ings); (11-121)
LPc = C-^lngc-4c + ±.bin^_|c + ±.^lngCB =
= g (|ln&CA + TlnScb - Inge) - (IM22)
Из (11-120) — (П-122) следуют выражения:
lpA = gln ^g^g>lc; (П-123)
£₽B = § ln^|^; (11-124)
LpC = In . (II-125)
л Sc
Таким образом, индуктивности единицы длины фаз несимметричной линии
могут быть рассчитаны по формулам (II-123) и (II-125). Эти формулы
справедливы как для сплошных шин, так и для расщепленных шин в фазе.
При сплошных шинах величины gA, gAB, gAC и т. д. можно определить
по формулам (П-39) и (П-41) или (П-44). При расщепленных шинах вели-
чины gA, gAB, gAC и т. д. необходимо находить с помощью формул (II-100)
и (II-103) или, если шины имеют одинаковые размеры, с помощью формул
(II-107) и (II-108).
Симметричная линия
Если применена транспозиция проводов, то можно считать, что взаим-
ная индуктивность для всех трех фаз одинакова и равна среднему значению:
М = ±(Мав + МАс + Мвс). (П-126)
О
86
Если провода расположены симметрично (рис. 56,6), то взаимная индук-
тивность для всех трех фаз также одинакова:
М = МАВ = МАС = Мвс, (П-127)
если сечения проводов одинаковы. При этом также справедливы равенства:
La=Lb = Lc=-L. (II-128)
Следовательно, для симметричной линии выражения (II-117) и (II-119)
сводятся к следующим уравнениям:
Lpx = LpB = £рС = Lp = L - M, (II-129)
или, с учетом уравнений (П-29) и (П-30):
Lp = С - g !п gA - с + g,n gAB = g (jn gAB _ ln gA}> (П-130)
то есть
= (П-131)
Формула (П-131) также справедлива при любых формах поперечных
сечений как расщепленных, так и нерасщепленных шин, но при условии
симметричного расположения проводов, т. е. при условии выполнения ра- -
венств (И-127) и (II-128).
При транспозиции проводов необходимо исходить из равенства (II-126),
что при подстановке (П-30) дает:
= т 3 ’ 2л 1п^с "3 ' =
= (П-132)
Подстановка (П-132) и (П-29) в (П-129) дает:
Lp = § !п . (II-133)
Таким образом, индуктивность единицы длины одной фазы транспониро-
ванных линий может быть вычислена с помощью формулы (II-133).
§15. Расчет индуктивности шинопровода
лаборатории мощности отключения на базе
ударного генератора ТИ-100-2
Шинопровод (или шинный мост) рассчитывается из условий двух по-
следовательных коротких замыканий с действующим значением симметрич-
ной составляющей тока короткого замыканиями 120 ка эф. с интервалом
между короткими замыканиями 0,3 сек, с продолжительностью каждого из
коротких замыканий около 0,15 сек, при амплитуде ударного тока 330 ка.
По аналогии с шинопроводами ударных генераторов в действующих
лабораториях мощности отключения (фирма «Эрликон» — Швейцария, Чехо-
словацкая лаборатория и др.) плотность тока короткого замыкания в медных
полосах шинопровода принята 60 а/мм2. Отсюда необходимое сечение шин
составляет 120000:60 = 2000 лии8, что можно осуществить, взяв две по-
лосы сечением 100 X 10 каждая.
87
На рис. 57 показана схема шинопровода лаборатории мощности отклю-
чения на базе ударного генератора ТИ-100-2. В коридор распределитель-
ного устройства 10 кв выведены указанные выводы обмоток статора, для
осуществления при помощи перемычек соединений в звезду или треуголь-
ник (рис. 58, а и б). Длина этого участка показана в табл. 11, где
даны длины и наименование остальных участков шинопровода. Две верх-
РВВМ-Ю

Рис. 57. Схема шинопровода лаборатории мощности отключения на базе ударного гене-
ратора ТИ-100-2:
РВВМ-10 •— вентильный разрядник для защиты обмоток генератора от коммутационных перенапряжений;
ВВЗ-12 — защитный воздушный выключатель; ВА-12 — включающий аппарат; lt — 16 —длины участков
шинопровода от генератора до шинного коридора; L — реакторы.
• Таблица 11
%_______1L —-Э_______& HL4IU- Длины отдельных участков шинопровода
сг am *
Наименование участка
Длина
участка,
м
Рис. 58. Выводы обмоток статора
Шинопровод ударного генератора, Zr
Отпайка к защитному выключателю
ВВЗ-12, /2.....................
Участок шин от ВВЗ-12 до выключа-
теля ВА-12, /3....................
Участок шин от ВА-12 до сборных
шин, Z4...........................
Сборные шины — шины испытатель-
ной камеры, Z5:
до ближней испытательной каме-
Ры> Ч :..............; • •
до дальней испытательной каме-
ры, I”........................
Шины испытательной камеры, ZG . .
22
3
3
4,5
8
38
13
ударного генератора на переключаю-
щее устройство для соединения: НИХ ветви ШИНОПрОВОДЗ, учЗСТОК Z4, необХО-
а — в звезду; б — в треугольник. ДИМЫ В СЛуЧЗе рзбоТЫ ГенерЗТОрЗ ЧСрСЗ ТО-
коогрзничивзющий резктор L типз РОСВ-
7500-200, установленный нз втором этзже рзспределительного устройствз,
(см. рис. 139). От сборных шин, учзсток /5, идут короткие присоединения
в испытательные кзмеры к испытуемому выключзтелю. Тзким обрззом, весь
шинопровод рззбит нз шесть учзстков, от удзрного генерзторэ до испыта-
тельных кзмер, что покзззно в тзбл. 11.
88
Пример расчета шинопровода ударного генератора ТИ-100-2
Рассчитаем по участкам величины индуктивности шинопровода.
Шинопровод ударного генератора. Расположение шин ударного генератора пока-
зано на рис. 59, а, Длина этого участка шин 4 — 22 м. Значение размеров, согласно
рис. 59, а: b = 100 мм; с = 20 мм; d12 = d23 = 500 мм; J13 = 1000 мм.
Индуктивности однофазных шин определяем по формуле (II-60):
ti2 = L.a = [In g12 - In gj = [in ~ + f - In s] =
- тагга+4 + ,-“-003> '““I"
4- 1,497) =
гн!м.
tz
Значение погонной индуктивности шин
=4к я10~7 [ ь S + I - 0 - °>003] =
п |_ 1ZU 2 J
= 1,45 - Ю~• гн/м..
Уравнения (П-115) для значений индук-
тивности фаз дают:
Lpx = Lx 4- а2А412 -ф- aAf13; j
Ар2 = £2 4-а2М23 + аЛ421; 1 (П-134)
Lp3 = L3 4- о2Л431 4~ оЛ432. J
Подставляя вместо о и о2 их значения
из выражений (II-112) и (II-ИЗ), можно
написать:^
Рис. 59. Расположение шин ударного ге-
нератора ТИ-100-2:
а — на участке шинопровода б — на участке
от защитного выключателя ВВЗ-12 до вклю-
чающего аппарата ВА-12; в — однофазные шины.
ipi = L1 - у (м 12 + Alls) - / (Л112 - ЛМ; ’ Ьр2 = £2—(^23 + Л121) — / ~7Г~ (‘^23 — М21); > (П-135) & £. £-Рз = £-з —у (М31 Л432) — /^у (Л1з1
Определим шин взаимные индуктивности однофазных шин (рис. 59, в). Для однофазных
При £12 = L1 + L2 —2Л112. (11-136) £, = L2 = L3 = L (П-137)
значение £12 = 2£— 2М12, (П-138)
откуда для М12 и по аналогии для остальных, получаем: ^12 = £- ~ у Мг» Л113 = £.-у£м; (II-139) Mai = 7* —g- Дзх,
где L12, L23 и £31 — индуктивности однофазных шин, с учетом собственной индуктивно-
сти однофазных шин и их взаимной индуктивности, составленных соответственно из
проводов 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1.
89
_ Подставляя в (II-135) вместо взаимных индуктивндстей их значение по (II-139),
после приведения можно написать:
£pi = (L12 + ^31) + 7 (Мг — ^31)*»
^Р2 = (^23 + ^21) + 7 (^23------Z,12)j
^РЗ — "4" (1з1 + ^2з) + 7 (£31--------^23),
(II-140)
где индуктивности однофазных шин вычисляются по формуле (П-60).
Погонная индуктивность фаз участка шинопровода /х согласно (II-140)
1-Р1 = у (ЬИ + Z-31) + 7^ (1-1, - bsi) = 4-U>17 • 10-‘ +1.45- 10—) +
+ j VI (1,17 • 10-• — 1,45 Ю-«) = 0,655 • 10— — / • 0,121 • 10“• =
= 0,666 • 10”6 гн!м.
1-Р2 = 4- (1-23 + 1-21) + 7^ (1-23 -I-12) = т(1.17 • 10—* + 1,17 • 10-°) +
Уз
+ 7 (1,17 • 10-° — 1,17 • 10-°) = 0,585 10-° гн/м.
Ьрз = 4 (1-3! + 1-32) + 7^ (1-31 -1-32) = (1.45 • 10— + 1,17 • 10—Г+
+ 7^(1,45- 10-° —1,17- 10—) = 0,655 • 10—+7-0,121 • 10— =
= 0,666 • 10”в гн/м.
Среднее значение индуктивности
£р = у (1-Р1 + 1-Р2 + 1-рз) = у С0’666 + °'585 + О’660) 10~‘ =
= 0,639 • 10”в гн/м.
Умножив значение погонной индуктивности на длину участка шинопровода, полу-
чим значение индуктивностей фаз этого участка:
Lpi = £рз = 0,666 • 10”в • 22 = 14,7 • 10”в г«;
LP2 = 0,585 • 10”в • 22 = 12,9 • 10”в гн.
Среднее значение индуктивности участка
Lp = 0,639 • 10”6 • 22 = 14,1 • 10“в гн.
Индуктивность участка Z2 шинопровода. Участок/2 (табл. 11) представляет отпайку .
к выключателю ВВЗ-12. Длина участка /2 = 3 м. Размер шин и расстояние между ними:
b = 100 мм\ с = 20 мм; d12 = 1300 мм и d13 = 2600 мм.
Погонная индуктивность однофазных шин по (II-60)
1-12 = 1-23 = ^6" Л^ + 4+/-1П8) =
л \ О -J-С Z /
5+=-’(|”гаТ2о+4-ад-°-мз) = 1-55'
- (’" nSo + 4 - ода) - 1.«3 . 10- №.
Найдем индуктивность фаз согласно (II-140):
1 ]Лз
Lpi = Lp3 = (Lla + L31) + j —(L12 — L81) =
= -1 (1,55 • 10-« + 1,83 • 10-•) + (1,55 _ 1,83) 10-» = 0,853 • 10~® гн/м.
Ln = ;J-(L28 + - ^21) = -J-d.55 + 1,55) 10-" +
1/3
+ / (1,55 — 1,55) 10-e = 0,775 • 10“« гн/м.
Среднее значение индуктивности:
Lp = 4- (£pi + Lp2 + Дрз) = 4- (0,853 • 2 + 0,775) 10~» = 0,828 10~в гн/м.
О о
Индуктивности фаз участка Z2 == 3 м
£pi = £р3 = 0,853 • IO"6 • 3 = 2,56 • 10""в гя;
LP2 = 0,775 • 10-в • 3 = 2,32 • 10“« гн.
Среднее значение индуктивности участка
Lp = 0,828 • 10“6 • 3 = 2,49 • 10-6 гн.
Индуктивность участка /8 шинопровода. На участке шин от защитного выключа-
теля ВВЗ-12 до включающего аппарата ВА-12 (короткозамыкателя) длиной 13 = 3 м
применены расщепленные шины, взаимное расположение которых представлено на рис. 59, б.
Здесь каждая фаза расщеплена на два провода.
Необходимые для расчета размеры: I = 3 мм; b = 1 см; с = 10 см; а' = 300 мм;
d12 = 31 см; d13 = 130 см; d14 = 161 см; d23 = 99 см; du = 260 см; du = 291 см;
d26 = 229 см.
Для расположения расщепленных шин согласно рис. 59, б при вычислении с. г. р.
этих площадей от самих себя и друг от друга необходимо учесть, что Sj = S2 = S8 = S4, a
также g1 = g2 = g3 = g4. Учитывая (II-106), согласно формулам (II-107) и (II-108), или
по приближенной формуле (П-39), для lngx можно написать:
In^ = In (b + с) — 1,5 + In Ь = In (1 + 10) — 1,5 + 0,002 = 0,90.
Значения с. г. р.:
In g12 = In d12 + f = In 31 4- 0,007 = 4,44;
In g13 = In d13 + f = In 130 + 0,001 = 4,87;
In g14 = In d14 + f = In 161 + 0,001 = 5,08;
In £23 — In d23 + f = In 99 + 0,001 = 4,60.
Далее, в соответствии с формулой (II-107) получаем:
in gA=4 <in л+in ft«>=4 (°-9+w=2>ет-
По формуле (II-108) для с. г. р. находим:
1П еАВ = 4 <ln ft* + 2 ,п 813 + In g23) = 4 (5>08 + 2 • 4,87 + 4,60) = 4,85.
Индуктивность единицы длины однофазных шин согласно (П-97)
Li п = Ln /// = тln ^7 = (4,85 — 2,67) = 0,87 10“в е«/ж.
Теперь необходимо определить значение Lj щ, для чего надо вычислить следую-
щие с. г. р.:
In g15 = In d15 + f = In 260 + 0,0 = 5,56;
In gle = In dle + f = In 291 + 0,0 = 5,67;
In £25 — In d23 + f = In 229 = 5,43.
k / 91
Тогда, согласно (II-107) получим:
In gA = 4 On gi + In g12) = у (0,9 + 4,44) = 2,67.
По формуле (II-108) найдем значение
In Вас = (!п Я16 + 2 1П gl6 + In g25) = A. (5,67 4- 2 . 5,56 + 5,43) = 5,56.
Затем согласно (П-97) находим:
L, in = *7In = — J°~* (5,56 — 2,67) = 1,16- 10-* гн/м.
Для погонной индуктивности фаз находим:
1 ./3
£pi = £р3 = -j- (Lj п + LUI j) + j -j- (L7 u — Lj IU) =
= (0,87 + 1,16) 10-* + /^(0,87 — 1,16) 10-* =
= 0,507 • 10“* — j 0,126 • 10-* = 0,524 • 10~e гн/м;
1 . ]Лз
lP2 = (Ln ill + Ln i) + / — (Ln in ~ Li n) =
= (0,87 + 0,87) 10“6 + (0,87 — 0,87) 10“6 = 0,435 • Ю“б гн/м.
Среднее значение погонной индуктивности
Ip = у (Ip! + IP2 + £Рз) = у (2 • 0,524 • 10“« + 0,435 • 10“«) =
= 0,495 • 10“® гн{м.
Зная погонные индуктивности фаз и длину участка /3 = 3 м (с расщепленными шинами),
находим значения индуктивностей фаз третьего участка:
£Р1 = £рз = 0,524 • 10“6 • 3 = 1,57 • 10“в гн;
LP2 = 0,435 - 10-6 • 3 = 1,31 • 10“® гн.
Среднее значение индуктивности расщепленных шин
Lp= 0,495 • 10“6 • 3 = 1,48 • 10“® гн.
Индуктивность участка Z4 шинопровода. Участок /4 = 4,5 м начинается от вклю-
чающего аппарата ВА-12 и заканчивается у сборных шин (рис. 57). На этом участке
геометрические размеры и расположение шин такое же, как и на первом участке (рис. 59, а).
Поэтому погонные индуктивности будут одинаковыми:
£Р1 = £рз = 0,666 • 10“® гн/м;
£р2 == 0,585 • 10“® гн/м;
Lp = 0,639 • 10“® гн/м.
Значения индуктивностей фаз четвертого участка, при /4 = 4,5 -и,
£Р1 = £Рз = 0,666 • 10“® • 4,5 = 3,0 • 10“6 гн;
£р2 = 0,585 • 10“6 • 4,5 = 2,63 • 10-6 гн.
Среднее значение индуктивности фаз четвертого участка
£р = 0,639 • 10-6 - 4,5 = 2,88 • 10“® гн.
Индуктивность участка Z5 шинопровода. Расположение и размеры шин этого
участка такие же, как и для первого участка. Длина участка от сборных шин до шин
ближайшей испытательной камеры /5 = 8 м. Следовательно, для значений индуктивности
фаз пятого участка получим:
£Р1 = £рз = 0,666 • 10“® • 8 = 5,32 • 10“® гн;
Lp2 = 0,585 • 10“® - 8 = 4,68 • 10-® гн
и среднее значение
£р = 0,639 • 10“® • 8 = 5,11 • 10“® гн.
Длина шин от сборных шин до самой дальней испытательной камеры составляет Z4 = 38 м.
92
В этом случае
£Р1 = £Рз = 0,666 • 10“6 • 38 = 25,3 • 10—6 гн;
£р2 = 0,585 • 10“6 • 38 = 22.2 • 1Q-6 гн
и среднее значение
£р = 0,639 • 10-6 • 38 = 24,3 • 10“6 гн.
Индуктивность участка Ze шинопровода. Геометрические параметры участка /в шин
испытательной камеры (рис. 57) составляют: /в = 13 м; Ь= 100 мм; с = 20 мм; d12 =
= d23 = 400 мм; d13 = 800 мм.
Индуктивность единицы длины однофазных шин (II-60)
£12=£гз = ^[1п^ + 4+/-1пВ] =
= ['" ЖТ20 + 4 - °’005 - О’°°3] = ’’°4 ' 10-6 гн/м’
£«=ФА+4+/-,пв]=
= --4°~7[1п юпТ О» + 4 ~ 0-003 ~ °-0031 = 1>36 ’ 10-8 гН/М-
л L luu -j- zu z j
Находим индуктивность фаз (II-140):
1 ./3
£pj = £р3 = — (£12 + £1з) + j (L12 — L3i) =
= 4 (1.04 • 10-« + 1.36 • 10-«) + (1,04 — 1,36) 10“« =
= 0,6 - 10“® — j 0,139 • 10-® = 0,615 • 10~® гн/м;
£рг = (£гз 4" £21) 4“ /(£гз £21)=
= 4 (1,04 + 1,04) 10-® = 0,52 • 10-® гн/м.
Среднее значение индуктивности
£р = 4- (£Р1 + £Р2 + £Рз) = 4 (0,615 • 2 + 0,52) = 0,583 • 10“® гн/л.
0 О
Зная погонные индуктивности и длину участка шин, находим значения индуктивности
фаз шестого участка шин:
£Р1 = £рз = 0,615 • 10—6 • 13 = 8 • 10“6 гн;
Lp2 = 0,52 • 10—6 • 13 = 6,75 • 10“6 гн.
Среднее значение индуктивности фаз
£р = 0,586 • 10—6 • 13 = 7,85 • 10“в гн.
Полученные в результате расчета данные сводим в табл. 12.
\ Таблица 12
Значение индуктивностей и индуктивных сопротивлений участков
шинопровода ударного генератора ТИ-100-2
№ п/п Длина участка, JW Индуктивности фаз Средняя индуктив- ность Lp, гн Индуктивное сопротивление х, ом
LP1 “ LP3’ гн Lpj, гн
1 22 14,7 10—в 12,9 • 10—в 14,1 • 10-® 4,427 10-*
2 3 2,56 • 10“® 2,32 10-« 2,49 10-® 0,781 10-»
3 3 1,57 • 10-® 1,31 io-® 1,48 • 10-® 0,465 10-»
4 4,5 3,0 • io-® 2,63 10-® 2,88 • 10-® 0,905 IO”3
5 8 5,32 • 10-® * 4,68 10-® * 5,11 - 10-®* 1,6 • 10-»
6 13 8 10-« 6,75 10—® 7,58 • 10-» 2,38 IO-8
Примечание. Звездочкой обозначено расстояние до ближайшей испытательной
камеры.
93
Переходя к индуктивным сопротивлениям участков линии, для первого участка
получим:
хх = ©Lp = 314 - 14,1 • 10~® = 4,427 • 10“3 ом\
для второго участка шин
х2 = ш£р = 314 • 2,49 • 10“® = 0,781 • 10“3 оД
а для остальных участков данные сведены в табл. 12.
Суммарная индуктивность шин от ударного генератора до ближней испытательной
камеры
= 33,64 • IO-6 гн,
а до наиболее удаленной испытательной камеры
LpE = 52,83 • 10“® гн.
Суммарная индуктивность шин до защитного выключателя
LpS = 16,59 • 10-® гн.
Суммарное индуктивное сопротивление шин до ближней испытательной камеры
xj = (dLe = 314 33,64 • 10-® = 0,0105 ом.
Индуктивное сопротивление шин до защитного выключателя ВВЗ-12, включающее
первый и второй участки,
х1+2 = 4,427 • 10—8 + 0,781 - 10^3 = 5,21 - 10~3 ом.
Требование к величине реактивного сопротивления шинопровода
лаборатории мощности отключения
Распределительное устройство 10 кв лаборатории мощности отключе-
ния предназначено для передачи испытательной мощности короткого замы-
кания от ударных- генераторов в испытательные камеры, если испытания
производятся на генераторном напряжении, а также к ударным повышаю-
щим и понижающим трансформаторам.
Распределительное устройство 10 кв проектируется из условия полу-
чения гарантированной мощности короткого замыкания ударных генераторов
в испытательных камерах и на вводах 10 кв ударных трансформаторов,
т. е. за внешним реактивным сопротивлением шин 10 кв от выводов удар-
ных генераторов до вводов испытательных камер или ударных трансформа-
торов. Завод-изготовитель «Электросила» гарантирует ударную мощность
генератора ТИ-100-2, равную 2500 тыс. ква, за внешним реактивным сопро-
тивлением 1%, от генератора до исследуемого объекта. В связи с этим
при компоновке лаборатории мощности отключения и расчете шинопровода
необходимо обеспечить возможность выполнения наиболее короткого шино-
провода от генератора до испытуемого выключателя.
Для ударного генератора ТИ-100-2, например, при номинальном напряжении
10 кв значение х — внешнего реактивного сопротивления от генератора до испытуемого
объекта
_ 1-10»
~ 100Р “ 100 • 100 “ ’ 0М'
где х% — реактивное сопротивление, отнесенное к 100 Мва;
Р — мощность ударного генератора, Мва.
Минимальное внешнее реактивное сопротивление шин до защитного виключателя
ВВЗ-12 (рис. 57) должно, быть равно 0,5%. Этот участок шин служит нагрузкой в слу-
чае короткого замыкания перед защитным выключателем.
94
Реактивное сопротивление этого участка в этом случае
_ _ 0,5 • 10» ю—з
мнн 100Р "" 100 -100 ° 10 Ом'
По данным табл. 12 сравним результаты вычислении с перечисленными требова-
ниями, которые предъявляются к шинопроводу.
1. Минимальное внешнее реактивное сопротивление шин от ударного генератора
до защитного выключателя (участки 1Х + /2) требуется хмин — 5 - 10~8 ом, а по расчету
получилось Хр,= 5»21 • 10“3 ом. Погрешность составляет
__ ХУ Хмйн
5,21 • 10—3 — 5 - 10“8
5,21 • IO—3
= 4,03%,
что следует считать допустимым.
2. Полное внешнее реактивное сопротивление шин от генератора до испытуемого
объекта (в ближней испытательной камере) требуется по условию: х0 = 0,01 ом, а по
расчету х2 = 0,0105 ом. Погрешность при этом
х *р-*о 0,0105 — 0,01 . _0/
* = ---=------гГпТг^---= 4»7%
0,0105
что также можно считать приемлемым.
3. Если же при расчетах окажется, что внешнее реактивное сопротивление испы-
тательной цепи значительно превышает требуемое (определяемое из условий получения
в испытательной цепи гарантированной мощности короткого замыкания), то в этом слу-
чае надо путем изменения, расстояний между фазами шин пересчитать величины внешних
реактивных сопротивлений участков шин, добиваясь выполнения указанных выше
условий.
§ 16. Механический расчет шинной конструкции
Расстояния между фазами шинопровода выбраны следующими: а) между
шинами от вывода ударного генератора до защитного выключателя —
500 мм — из условий минимальной индуктивности шинопровода на этом
участке; б) на участке шин от защитного выключателя до включающего
аппарата — 1300 мм — по конструктивным соображениям, так же как
и 800 мм между фазами в реакторном зале; в) между фазами сборных
шин — 500 мм и в испытательных камерах — 400 мм — из условий мини-
мальной индуктивности шин, рассмотренных ранее.
При расчетах исходим из допущения, что шина1 каждой фазы является
многопролетной балкой, свободно лежащей на жестких опорах, с равномерно
распределенной нагрузкой. В.этом случае изгибающий момент
М = ^кГ, (П-141)
где I — расстояние между изоляторами, или клицами, вдоль шины, см;
f — сила, приходящаяся на единицу длины шины, кПсм.
В наиболее тяжелых условиях находится средняя фаза. Усилие, при-
ходящееся на единицу длины средней фазы при трехфазовом коротком
замыкании, принимается за расчетное:
л
f = 1J7.2а 10—2 кПсм, (11-142)
где /Уд — величина ударного тока короткого замыкания, ка;
а—расстояние между осями смежных фаз, см.
95
Напряжение в материале
М Н2
° (П-143)
где W — момент сопротивления шин, зависящий от формы шин, их разме-
ров и взаимного расположения, см3.
Максимально допустимое расстояние между изоляторами (или клицами)
вдоль фазы находим из уравнения (П-143), подставляя значение (П-142):
/макс = VУадЦ/.а, (П-144)
где Од — допускаемое напряжение для данного материала.
Произведем расчет механической прочности шин по участкам.
1. Участок шин в испытательной камере. Расположение шин показано на рис. 59, а.
Расстояние между фазами а = 400 см; с = 2 см; b = 10 см; ад = 1300 кг!см2; /уд =
= 350 ка. Расстояние между клицами согласно (II-144) будет
'макс = /^ = S/1300-33,4.40 = 90 см,
уд
где момент сопротивления
W = = ^6^ = 33,4 см3. (П-145)
Таким образом, расстояние между клицами по условиям механической прочности
можно принять 90 см. Однако из конструктивных соображений принимаем 55 см.
2. Участки с расстоянием между фазами а = 50 см; b = 10 см; с = 2 см; W =
= 33,4 см3. Расстояние между клицами согласно (II-144)
'макс = у1300 . зз 4.50 = 100 см.
'уд 350
Однако из конструктивных соображений принимается 45 см, 50 см и 75 см по длине
указанных участков.
3. Расчет механической прочности участка шин от защитного выключателя ВВЗ-12
до включающего аппарата ВА-12, с расщепленными фазами (рис. 59, б и рис. 57). Зна-
чения расстояний: а = 130 см; b= 1 см; с = 10 см; а* = 30 см — расстояние между
полосами одной фазы.
При расчете многополосных шин расчетное напряжение в материале арасч состоит
из напряжений взаимодействия фаз Оф и взаимодействия полос рассматриваемой фазы ап>
Таким образом,
°расч = °ф + °п- (П-146)
Напряжение взаимодействия фаз Оф вычисляется по формуле (II-143). Усилие f$, прихо-
дящееся на единицу длины шин от взаимодействия фаз (рис. 59, б), при значении а' =
= 130 см согласно (II-142)
f = 1,77 ю~2 = 1,77 10“2 = 16,7 кГ/см.
Ф а 130
Момент сопротивления при таком расположении шин
1,44 б2с = 1,44 • I2 • 10= 14,4 cjw3.
Напряжение в материале, возникающее при взаимодействии фаз, в момент протекания
по ним ударного тока короткого замыкания, с расстоянием между изоляторами I = 65 см,
будет
/ф'2 16,7 - 652 г. а
°Ф ~ ЮЦ7 “ К) • 14,4 490 КГ,СМ '
96
Усилие на единицу длины шины, возникающее при взаимодействии полос расщепленной
шины, согласно (11-142)
/п = 2,04Лф (0’У-. Ю-а = 1 • 2,04 <°’.5 _350)2 10-2 = 2о,8 кГ/см,
где кф — коэффициент формы;
а' — расстояние между полосами шины.
Момент сопротивления полосы по (II-145)
- ^2 _ 12 10 _ 1 3
6 6 — Ь67 см .
При расстоянии /п = 25 см напряжение в материале от взаимодействия полос
г /2
„ _ Мп 20,8 252 ,
п 12В7П “12 1,67 “ 650 КГ/СМ ’
Для расчетного напряжения в материале (II-146) получим
0Расч = сф -> °п = 490 + 650 = 1140 «Г/см*.
Это значение меньше допустимого (1300 кГ/см2), что позволяет сделать заключение,
что принятая длина пролета отвечает требованиям механической прочности.
Выбор сечения клиц
Шины трех фаз, идущие от ударного генератора к испытательным
камерам, закрепляются в клицы, которые через определенный интервал
крепятся на изоляторах типа ОД-10 (рис. 60, а). В испытательных камерах
Рис. 60. Закрепление шины 1
в клипах и крепление клиц 2
к изоляторам типа ОД-10; б —
крепление клиц.
клицы выполняются из СТЭФ (стеклотекстолит
эпоксидофенольный), в других случаях из
древесного слоистого пластика типа ДСП-Б-Э.
Выбираем для клиц материал СТЭФ.
Сечение клиц выбираем для наиболее тяжелого
режима испытаний, приняв значение i = 350 ка.
В испытательной камере: а = 40 см — расстоя-
сечение
ние между фазами шинопровода; I = 55 см — рас-
стояние между изоляторами (клипами) вдоль фазы
шинопровода.
Усилие, приходящееся на клицу,
F = 1 77 . _£ 1Л . ю-a = 1 77 . 33 3502 . ю-« = 2980 кГ.
а УД 40
Принимаем сечение клицы в ослабленном участке ее (рис. 61)
S = 2 (7 • 2) = 28 см2.
Коэффициент 2 принимается в связи с тем, что имеется две клицы.
4 9-173
97
Пределом прочности для СТЭФ принимаем значение:
ап п = 2600 кГ/см?.
Сечение клицы
(II -147)
где k — коэффициент запаса прочности, принимаемый равным 2.
Из (П-147) находим значение &
, п
k=—
28 • 2600
2980
24 >2.
Меньшее сечение клиц принимать нецелесообразно, исходя из конструктивных сообра-
жений. Детали крепления клицы типа КИГ-3/500 показаны на рис. 60, б, а размеры
этой клицы показаны на рис. 62.
Рис. 62. Конструкция клицы типа КИГ-3/500.
Расчет прочности клиц на скалывание
Плоскость скалывания клицы обозначена на рис. 61 как опасное
сечение. При расчете клицы на скалывание не учитывается прочность болта
на срез, что идет в запас прочности. Прочность клиц на скалывание, при
выполнении их из дельта-древесины (ДСП-Б-Э),
а®п. = 140--150 кГ!см\
Сечение клицы в опасном месте, работающем на скалывание (рис. 61),
с l/a nd2\ п 3,14 - 1,5а\ 1СЛ 2
S=k\hm------j-1 = 2111 -7----——— = 150 cjh2.
\ 4 / \ 4 /
Максимальное усилие, выдерживаемое клицей:
= [150(1404- 150)] = (21 -Г- 22,5) Т.
что значительно больше расчетного усилия. Таким образом, клицы имеют достаточную
прочность на скалывание.
Расчет механической прочности опорных изоляторов
1. В местах шинопровода, где не применяются клицы, можно поста-
вить два изолятора на фазу, как это показано на рис. 63, а. Расстояние
между фазами, в реакторном зале, а = 80 см. Изолятор типа ОМД-Ю [82]
имеет гарантированную механическую прочность на изгиб Гразр = 2000 кГ.
Допускаемое усилие на опорный изолятор принимаем
Fцоп — 0,6F разр>
Максимальное усилие, приходящееся на среднюю фазу,
F= 1,77-^/. 10~2кГ,
а
98
откуда для максимального расстояния между изоляторами получаем:
_F,ona-10a
*макс — ___а
(П-148)
1.774д
При двух изоляторах, согласно рис. 63, а, для значения F в (II-148) получим:
F - - 2 • -2 •t6'--т—ь -
Я + С + у

Подставляя значение F в (II-148) из последнего,
для расстояния между изоляторами, находим:
_ Fa • 10а _ 2000 • 80 • 10а _
^макс . ««.2 1 77 . QRH2 '
1,77 • 3502
В реакторном зале вместо расчетного принима-
ется несколько большее значение для пролета
между изоляторами — 80 см, так как при вклю-
чении токоограничивающего реактора ударный .
ток будет меньше своего предельного значения.
2. На отпайке к защитному выключателю
шины расположены плашмя (рис. 63, а). Рас-
стояние между фазами а = 130 см. Согласно
(II-148) для расстояния между опорными изо-
ляторами получим:
_ Fa • 102 _ 2000 • 130 • Юа __
*макс j 77 .а “ 1 77.35Q2 — 120
’ УД
Однако по конструктивным соображениям при-
нимаем 70 см.
3. На участке между защитным выклю-
чателем и включающим аппаратом шины уста-
новлены на ребро, как показано на рис. 63, б.
а = 130 см;
см.
1,77 • 350а
Рис. 63. Крепление шин на изоляторах
типа ОМД-Ю:
а — крепление шин, лежащих плашмя; б —
крепление шин на ребро.
Расстояние между фазами
а' = 30 см; Н = 13,4 см; Н' = 20
Величина допустимого усилия
доп 2 ’ О’б^разр д»
2 » 0,6 • 2000 - 134
200
1560 кГ,
Н
а расстояние между изоляторами (II-148)
_ 10» _ 1560 • 130 • 10» _
‘макс- 177.а ~ 1,77 - 350» ~
’ уд
Исходя из конструктивных соображений, принимаем значение 70 см.
Вопросы расчета термической устойчивости шинопровода даны в гл. VIIL
Глава III Апериодическая составляющая
тока короткого замыкания
и обеспечение необходимой величины ее
при испытании выключающих аппаратов
§17. Аналитическое выражение апериодической составляющей
тока короткого замыкания
Для расчета величины апериодической составляющей тока короткого
замыкания необходимо найти ее аналитическое выражение. Рассмотрим слу-
чай внезапного короткого замыкания в трехфазной электрической цепи.
При этом предполагается, что исследуемая цепь подключена к источ-
нику неограниченной мощности. Это позволяет считать, что подведенное
к ней синусоидальное напряжение остается неизменным по амплитуде,
а все фазы цепи симметричны
[90]. При внезапном трехпо-
люсном коротком замыкании
в точке К электрической це-
пи (рис. 64) создаются две
независимые цепи, из которых
цепь / с параметрами L\ и /?;
присоединена к генератору, а
цепь // с параметрами Ln
Рис. 64. Схема трехфазной короткозамкнутой цепи и R\\ является короткозамк-
для расчета апериодической составляющей: нутой цепью. В первой цепи
Г — генератор; L и R — параметры участков цепи. при вОЗДеЙСТВИИ ПрИЛОЖСННО-
го напряжения установится
определенный вынужденный синусоидальный ток. Во второй, коротко-
замкнутой цепи, вынужденного тока не будет, так как генератор шунти-
руется коротким замыканием. Рассмотрим векторную диаграмму внезапного
короткого замыкания (рис. 65). Векторы Ua, 0b, Uc и Ia, 1Ь, !с характери-
зуют предшествующий режим данной цепи. Вертикаль t—t представляет
неподвижную линию времени (начало отсчета). Так как в цепи имеется
индуктивность, то в момент возникновения короткого замыкания значения
токов будут определяться соответствующими значениями магнитных потоков.
Индукция магнитного потока приводит к тому, что значения токов в момент
короткого замыкания остаются неизменными. При возникновении короткого
замыкания уменьшение сопротивления цепи приводит к увеличению тока
и изменению угла сдвига его относительно напряжения. Пусть векторы
Ina, Inb и Inc отвечают новому установившемуся режиму цепи. Мгновенные
значения тока и приложенного напряжения каждой фазы связаны дифферен-
циальным уравнением
U-lr+L%.
(111-1)
Последнее можно написать в виде:
* =-Ll + *L
dt L 1 + L •
где U = Uы sin (со/ 4- а).
(Ш-2)
100
Общий вид решения дифференциального уравнения: i' = P(x)i -f- Q(x)
находится по формуле
Г = eS₽wdx[ JQ(x)e^pwdxdx + c].
Для уравнения (III-2) тогда можно написать
Г = е J L d* J у1 sin (ш/ a) eJ L dtdt + cj =
-4sin(w/-|- a) —<ocos(«rf + a)
L
_ - f
=/„M sin (<of + a — <pK) + Ce L ,
(III-3)
где срк — угол сдвига тока короткого замыкания.
Рис. 65. Диаграмма токов и напряжений при
коротком замыкании в трехфазной цепи:
(7д, &ь» t/c—фазные напряжения генератора; /д,
1С — токи фаз режима, предшествующего режиму корот-
кого замыкания; 1па, 1^, 1пс— токи, соответствующие
режиму короткого замыкания; Оа' — проекция вектора
/ла на ось времени; Ос' — проекция вектора 1пс — на
ось времени; Оа — проекция вектора 1а на ось времени;
ОЬ — проекция вектора 7^ на ось времени; Ос— проекция
вектора 1С на ось времени; а'а — проекция вектора
(/д — /Пд) на ось времени, соответствующая начально-
му значению апериодической составляющей тока корот-
кого замыкания фазы А — iaaj — проекция вектора
на ось времени, соответствующая началь-
ному значению апериодической составляющей тока ко-
роткого замыкания фазы В — ibao* С~с’—проекция
вектора (1С — /пс) на ось времени, соответствующая
начальному значению апериодической составляющей тока короткого замыкания фазы С—ZflCe; <р — угол
между током и напряжением фазы в режиме, предшествующем короткому замыканию; a — фаза напря-
жения в момент короткого замыкания (фаза включения); <рк — угол менаду током и напряжением фазы
в режиме короткого замыкания; ш — угловая частота.
Постоянную С определяем из начальных условий: предшествующее
мгновенное значение тока равно току в момент короткого замыкания.
Наряду с вынужденным током, в фазах цепи возникает свободный ток,
начальное значение которого для этих фаз определяется из (Ш-З), при
7 = 0:
1д (0) = i (0) = ino + С = InM sin (a — <?к) + С = /м sin (a — <р). (Ш-4)
Из (Ш-4) для значения постоянной получаем:
с = г’а (0) = 7(0) — Мо = /м sin (а — <р) — /ям sin (а — <рк). (Ш-5)
Подставляя значение (Ш-5) в (Ш-З), находим:
i = ZnMsin((o/ + a — <pK) + 7a(0)e L . (Ш-6)
Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока опреде-
ляется параметрами данной цепи:
T- = T = s-
101
В уравнении (Ш-6) через а обозначен фазный угол, определяющий значе-
ние подведенного напряжения к данной фазе в момент (t = 0) возникнове-
ния короткого замыкания. Этот угол называется «фазой включения» и вы-
нужденный ток нового режима определяется выражением i0 = I sin (wt 4-
+ а —?к).
Ток нестационарного режима при коротком замыкании, имеющийся в
действительности, определяется суммой вынужденного и свободного токов,
согласно (Ш-6), в котором первое слагаемое называется периодическим
током, а'второе — апериодическим током. Как известно, в короткозамкну-
той цепи (рис. 64) будет иметь место только свободный ток. Этот ток обу-
словлен только имевшимся до начала короткого замыкания запасом энер-
гии магнитного поля, которая будет уменьшаться в связи с поглощением
in — периодический ток; /а — апериодический ток; ZK — ток при коротком за-
мыкании; iy — ударный ток.
энергии магнитного поля и переходом ее в тепловую форму в активных
сопротивлениях цепи. Изменение свободного тока во времени определяется
из дифференциального уравнения
L J + °. (Ш-8)
Разделяя переменные и интегрируя:
получаем:
Ini + In С = &t. . (Ill-10)
Подставляя начальные условия, при t = 0, ia = iM, получаем: Ini + InC = 0,
откуда C = iM. Подставляя это значение в (III-10) и потенцируя, находим:
__L
i = iMe L> = iMe .
Кривые для полных значений токов (взятой фазы) приведены на рис. 66.
Наличие апериодической составляющей тока искажает суммарную кривую
(Ш-11)
тока так, что последняя становится несимметричной относительно оси вре-
мени. Путем графического построения апериодическую составляющую
можно выделить из полного тока короткого замыкания. Подкасательная
в любой точке . кривой (рис. 66) представляет величину постоянной вре-
мени Та, с которой происходит ее изменение. Рассмотрим условия, при
которых начальное значение апериодической составляющей тока (Ш-5)
будет иметь максимальное значение. Обычно цепь тока короткого замыка-
ния состоит из элементов со сравнительно небольшими активными и боль-
шими индуктивными сопротивлениями. Поэтому ток короткого замыкания
отстает по фазе от напряжения на 90 эл. град. Так как фазовое соотно-
шение между током и напряжением остается неизменным, то форма кри-
вой тока короткого замыкания зависит от момента замыкания цепи корот-
кого замыкания. Проследим
это на осциллограммах (рис.
67). Рассмотрим два крайних
случая: 1) включение прои-
зошло в момент 4 (рис. 67, б),
когда напряжение равно ну-
лю. Так как в этот момент
(рис. 67, а) ток |’к имеет мак-
симальное значение, то (как
известно, согласно правилу
Ленца) магнитный поток, сцеп-
ленный с обмоткой фазы, про-
тиводействует стремлению из-
менить его величину (инерция
магнитного потока) и возни-
кает апериодическая состав-
ляющая тока /ал. Апериоди-
ческая составляющая увели-
чивает максимальное значение
Prc. 67. Осциллограммы кривой трка короткого за-
мыкания для различных моментов включения.
тока короткого замыкания во второй полу-
период (рис. 67, б); 2)-включение произошло в момент максимума напря-
жения /2 (рис. 67, в). В этот момент (рис. 67, а) ток iK = 0 и поэтому
апериодическая составляющая не возникает. Таким образом, для чисто
индуктивной цепи (<рк == 90°), если напряжение в момент возникновения
короткого замыкания (рис. 67, а) равно нулю, то апериодическая состав-
ляющая в начальный момент имеет свое максимальное значение. Макси-
мальное мгновенное значение полного тока короткого замыкания называется
ударным током iy. При возникновении короткого замыкания (рис. 67, б)
ударный ток наступает примерно через полпериода, что при 50-периодном
вынужденном токе соответствует времени 0,01 сек с начала короткого за-
мыкания. Согласно (II1-6) для абсолютной величины ударного тока получим:
_ 0.01
/у = /лт + «-а0е Га- (Ш-12)
Приняв, что /а0 = /лт, значение (III-12) примет вид:
0,01 / 0,01 \
i у = 1тл + /пы? = /дм \ 1 + в а / = ky 2 1п.
Коэффициент
/ 0,01\
йу = \14-е
(III-13)
(III-14)
называется ударным коэффициентом и является функцией постоянной вре-
мени затухания апериодической составляющей и показывает, во сколько
103
раз ударный ток больше амплитуды периодической слагающей тока корот-
кого замыкания. Предельными значениями ky будут:
а) нижний предел, при отсутствии индуктивности в цепи короткого
0.01
замыкания. При £ = 0 величина Та = 0; е Та = 0 и /?у = 0;
б) верхний предел при активном сопротивлении цепи к. з. R = 0.
0.01
Тогда значения Та = оо; е ?а = 1 и ky = 2. В этом случае затухание
апериодической составляющей отсутствует на протяжении всего процесса.
§18. Определение фазы включения для получения
заданной величины апериодической составляющей тока отключения
При возникновении короткого замыкания в цепи, предварительно нена-
груженной, с преобладающим индуктивным сопротивлением, т. е. при-
/м = 0 и <рк = 90°, зависимость (Ш-6) получит следующий вид:
1ао = A. Sjn (а — <р) sin (а —<рк)] е Т“ =
= 1пмsin (90° — а) е Та = 1пи cosае Та. (III-15)
Для такой цепи апериодическая составляющая проходит свой максимум
при включении короткого замыкания в момент прохождения напряжения
источника через нуль (т. е. при угле а = 0° или 180°), тогда
ia= I ntA& 8 И laQ = I дМ,
где 1Пм — амплитуда симметричной составляющей тока короткого замыка-
ния. Пусть, например, значение ia = 0,2/пм за первый полупериод корот-
кого замыкания. Время t, соответствующее половине полупериода, при
f = 50 гц будет
t = L = = 0,005 сек.
4 4
Для определения фазы включения, при которой обеспечивается получение
заданной величины апериодической составляющей тока отключения, необ-
ходимо уравнение (III-15) решить относительно фазы включения а и под-
ставить все необходимые величины. Значение а (III-15) будет
откуда
cos а = у— е а,
(I >
*а0 У
т—е а
*пт >
(III-16)
Так как величина апериодической составляющей iao не должна превышать
20% 1пт амплитуды симметричной составляющей, то фаза включения
должна быть
/ _£\
а > arccos \0,2еГа/ ztti 17\
И / м ' (111-1/)
а< acccos \0,2ет“) + 180°. .
104
Подставив в (III-17) значения входящих величин (/ = 0,005 сек, Та —
= 0,05 сек) для ударного генератора ТИ-12-2, получим:
/ 0,005\
а > arc cos \0,2е °’05/ = arc cos (0,2 • 1,105) = arc cos 0,2210,
то есть а > 77° 10'. С другой стороны, для
а< 180°—arccos(0,2 • 1,105)
значение а <103°. Таким образом,
77° <а< 103°.
В соответствии с работами ВЭИ [98], величина апериодической сос-
тавляющей при испытаниях на асимметрическую отключающую способность
должна быть приблизительно равна 50% амплитуды симметричной состав-
ляющей. Тогда, на основании (Ш-15), а также учитывая, что /а^0.5/Лт,
получим:
/ _м
а arc cos \0,5еГа/. (III-18)
Подставляя в (Ш-18) значения величин, остающихся без изменения, полу-
чим:
/ 0,005\
а = arc cos \0,5е °’05 / arc cos 0,5525 & 56° 30'.
Рассчитаем еще апериодическую составляющую токов короткого замыкания
для величины ее в 10; 0 и 40% от амплитуды периодической состав-
ляющей:
а) для величины 10% амплитуды симметричной составляющей
аю% = arccos
/0 1/ °*005
=arc cos l-y^e0’05
\ *пгп
= arc cos (0,1 • 1,105) = 83° 40';
б) для величины 30% от амплитуды симметричной составляющей
азо% = arccos ДовА = arccos(0,3 • 1,105) = 70°40';
в) для величины 40% от амплитуды симметричной составляющей
/о 4/ 0,005\
а40% = arc cos I е0-05 I = arc cos (0,4 • 1,105) = 63° 50'.
\ ‘nm /
Таким образом, для получения заданной величины апериодической
составляющей тока отключения рассчитывается фаза включения.
Определение относительного содержания апериодической составляющей
в токе отключения, в момент расхождения контактов выключателя,
согласно ГОСТ 687-67, показано на рис. 2 и 3, гл. I.
§19. Пилот-генератор
Одним из условий включения в заданную фазу напряжения является
подача командного импульса на срабатывание включающего аппарата ВА-12,
при строго фиксированной фазе напряжения ударного генератора. Эту
105
задачу выполняет ПАУ*, который имеет 22 выходных блока, из которых
11 блоков имеют плавную регулировку выдержек времени. Это означает,
что командный импульс, снимаемый с такого блока, может быть подан
при любой требуемой фазе напряжения ударного генератора. Регулировка
фазы, при которой подается импульс на включение ВА-12, производится
с помощью Лимба, поворачивающего ротор фазорегулятора от 0 до 360°.
Ручка лимба выведена на переднюю панель прибора. Таким образом, для
включения в заданную фазу напряжения необходимо соленоид включения
короткозамыкателя ВА-12 присоединить к выходным клеммам блока с плав-
ной регулировкой.
Рис. 68. Диаграммы изменения фазы <р снимаемого напряжения в зависимости от
поворота заторможенного ротора сельсина:
а — первоначальное положение ротора; б — поворот заторможенного ротора на угол <р.
Рассмотрим связь между моментом срабатывания выходного блока ПАУ
(т. е. выдачи командного импульса) и фазой напряжения ударного гене-
ратора.
Для того чтобы вырабатываемый ПАУ импульс был связан с заданной
фазой испытательного напряжения, на вход прибора необходимо подавать
управляющее напряжение, синфазное с напряжением ударного генератора.
Для этой цели на одном валу с ударным генератором устанавливают
пилот-генератор небольшой мощности. В принципе управляющее напряже-
ние может быть получено и от измерительных трансформаторов, однако
преимущество пилот-генератора заключается в возможности использования
его напряжения и для измерения скорости вращения ударного генератора.
От пилот-генератора напряжение подводится к блоку деления частоты
и к 11 приемным сельсинам-фазорегуляторам в выходных блоках ПАУ.
Чтобы иметь необходимый запас мощности для питания указанных нагру-
зок, в качестве пилот-генератора рекомендуется применять обычный трех-
* Рассмотрение ПАУ и синхронизирующего устройства дано в последней главе
и может изучаться независимо от предшествующих глав книги. Желательно даже изуче-
ние прибора предпослать изучению синтетических схем испытания.
106
фазный генератор переменного тока 50 гц, мощностью 2 кет, 230 в
и 3000 обIмин.
Фаза напряжения ударного генератора, как и всякой синхронной
машины, определяется в каждый данный момент положением его ротора.
Так как роторы пилот-генератора и ударного генератора жестко связаны
между собой (установлены на одном валу), то и напряжения их являются
синфазными.
Испытательное и управляющее напряжения при условиях, задаваемых
опытом, могут отличаться по фазе, но они должны быть обязательно
жестко связанными агрегатами, чтобы иметь одну частоту. Этому требова-
нию удовлетворяет пилот-генератор.
Таким образом, от пилот-гене-
ратора на вход ПАУ подается
управляющее напряжение, синфаз-
ное с испытательным. Кроме того,
помимо подачи напряжения на
входной триггер ПАУ, как видно
из рис. 70, на статор сельсина, ис-
пользуемого как фазорегулятор в
выходном блоке, также подается
напряжение от пилот-генератора.
Поэтому в сельсине получается вра-
щающееся магнитное поле, кото-
рое в точности повторяет вращение
поля ротора ударного генератора.
Ротор сельсина заторможен (то есть
скольжение S = 1). Следовательно,
в обмотке ротора индуктируется
э. д. с., частота которой равна ча-
стоте напряжения ударного гене-
ратора в каждый момент времени.
Фаза этой э. д. с. зависит от поло-
жения ротора сельсина. Поэтому,
для изменения фазы снимаемого
напряжения, а значит, и выдержки
времени, достаточно повернуть ро-
тор сельсина на заданный угол ср.
Действительно, если провернуть ротор на угол ф по направлению вра-
щения поля (рис. 68), то индуктируемая в обмотке ротора э. д. с. сме-
стится по фазе на такой же угол ф в сторону отставания (по отношению
к своему первоначальному положению на оси времени).
Как видно из рис. 69, на такой же угол ф = о>/ сместится момент
срабатывания входного триггера, т. е. выдержка времени увеличится
на А/ = ~.
(О
Таким образом, ступенчатая регулировка выдержки времени (включе-
нием соответствующих тумблеров) дополняется плавной регулировкой
(поворотом ручки регулировки фазы на панели ПАУ).
Практически установка заданной фазы напряжения ударного генера-
тора производится следующим образом. Сначала производят пробное вклю-
чение генератора и по осциллограмме определяют фазу, при которой про-
изошло включение. Затем определяют разность между требуемой и действи-
тельной фазой и поворачивают ручку регулировки фазы на нужный угол.
Рис. 69. Регулировка выдержек времени пу-
тем изменения фазы напряжения:
Д/ = — смещение моментов срабатывания
входного триггера.
107
§ 20. Влияние апериодической составляющей в отключаемом токе
на процесс отключения короткого замыкания
Апериодическая составляющая в отключаемом токе существенно влияет
на процесс отключения. Вопросы влияния апериодической составляющей
на процесс отключения исследованы в работах ВЭИ [98, 88]. Значения
апериодической составляющей в отключаемом токе могут быть различны.
С учетом собственного времени работы релейной защиты и выключателя
минимальное время короткого замыкания в сетях может составлять 0,1 сек.
Следовательно, если постоянная времени затухания апериодической состав-
ляющей тока короткого замыкания в цепи не превышает 0,05—0,06 сек,
то к моменту отключения апериодическая слагающая будет составлять
не более 10—20% амплитуды симметричной составляющей тока. Поэтому
можно сделать вывод о существенном влиянии апериодической составляю-
щей на процесс отключения для тех случаев, когда постоянная времени
затухания будет больше 0,05—0,06 сек.
Наблюдающаяся в развитии современной энергетики большая концент-
рация генераторных мощностей и резкое увеличение мощностей трансфор-
маторных подстанций приводят к тому, что в ряде схем выключатели
отключают ток короткого* замыкания, содержащий апериодическую состав-
ляющую как при генераторном, так и при повышенном напряжении. Учи-
тывая это обстоятельство, следует оценить влияние апериодической состав-
ляющей в токе отключения на процесс отключения. Прежде всего, наличие
апериодической составляющей в отключаемом токе вызывает изменение ско-
рости восстановления напряжения на выключателе вследствие изменения
временного сдвига между током и напряжением. Исследования влияния
апериодической составляющей в отключаемом токе на величину энергии,
выделяемой в дуге, показали, что при одинаковой длительности горения
дуги энергия, выделяющаяся в дуге во время отключения большой полу-
волны тока, всегда больше того значения энергии, которая выделяется в дуге
при отключении такого же тока короткого замыкания, но без апериоди-
ческой составляющей. При увеличении апериодической составляющей энер-
гия вначале растет приблизительно пропорционально амплитуде отключае-
мого тока (до значения га^50%). Дальнейшее увеличение апериодической
составляющей больше влияет на время горения дуги, чем на значение энер-
гии. При максимальной длительности горения дуги (более одного полупе-
риода) влияние апериодической составляющей на процесс отключения будет
разным, в зависимости от особенностей конструкции выключателя. В выклю-
чателях с относительно медленным отводом энергии из дугового проме-
жутка, у которых в процессе отключения от полупериода к полупериоду
создаются условия для накопления энергии, апериодическая составляющая
Не усложняет процесс отключения. Этому способствует то, что вслед за
полупериодом с большим выделением энергии (большая полуволна тока)
наступает полу период со сравнительно небольшим выделением энергии.
Если выключатель характеризуется интенсивным отводом энергии
из дугового промежутка, то влияние апериодической слагающей на процесс
отключения будет примерно таким же, как и для выключателей, у кото-
рых время гашения дуги находится в пределах 1 — 1,5 полупериода.
В том случае, когда после большой полуволны тока, являющейся сум-
мой симметричной и апериодической составляющих, выключатель не обе-
спечил обрыва тока, то горение дуги будет продолжаться в следующем
полупериоде, при меньшей амплитуде тока. Вероятность гашения дуги
у большинства выключателей при этом повышается, так как выделение
энергии в дугогасящем устройстве, при меньшем токе, будет снижено.
Однако в некоторых конструкциях выключателей, если дуга не погасла
после большой полуволны тока, то гашение дуги может не наступить
108
и в последующие полупериоды. Так, например, при гашении дуги в масля-
ном выключателе, при увеличении тока будет повышение газообразования
в дугогасительном устройстве и чрезмерный расход масла. Это создает
условия, при которых дугогасительная камера не погасит дугу в связи
с недостатком масла.
При гашении дуги с большим током в воздушном выключателе и по-
явлении больших температур может произойти сильный нагрев воздуха
в дугогасительной камере и насыщение междуэлектродного пространства
парами металла контактов. Это увеличит тормозящее действие дуги на
истечение воздуха из камеры и снизит электрическую прочность про-
межутка между контактами выключателя. Наблюдаются также случаи вы-
хода из строя дугогасящих устройств в масляных, автогазовых и воздуш-
ных выключателях с дугогасительными камерами поперечного дутья вслед-
ствие увеличения энергии, выделяемой в дуге, при отключении тока
со значительной апериодической слагающей [98].
При некоторых условиях наличие апериодической слагающей может
облегчить процесс гашения дуги за счет снижения скорости восстановле-
ния напряжения и подготовки условий для гашения дуги в последующий
полупериод, характеризующийся малой амплитудой тока. Так, в масляном
выключателе во время большой полуволны тока в камере повышается дав-
ление, что способствует гашению дуги в следующий полупериод.
В связи с тем, что различный характер влияния апериодической состав-
ляющей на процесс отключения не дает возможности на основании данных
по отключению симметричного тока оценивать характеристики выключателя
по отключению тока,- имеющего апериодическую составляющую, для неко-
торых выключателей необходимо ввести испытания на отключение тока,
содержащего апериодическую компоненту. Изложенные Н. М. Черныше-
вым [98] соображения об учете апериодической составляющей в отклю-
чаемом токе приводят к следующим основным выводам.
При проектировании и выборе типа выключателя определяющей вели-
чиной является симметричная мощность отключения. Для определенных
типов выключателей по техническим условиям проводятся дополнительные
испытания на отключение асимметричной мощности.
Такие испытания являются проверкой выключателя на отключение
тока, содержащего указанный процент апериодической составляющей, харак-
терный для данной точки сети. Согласно руководящим указаниям по мето-
дике испытания высоковольтных выключателей [16] относительная величина
апериодической составляющей в любом полюсе выключателя при испыта-
ниях по установлению гарантируемой отключающей способности выключа-
теля не должна превышать 20% от амплитуды периодической составляю-
щей. Кроме испытаний на отключающую способность при малом содержа-
нии апериодической составляющей, рекомендуется дополнительно проверять
отключающую способность мощных быстродействующих выключателей при
значительном относительном содержании апериодической составляющей
(не менее 50%) и заданном значении периодической составляющей. При
этом необходимо, чтобы полярность апериодической составляющей была
такой, при которой нагрузка на выключатель была бы наибольшей (сле-
дует проверить влияние знака апериодической составляющей на длитель-
ность дуги). Опыты по отключению тока, содержащего большую аперио-
дическую составляющую, рекомендуется сопровождать измерениями мощ-
ности, выделяемой в дуге, и давления в дугогасительной камере. Основные
требования изложены в ГОСТ 687—67.
109
§ 21. Схема испытания выключателей, обеспечивающая получение
заданной величины апериодической составляющей
Необходимыми узлами схемы, осуществляющей получение заданной
величины апериодической составляющей в токе отключения, при коротком
замыкании, являются: включающий аппарат ВА-12, обладающий высокой
точностью времени собственного срабатывания, и фазоизбирающее устрой-
ство, обеспечивающее срабатывание указанного аппарата в требуемый
момент времени или в заданную фазу напряжения. Вначале рассмотрим
кратко блок-схему устройства, приведенную на рис. 70. Управление опы-
том испытания выключателя производится при помощи прибора автомати-
ческого управления (ПАУ), описание которого дано в гл. X. Блок деления
частоты подает на вх&д выходного блока ПАУ серию прямоугольных им-
пульсов, получаемых в бинарных ячей-
ках 2—6. Эти импульсы поступают
на нулевое реле 7, которое срабаты-
вает при отсутствии на нем напря-
жения. Тумблеры, подключающие вы-
ходной блок к блоку деления частоты,
позволяют осуществлять ступенчатую
регулировку выдержки срабатывания
Рис. 70. Блок-схема управления включением
ударного генератора при помощи ПАУ в за-
данную фазу напряжения:
/ — входной триггер блока деления частоты; 2—6 —
бинарные ячейки; 7 — нулевое реле; 8 — сельсин; 9 —
триггер управления выходным блоком; 10 — отсечка;
11 — зарядное устройство; 12 — устройство отрица-
тельного смещения; 13 — включающая катушка шка-
фа управления включающего аппарата ВА-12; 14 —
испытуемый выключатель; 15 — включающий аппарат
ВА-12; 16 — защитный выключатель; 17 — пилот-
генератор; Tj —тиратрон выходного блока ПАУ;
Тв — высоковольтный тиратрон шкафа управления
ВА-12; ТИ-12-2 — ударный генератор; Д — разгон-
ный электродвигатель.
нулевого реле 7 с точностью до одного полупериода. Точная (плавная)
регулировка времени срабатывания выходного блока в пределах одного
полупериода производится путем поворота ротора сельсина 8, .управляю-
щим напряжением которого является напряжение пилот-генератора, нахо-
дящегося на одном валу с ударным генератором. Нулевое реле 7 при
срабатывании снимает шунтировку с триггера 9 выходного блока при совпа-
дении фазы напряжения с фазой ротора сельсцна. После срабатывания
нулевого реле срабатывает триггер 9, который отпирает выходной тира-
трон 71 блока ПАУ и положительный импульс оперативного напряжения
подается в шкаф управления включающего аппарата, вызывая включение
ВА-12. Таким образом обеспечивается включение короткого замыкания
в любой требуемый момент времени.
На рис. 71 приведена схема для получения заданной величины апе-
риодической составляющей тока короткого замыкания, выделенная из пол-
ной схемы автоматического управления испытаниями 'выключателя. Такое
выделение облегчает анализ взаимодействия цепей при включении ударного
генератора в заданную фазу напряжения. Рассмотрим основные блоки
этой схемы.
Выходной блок ПАУ. В качестве исполнительного органа нулевого
реле* используется поляризованное реле Pi, которое при срабатывании
* Полная схема выходного блока ПАУ дана в гл. X, рис. 181.
ПО
ив
Рис. 71. Схема получения
заданной величины апери-
одической составляющей
тока короткого замыка-
ния.
размыкает свои контакты 1РЪ чем снимается шунтировка с триггера, на
лампе Л2. При исчезновении напряжения на реле создается путь току
деблокировки через ограничительное сопротивление Т?21, что и приводит
к срабатыванию реле. Вторая обмотка реле Pi постоянно обтекается током
небольшой величины, определяемой сопротивлением Z?22, и выполняет в реле
функцию удерживающей пружины. Подача напряжения оперативного тока
в управляемую цепь осуществляется с помощью тиратрона ТГ1-1/0,8 (Л3),
допускающего длительное пропускание тока в 1 а и кратковременное про-
текание тока до 5 а. Зажигание тиратрона происходит после размыкания
контактов реле 1Рг при срабатывании триггера, снимающего отрицательное
напряжение с его сетки. Выходной блок снабжен приспособлением, позво-
ляющим производить отсечку импульса, посылаемого в управляемую цепь.
Блок отсекает свой импульс после срабатывания и в дальнейшем развитии
цикла не участвует. Длительность выходного импульса регулируется с по-
мощью электронного реле времени, работающего на принципе разряда кон-
денсатора Св на сопротивление (/?8, /?9). Реле времени выполнено на лампе
6Н8С(Л1) и реле Р2. При срабатывании реле Pi вследствие замыкания
контактов 2Рг происходит срабатывание реле Р8, которое блокируется кон-
тактами ЗР8. Реле Р8 запускает электронное реле времени. Спустя регу-
лируемую (сопротивлением Р9) выдержку времени величина потенциала
сетки правого триода настолько изменяется, что происходит перераспре-
деление токов правого и левого триодов лампы <Z7i. Реле Р2 срабатывает,
замыкая контакты /Р2, что приводит к срабатыванию реле Р4 и размы-
канию анодной цепи тиратрона контактами 2Р4. В конце опыта снимается
оперативное напряжение, после чего схема приходит в первоначальное
состояние. В качестве индикатора срабатывания выходного блока служит
неоновая лампа Л4. Выходной блок имеет независимое питание через транс-
форматор Tpi и две схемы выпрямления, одна из которых (диоды —
Дв) дает отрицательное смещение на сетку тиратрона Л3 а другая (диоды
Дх — Д4) служит для питания цепи анодного напряжения ламп. Блок,
не принимающий участия в проведении опыта, должен быть отключен
выключателем, сблокированным с переменным сопротивлением Р9.
Схема управления включающим аппаратом. Полная схема приведена
при описании включающего аппарата ВА-12. Рассмотрим основные блоки
этой схемы.
Блок заряда конденсаторов: заряд конденсаторов С произ-
водится по однополупериодной схеме выпрямления (рис. 72), которая
состоит из повышающего трансформатора Тр3, выпрямителя В2, зарядного
сопротивления Pj и емкости С/Трансформатор Тр3 для обеспечения одного
и того же зарядного напряжения питается стабилизированным напряже-
нием 220 в. Поляризованное реле Р3, подключенное к делителю напряже-
ния Р2 и Р3, срабатывает при напряжении на емкости, равном 0,98—0,99
от номинального [7 кв\.
Блок разряда: цепь разряда образована последовательным вклю-
чением емкости С, оперативного высоковольтного контактора /С2, включаю-
щей катушки ВК и высоковольтного тиратрона Т (рис. 71). Зажигание
тиратрона осуществляется подачей на сетку тиратрона отпирающего поло-
жительного импульса. Предварительное запирание тиратрона осуществляется
подачей отрицательного смещения на сетку тиратрона от блока запирания.
Для уменьшения вероятности случайного срабатывания тиратрона между
анодом и емкостью С введен высоковольтный оперативный контактор К*
который замыкается перед подачей импульса на сетку тиратрона вслед-
ствие срабатывания контактора ПАУ. При величине емкости С = 12 мкф
и индуктивности катушки ВК L = 61 • 10~~3 гн собственная частота тока
составляет около 180 гц, а амплитуда тока — около 90 а. При указанных
параметрах схемы боек включающей катушки ВК успевает сбить защелку
112
за время, равное примерно 0,002—0,0023 сек, т. е. за первый полупериод
разряда конденсатора. Это позволяет в качестве замыкателя разрядной
цепи применить тиратрон. Так как за время, равное полу периоду собствен-
ной частоты, емкость С не успевает полностью разрядиться, то после
опыта она закорачивается на, землю через контактор Ki и разрядное со-
противление Т?4.
Блок запирания тиратрона состоит из трансформатора Тръ
выпрямителя Въ защитного сопротивления /?6, сглаживающих емкостей
С3 — С4. Отрицательное смещение (—50—60 в) подается на сетку тира-
трона через ограничительное сеточное сопротивление /?6. '
Рис. 72. Блок заряда конденсатора С шкафа управления ВА-12 в блок-схеме уп-
равления включением ударного генератора для получения заданной величины апе-
риодической составляющей в токе короткого замыкания.
Блок отпира.ния тиратрона состоит из последовательного
включения блокировки Р2, шкафа управления ВА-12 (рис. 71), первичной
обмотки разделительного трансформатора Тр2, шунтированного лампой Л9,
разделительной емкости С5, шунтированной сопротивлением утечки /?7,
и фазоизбирающего устройства ПАУ. Вторичная обмотка Тр2 связана с сет-
кой тиратрона через разделительную емкость С2. Нормальное отпирание
тиратрона производится импульсом положительной полярности, равным при-
мерно 200 в, который возникает на обмотке разделительного трансформа-
тора Тр2 в момент срабатывания фазоизбирающего устройства или замы-
кания кнопки включения КВ. Блокировка Р2 не допускает отпирания
тиратрона при пониженном напряжении на емкости С, что исключает
возможность неправильных операций ВА-12. Предусмотрена блокировка
при совместной работе трех полюсов ВА-12. Таким образом, разработанная
в ВЭИ схема автоматического управления опытом при испытании выклю-
чателей позволяет установить необходимую величину апериодической со-
ставляющей в токе короткого замыкания и исследовать ее влияние.
г л а в a iv Восстановление напряжения
на контактах выключателя
и методы испытания выключающих аппаратов
§ 22. Существующие способы определения
восстанавливающегося напряжения при отключении цепи
После гашения дуги на контактах выключателя важное влияние на
его отключающую способность имеет скорость восстановления напряжения.
Форма кривой восстанавливающегося напряжения на контактах выключа-
теля в основном определяется параметрами отключаемой цепи (емкость,
индуктивность и проводимость), которые влияют на скорость восстанов-
ления напряжения. Имеется также зависимость и от характеристик выклю-
чателя (напряжение на дуге, проводимость, емкость). Знание формы кри-
вой переходного напряжения после гашения дуги необходимо для выбора
конструкции выключателя, при проектировании; Как известно, МЭК при-
водит шесть методов определения восстанавливающегося напряжения на
контактах выключателя: 1) расчетный метод; 2) резонансный метод;
3) метод отключения от сети малой нагрузки; 4) метод введения в отклю-
ченную систему импульсов тока; 5) метод моделирования сети и 6) метод
непосредственного отключения тока короткого замыкания и записи катод-
ным осциллографом восстанавливающегося напряжения. Каждый из этих
методовуимеет свои трудности и сложности. Первый метод — требует зна-
ния параметров L и С сети. Трудно учитывать затухание в сложной раз-
ветвленной сети. Второй метод — требует трудоемких измерений с выклю-
чением напряжения сети. Метод основан на определении резонансных частот
в обесточенной сети путем приложения напряжения от низковольтного
генератора качающейся частоты к разомкнутым контактам выключателя.
При третьем методе — используется отключение от сети индуктивной
катушки и осциллографирование переходной составляющей восстанавли-
вающегося напряжения. Недостатком метода является влияние на процесс
восстановления напряжения выключателя. Четвертый метод применяется
в индикаторах восстанавливающегося напряжения. Пятый метод так же,
как й расчетный, связан , с трудностями оценки параметров элементов сети,
что является источником погрешностей. При использовании шестого метода
вносится погрешность за счет влияния на процесс выключателя. Метод
отключения малой индуктивной нагрузки более целесообразен в действую-
щих сетях.
§ 23. Индикатор восстанавливающегося напряжения
Рассмотрим индикатор, работающий по методу введения в отключен-
ную систему импульсов тока. Этот метод базируется на теореме Теве-
нена — Хевисайда, из которой следует, что восстанавливающееся напря-
114
жение цепи по форме и величине совпадает с напряжением, которое надо
приложить к цепи, чтобы вызвать в ней протекание тока, равного отклю-
чаемому току. Поэтому для индикатора необходимо иметь генератор им-
пульсов тока, который будет периодически вводить в исследуемую цепь
волны тока со скоростью нарастания, равной скорости изменения синусо-
идального тока в исследуемой сети. Второй элемент индикатора — осцил-
лограф, регистрирующий возникающее напряжение переходного процесса.
На примере одночастотного контура, с параметрами L и С (рис. 73),
проанализируем влияние формы импульса тока на восстанавливающееся
напряжение. Найдем аналитическое выражение для формы и величины на-
пряжения и тока как на зажимах выключателя, так и на зажимах коле-
бательного контура при отключении его
идеальным выключателем от источника с
напряжением Ur = Uu sin <о/, в момент ес-
тественного прохождения тока через нуле-
вое значение. За идеальный принимается
такой выключатель, у которого значения
собственных величин сопротивления, ем-
кости и индуктивности не влияют на пе-
реходный процесс. Считается также, что
идеальный выключатель не имеет дуги и
остаточной проводимости. Так как ток в
момент отключения колебательного контура
от сети равен нулю, то напряжение на ко-
лебательном контуре равно Uu, поскольку
в чисто реактивной сети ток и напряже-
ние сдвинуты на 90°. Вынужденные состав-
ляющие тока и напряжения одночастотного
колебательного контура равны нулю.
Найдем свободную составляющую од-
ночастотного колебательного контура. Для
этого составим дифференциальное уравне-
ние (для схемы замещения рис. 74):
Рис. 73. Расчетная схема для опре-
деления влияния формы импульса
тока на восстанавливающееся напря-
жение.
Рис. 74. Расчетная схема замеще-
ния для определения влияния шун-
тирующёго сопротивления на пере-
ходный процесс восстановления на-
пряжения.
С J at
4 {i"dt = и№.
и J
(IV-1)
Выразив в уравнении (IV-1) ток
через напряжение, напишем:

(IV-2)
Характеристическое уравнение этого дифференциального уравнения (IV-2)
имеет вид:
«’-Й-О, (IV-3)
откуда
«“//J- (IV-4)
Обозначим собственную частоту контура:
/Ёё=®°-
(IV-5)
115
Общий интеграл дифференциального уравнения имеет вид
U” = A cos (Hot 4- В sin (nJ. (IV-6)
Найдем постоянные интегрирования Л и В из начальных условий.
При t = 0 U(0) = {/м; Uo = U" (0) = А = Uu. (IV-7)
При t = 0, из условия отключения, i (0) = 0 и dU I л dU" D -dt\t-0==° = -dr = B- Таким образом, В = 0. Подставив (IV-7) и (IV-8) в (IV-6), получим: = = cos<o0t Для напряжения (4 на зажимах выключателя получим: (IV-8) (IV-9)
= (7Г — = иы (cos wt — COS ©оО- (IV-10) -
Так как в большинстве случаев <ао^><о, то для уравнения (IV-10) в дан-
ном случае можно написать:
U = UM(\ -cos(о,/). (IV-И)
/
Для получения формы и величины восстанавливающегося напряжения
к колебательному контуру мокно приложить синусоидальную и линейную
волны тока. Сравнение процессов, характеризуемых уравнениями (IV-9)
и (IV-10), показывает, что они аналогичны. При исследовании формы
и амплитуды восстанавливающегося напряжения с помощью индикаторов,
в Англии в 1936—1938 гг., применялась синусоидальная форма импульсов
тока (Тренхэм и Уилкинсон), а в США в 1941 г. Дунлап применил прямо-
угольную форму импульса тока [93, 122]. Однако оба индикатора харак-
теризовались следующим недостатком: они обладали недостаточно высоким
выходным сопротивлением, поэтому форма тока зависела от сопротивления
исследуемой схемы. Сам же индикатор оказывал шунтирующее действие
на процесс восстановления напряжения. Расчетная схема для определения
влияния шунтирующего сопротивления на процесс восстановления напря-
жения представлена на рис. 74. Пусть форма импульса тока, вводимого
в контур (рис. 74), определяется уравнением i = at. Для определения на-
пряжения в контуре, в функции времени, составим дифференциальное
уравнение:
Ir + it + <С-= (IV-12)’
IrR = L ^icdt = U. (IV-13)
Подставляя в (IV-12) вместо токов их значения из (IV-13) и выразив токи
через напряжения
iR = -j; iL = -^Udt; ic=C%, (IV-14)
для уравнения (IV-12) получим:

(IV-15)
116
Найдем частное решение:
(7 = Л/4-В; dt ~Л' ^Udt=^- + Bt + D. Подставив (IV-16), (IV-17) и (IV-18) в (IV-15), находим: т-т=°; /=°- At+^Bt = at-^ + -^ = a. Так как Л = 0, то значение B = a.L.' Подставляя в (IV-16) А = 0 и В = аЬ, для частного решения получим: U = At + В = aL. Найдем общее решение дифференциального уравнения: "+4.(иЛ + с^ = о. Продифференцировав уравнение (IV-21), получим ^ + _L.^ + ±t/==0 dt* 1 RC dt LCU u- Характеристическое уравнение будет •а+й“+й=°- Обозначим 12 1 . LC ~ “° И 2RC ~ Ь’ тогда (IV-16} (IV-17) (IV-18) (IV-19> значения- (IV-20)- (IV-21)- (IV-22) (IV-23).
а— 2RC г 4R*C* LC b±Vb %. (IV 24) Решение уравнения будет U = (Л cos a>t 4- В sin erf) е 2RC* 4- aL. (IV-25) Подставив в (IV-25) значение t = 0, получим U (0) = Л 4- откуда Л = —aL. (IV-26) Для значения первой производной получим = (— Л©8Ш®/ 4-©В cos art)е 2RC * ~ — 2^С (^ cos s*n (IV--27)> При значении t — Q, для (IV-27), получим ^1 -raR п ПЛ7-9ЯЬ
dt h=0 2RC Vf откуда, учитывая (IV-26), находим D О-Ь- «о. аде • (IV-29)
117
Подставляя (IV-26) и (IV-29) в (IV-25) и введя обозначение ? =
= arctg (27?Сб>), находим:
U = aL 1+ * sin(«rf + T)e «с I (IV-30)
> I will 41/ I #
Учитывая, что tg?=2/?C<o, выразим sin? в (IV-30)
цепи:
sin? = -Z-Jg<p = z_2j?C“ .
yi + tgs? V1 + 4R»C»a*
через постоянные
(IV-31)
Имея в виду обозначения (IV-23) и что значение © = РЛ©® — Ь2, для
'(IV-Sl) можно написать
sin?
2/гсо>
(IV-32)
1
V£C
где ©0 =
— резонансная частота контура при величине шунтирующего
•сопротивления /?=<*>/ а © = V©® — Ь2 — резонансная частота контура,
зашунтированного сопротивлением R.
Подставляя в (IV-30) значение (IV-32), получим
U = aL [14- sin (at + ?) е 2«cj. (IV-33)
Уравнение (IV-33) показывает, что шунтирующее сопротивление R обу-
словливает уменьшение частоты © и восстанавливающегося напряжения.
Обозначив коэффициенты снижения частоты и амплитуды через отношения
' *-=i и . <IV-34>
можно написать их значения
k(&
>2________1
О 4/?2(
<°0
L
4/?2С ‘
(IV-35)
4/?2С
Обозначив а2 = ——, откуда а = —
Т
D
-==., и подставляя в (IV-34),
v 4
находим
k
а
(1V-36)
где а — отношение шунтирующего сопротивления к критическому сопро-
тивлению контура.
Значение коэффициента снижения амплитуды восстанавливающегося
напряжения
г _________ 2 arctg Уа*
^. = 77^ = 4 l + . (IV-37)
. Ом z l ° J
По данным (IV-36) и (IV-37), В. Н. Тихонов и С. И. Яблонко (ВЭИ)
построили зависимости, показывающие, что при значении а > 0, влияние
шунтирующего сопротивления на снижение частоты практически можно не
учитывать. Коэффициент снижения амплитуды, при а = 10, равен 0,9. Следо-
118
вательно, желательно, чтобы индикатор обладал высоким выходным со-
противлением. С. И. Яблонко (ВЭИ) предложил применить на выходе пен-
тод, так как внутреннее сопротивление его имеет более высокое значение и
его влияние на переходный процесс в контуре будет меньше. Форма анодного
тока при этом будет повторять форму управляющего напряжения на сетке
пентода. <
I
§ 24. Индикатор восстанавливающегося напряжения ВЭИ
Разработанная в ВЭИ схема индикатора восстанавливающегося напря-
жения (89] представлена на блок-схеме рис. 75. Синусоидальное напряже-
ние сети преобразуется в генераторе прямоугольных импульсов /, который
является задающим генератором, в прямоугольные импульсы, которые син-
хронизируют запуск блока ГИТ 2, вырабатывающего импульсы тока,
и блока 6, который выполняет функ- _____ ________ г——. ----
ции блока развертки изучаемого явле-
ния во времени. Введение в отключен-
ную систему импульсов тока вызы-
вает колебания восстанавливающегося
напряжения в испытуемой системе,
которые после прохождения через ши-
рокополосный усилитель 4 подаются
на ординатные пластины осциллог-
рафа. Блок калибровки 5 выполняет
задачу временной градуировки импуль-
сов, а блоки 7 и 8 — питания при-
бора. На рис. 76 приведена развер-
Рис. 75. Блок-схема индикатора восста-
навливающегося напряжения:
/—генератор прямоугольных импульсов; 2—гене-
ратор импульсов тока ГИТ\ <3—испытуемый объ-
ект; 4 — усилитель; 5 — блок калибровки; 6 —
блок развертки и подсветки луча; 7 — блок пи-
тания и управления электронно-лучевой труб-
кой; 8 — блок питания прибора.
нутая схема прибора. Рассмотрим ее
работу. Синусоидальное напряжение
от внешнего источника прикладывается
к генератору прямоугольных импуль-
сов, выполненному на трех триодах
Лы, Л1.2 и Л2-1 и имеющему два
раздельных выхода. При приложе-
нии к сетке лампы Лы отрицательной полуволны лампа закрывается.
Происходит заряд емкостей Си и С12 анодным напряжением 4-250 в. Лампы
Ль2 и Л2-1 открыты, так как к сеткам ламп приложен нулевой потен-
циал. На входной каскад развертки и на генератор импульсного напря>-
жения подан отрицательный потенциал, который держит эти каскады за-
крытыми. При подаче на сетку лампы Лы положительного потенциала
последняя открывается. Ёмкости Си и С1а начинают разряжаться чере»
открывшуюся лампу Лы. К сеткам ламп Л1.2 и Лг-i подается отри-
цательный потенциал, который закрывает эти лампы. Получаемый при за-
крытии лампы Ль2 прямоугольный положительный импульс запускает
блок развертки и калибровки напряжения, а при закрытии Л2-1 — по-
дается через цепочку задержки, состоящую из СХ1 и на триггер блока
ГИТ. Рассмотрим работу блока генератора импульсов тока. Прямоуголь-
ный положительный импульс поступает на сетку лампы Л2-2 и откры-
вает ее. Катод лампы Лз-ь присоединенный к катоду лампы Л2.2, при-
обретает положительный потенциал по сравнению с потенциалом сетки.
Лампа Л3.1 закрывается, происходит «переброс» триггера и положитель-
ный импульс с анода лампы Л3.1 через разъединительную емкость Са
открывает лампу Л3-2. Лампа Л3.2, открываясь, подключает батарею кон-
денсаторов С2 — С, на заряд к анодному напряжению 4-250 в. Емкость
конденсаторов Са — С9 может меняться в широких пределах, что необхо-
119
От ИО
Аттенюатор
R»
Як
Rn
5
Ree
1100
13Л037
Вход
им
Qi*
0.02
-И
Рис. 7----.
на вливающегося напряжения ВЭИ.
Калибратор Блок раздертки
76. Принципиальная схема индикатора восста-
ло
it
Фокусироб
ка
500
R^
45.
а
$

Reo^d

R>7
41
Си
"71
R»3 л9
" М
W
^йс« 1иа
ГПИ ______Триггер
Выход
димо для изменения крутизны рабочего участка импульса тока. Момент
начала разряда конденсаторов С2 — Св черер пентод Л4, имеющий большое
внутреннее сопротивление, соответствует излому кривой тока (рабочая точка
кривой тока), вызывающему колебательный процесс в исследуемой системе,
подключенной к клеммам «Выход». Благодаря наличию общего каскада
генератора прямоугольных импульсов, явление оказывается синхронизиро-
ванным по времени с разверткой, а с помощью цепочки запаздывания RC
в цепи триггера блока импульсов тока можно наблюдать начало явления.
При поступлении прямоугольного импульса в блок развертки, собранный
на лампах Лв-ь Лы и Л7, в нем вырабатываются пилообразные им-
пульсы при разряде конденсаторов С22 — С2в через пентод Л7 с высоким
выходным сопротивлением. Пилообразные импульсы поступают на верти-
кальные пластины трубки типа 13Л037. Скорость развертки может меняться
при помощи переключателя Л2, изменяющего емкость батареи конденса-
торов С22 — С24. Прямоугольный импульс, поступающий на блок калиб-
ровки по времени, собранный на лампах Ле-i и Л8.2 и колебательных,
контурах, включающих С17, С18 и Си, открывает лампу’Лв-ь Через откры-
тую лампу Ле-i от напряжения 4-400 в происходит возбуждение одного-
колебательного контура, настроенного на определенную частоту. Изменение
частоты производится при помощи переключателя /73. С той же самой
частотой происходит открытие и закрытие лампы Лв-2. Усиленные сигналы
на лампе Лв-2 поступают через переключатель П4 на пластины явления
осциллографа. Проследим путь поступления сигналов с исследуемого объекта
на электронно-лучевую трубку. С генератора импульсов тока сигнал через
усилитель, собранный на пентоде Л4, поступает на испытуемый объект
и возбуждает колебательный переходный процесс. Колебания, возникшие
в испытуемой системе при вводе импульса тока, подаются через аттенюа-
тор на вход широкополосного усилителя (блок 4, рис. 75). Аттенюатор
представляет собой переменные градуированные сопротивления, зашунтиро-
ванные емкостями. Эти сопротивления подключаются параллельно к испы-
туемому объекту. Полная величина сопротивления может изменяться при
помощи переключателя П9. Аттенюатор позволяет в одночастотных объек-
тах сравнительно легко определять примерную величину эквивалентных
параметров L и С исследуемого контура. Широкополосный усилитель выпол-
нен по симметричной двухтактной схеме и имеет коэффициент усиления
около 1000 в диапазоне частот от 50 гц до 100 кгц. Широкополосный
усилитель собран на лампах Л9 типа 6Н9С, представляющих первую сту-
пень двухтактного усилителя, пентоде Л10 типа 6ЖЗ, обладающем боль-
шим внутренним сопротивлением, и лампах Лц и Л12 типа 6П9, представ-
ляющих вторую ступень широкополосного двухтактного усилителя. С выхода
ламп Лп и Л12 усиленный сигнал через переключатель /74 поступает на
пластины явления электронно-лучевой трубки типа 13Л037. Для питания
трубки собрана ыпрямительная схема на двух диодах типа 2Ц2С.
Индикатор имеет блок 5 (рис. 75) калибровки по частоте, поэтому по
осциллограмме восстанавливающегося напряжения можно определить частоту
колебаний, а также логарифмический декремент затухания
InД = Inп--"" , (IV-38)
Мм(л+ 1)
где С/мл — амплитуда напряжения п-“ гармоники;
Uu (п +1) — амплитуда напряжения (и-|-1)-й гармоники.
Затухание контура
d = 4-, (IV-39)
121
где р = — волновое сопротивление контура;
/?э — эквивалентное сопротивление.
Так как
_ 1/А
1пЛ_ г______^Vlc ” г с «р
2RaC ~ 2R9C Ra ’
(IV-40)
теперь для значения (IV-39) можно написать:
1П у:-----
j _ Р _ In д _ ам(л+1)
Rs « я
(IV-41)
При подборе величины R3 таким, при котором процесс перейдет в аперио-
дический, сопротивление
Як = |. (IV-42)
Но в связи с тем, что
дополнительное сопротивление аттенюатора 7?д
и сопротивление включены так, что
*К-Яэ + /?Д ’
(IV-43)
далее, подставляя в (IV-42) значение риз(1¥-39)
и приравнивая значению (IV-43), получаем:
Из последнего определяем значение d:
27?
d = (IV-45)
откуда
Я9 = /?д(у-1). (IV-46)
Рис. 77. Схема и кривые восстанавливающегося напряже-
ния при различных формах вводимых импульсов тока (по
данным ВЭИ [89]):
а — схема; б — кривые отключения синусоидального тока идеаль-
ным выключателем; в —различные формы вводимого линейного
тока и кривые восстанавливающегося напряжения; / — ввод линей-
ного тока; 2 — подход линейного тока к нулю; 8 — излом линей-
ного тока.
Зная R3 подставим его значение в (IV-39) и тогда для волнового сопро-
тивления получим:
P = d7?3 = ^(2-d). (IV-47)
Зная величину волнового сопротивления (IV-47) и частоту восстанавливаю-
щегося напряжения f0, можно найти эквивалентные значения L и С:
_Р____*д(2-<0
2д/0 2л/в
(IV-48)
422
и
1
C__JL__L_
2я/0р 2к^я(2-Л)’
(IV-49>
К недостаткам прибора [89] можно отнести следующее: подбор шун-
тирующих сопротивлений — неточен, а внутреннее сопротивление индика-
тора вносит искажение в процесс восстановления напряжения. Диапазон
измерений индикатора с линейной формой импульса тока позволяет изме-
рять частоты в пределах 200 гц — 100 кгц, что охватывает параметры прак-
тически всех реальных систем. На рис. 77 даны кривые восстанавливаю-
щегося напряжения [89] при данной форме вводимого импульса тока и от-
ключении синусоидального тока идеальным выключателем. Индикатор ВЭИ
достаточно точно определяет кривую восстанавливающегося напряжения
одночастотных и многочастотных обесточенных объектов. Для одночастот-
ных объектов при помощи индикатора можно приближенно определить
эквивалентные значения L3 и С9. Недостатком индикатора является то, что>
крутизна импульса тока мала, поэтому нельзя определить восстанавливаю-
щееся напряжение симметричных незаземленных объектов.
§ 25. Схема индикатора Куйбышевского
политехнического института
Принципиальная схема этого индикатора [73] показана на рис. 78, а.
Синусоидальная волна тока, вводимая в цепь нагрузки, создается цепочкой
С1-£ф индикатора, а тиратрон ТГИ1-400/3,5 является коммутирующим эле-
ментом, который включает на на-
пряжение конденсатора Сг цепь фор-
мирующей катушки £ф и нагрузки Zw.
Работа схемы рис. 78, а про-
исходит следующим образом. При
включении выключателя Bi загора-
ется сигнальная лампа, подается
напряжение на накал тиратрона и
начинается заряд конденсатора

Рис. 78. Схемы индикации восстанавли-
вающегося напряжения:
а — принципиальная схема индикатора восстанав-
ливающегося напряжения Куйбышевского поли-
технического института; б — блок-схема устрой-
ства для записи восстанавливающегося напряже-
ния iron подаче импульсов тока от индикатора
ВН; И — индикатор; О — осциллограф; £ф —фор-
мирующая индуктивность; R — шунт для записи
контрольной осциллограммы тока; Тр — транс-
форматор.
ТПП-400/3.5
по цепи: трансформатор Тр, зарядное сопротивление выпрямитель Д1г
собранный на диодах Д205, конденсатор Clt переключатель Ва и транс-
форматор Тр. По прекращению зарядного тока начинается медленный раз-
ряд емкости Сг по цепи: емкость Сь сопротивления /?8, 1?6 и 7?а, ем-
кость Са. Изменяя величины емкостей С„ — Сч, присоединенных парал-
лельно сопротивлению Ra, можно изменять момент зажигания тиратро-
на. С сопротивления Rt (зажимы 2—2) снимается сигнал на развертку
осциллографа ОК-25. Меняя момент зажигания тиратрона, можно регу-
183
лировать начало процесса в исследуемой цепи, по сравнению с нача-
лом развертки осциллографа. Задачу задержки начала явления выполняет
цепочка С8—С7 и /?3—R6. Величину задержки можно регулировать от 10
до 150 мксек. Когда .напряжение на сетке тиратрона станет равным на-
пряжению зажигания, то тиратрон откроется и емкость начнет раз-
ряжаться через тиратрон на формирующую индуктивность £ф и сопротив-
ление испытываемой цепи ZH. Параллельно к сопротивлению нагрузки ZH
<(зажимы 3—3) подключается пара вертикальных пластин осциллографа
ЮК-25. Другая пара пластин через зажимы 4—4 присоединяется к сопро-
тивлению R для записи осциллограммы формы волны тока. Блок-схема
устройства для записи восстанавливающегося напряжения, показана на
рис. 78, б. При применении мощного коммутирующего звена в виде тира-
трона ТГИ 1-400/3,5, отпадает необходимость применения усилителя, что
позволяет снизить уровень помех. Отклонения в точности записи восста-
навливающегося напряжения могут быть обусловлены следующими при-
чинами [73]: 1) искажение записи вследствие непостоянства скорости вво-
димого импульса тока, при наличии нагрузки индикатора; 2) по сравнению
•с реальной системой не учитывается влияние выключателя на цепь ZH,
так как в схеме используются условия идеальной коммутации; 3) не учи-
тывается влияние короны на форму восстанавливающегося напряжения,
хотя в реальных условиях корона може деформировать волну и изменять
-ее амплитуду. Однако следует считать, что практически эти отклонения
«евелики. Схема индикатора применялась в сетях «Куйбышевэнерго».
§ 26. Восстанавливающееся напряжение переходного режима
При испытании выключателя на коммутационную способность параметры
. жривой собственного восстанавливающегося напряжения определяются со-
гласно ГОСТ 687—67 следующим образом:
а) при токе, составляющем около 60% от номинального тока отклю-
чения выключателя, в испытательной схеме- с одночастотным процессом
восстановления напряжения при частотах, указанных ниже, и коэффи-
циенте превышения амплитуды 1,6:
Номинальное на-
пряжение U„, кв 6 10 20 35 ПО 150 220
Частота восстанав-
ливающегося на-
пряжения, /, кгц 25 20 11 8,4 3,5 3,0 2,0
б) при токе, равном номинальному току отключения выключателя
(ГОСТ 687—67, п. 2. 6. 6 в, г, д), в испытательной схеме с одночастот-
ным процессом восстановления напряжения (кроме выключателей ПО кв
с номинальным током отключения более 16 ка и выключателей 150 и 220 кв
с номинальным током отключения более 12,5 ка) при частотах восстанав-
ливающегося напряжения, указанных ниже, и коэффициенте превышения
амплитуды 1,3:
Номинальное на-
пряжение VH, кв 6 10 20 35 ПО 150 220
Частота восста-
навливающегося
напряжения,
f, кгц. ... . 10 7 4,6 3,6 3,0 2,5 2,0
в) при токе равном номинальному току отключения выключателя
(ГОСТ 687—67, п. 2. 6. 6 в, г, д), при испытаниях выключателей 110 кв
с номинальным током отключения более 16 ка и выключателей 150 и 220 кв
124
с номинальным током отключения более 12,5 ка в схемах с апериодиче-
ской кривой восстановления напряжения (рис. 79), параметры которой
указаны ниже:
Номинальное напряжение выключателя,
Кв..........................
dU
-7Г, Кв! мксек.....: . . .
at
мксек .............
ПО
1,0
350
150 220
1,0 1,0
400 500
Кривая восстанавливающегося напряжения на участке О А (рис. 79, а)
практически прямолинейна, изменение напряжения на участке АВ не нор-
мируется. Начальная скорость восстановления (в точке О) определяется
емкостью, шунтирующей выключатель, равной 0,01 мкф.
Рис. 79. Параметры кривой восстанавливающегося напряжения по
ГОСТ 687—67:
dU
а — скорость нарастания восстанавливающегося напряжения (в/мксек), оп-
ределяемая по § 26, гл. IV} б — настройка схемы при одночастотном восстанов-
лении напряжения.
I
Амплитуда возвращающегося напряжения при этом должна соответ-
ствовать данным табл. 1. Скорость восстановления напряжения (СВН),
в вольтах/микросекунду, характеризует скорость нарастания восстанавливаю-
щегося напряжения. Начальная СВН определяется в момент (после погаса-
ния дуги), когда восстанавливающееся напряжение имеет нулевое значение.
Предписанная СВН — скорость ВН, нормируемая ГОСТ для данной мощно-
сти отключения и класса напряжения.
Согласно ГОСТ 687-67 настройку испытательной схемы с одночастот-
ным процессом восстановления напряжения и требуемым коэффициентом
превышения амплитуды (стр. 184 и 185) производят так, чтобы кривая на-
пряжения рис. 79, б проходила через точки t =0, l/ = 0n(i = ^-,l/ =
= ^возврфл2^, где /0—значение нормированной частоты (§ 26). Время на-
ступления максимума восстанавливающегося напряжения не нормируется.
Пик восстанавливающегося напряжения при одночастотном процессе
восстановления — мгновенное значение восстанавливающегося напряжения
в момент достижения первого максимума переходной (высокочастотной) со-
ставляющей высокого напряжения, Дик высокого напряжения при много-
частотном процессе восстановления — мгновенные значения восстанавливаю-
щегося напряжения в точках максимумов кривой восстанавливающегося
напряжения.
Восстанавливающееся напряжение при испытаниях на отключение неуда-
ленных коротких замыканий зависит от восстанавливающегося напряжения
источника питания и колебаний напряжения на короткозамкнутой линии.
125
В качестве источника питания могут быть применены испытательные уста*
новки или электрические системы, которые могут обеспечивать требуемые
при испытании токи отключения и параметры восстанавливающегося напря-
жения. Восстанавливающееся напряжение источника питания должно соот-
ветствовать параметрам переходной составляющей, а возвращающееся напря-
жение равно 1/в р/]/3.
Колебательное напряжейие со стороны отключаемой линии при данном
токе определяется параметрами линии: волновым сопротивлением и коэф-
фициентом амплитуды короткозамкнутой линии. Стандартные значения этих
параметре® составляют соответственно 450 и 1,5 ом [16].
Испытательная схема характеризуется собственным восстанавливающимся
напряжением. Кривая восстанавливающегося напряжения переходного режима
при испытаниях должна сниматься индикатором восстанавливающегося на-
пряжения или электронным осциллографом при каждом изменении испыта-
тельной схемы. При этом, если потребуется, надо вносить полученные рас-
четным путем поправки на влияние выключателя на процесс восстановле-
ния напряжения.
Регулирование параметров восстанавливающегося напряжения для по-
лучения кривой, соответствующей рис. 79, а, допускается производить при
помощи специальных схем путем шунтирования выключателя двумя вет-
вями: одна ветвь — последовательное соединение активного сопротивления
и емкости и вторая ветвь —активное сопротивление, либо с одной ветвью
с последовательным соединением и С. Параметры регулирующих ветвей
подбираются экспериментальным путём с применением индикатора восста-
навливающегося напряжения.
Глава v Перенапряжения при испытании выключателей
в схемах с повышающими трансформаторами
§ 27. Методы решения задач
по определению величин токов и напряжений
при коммутационных процессах в контурах
При проведении испытаний аппаратов высокого напряжения в схеме
с ударным генератором и повышающим трансформатором в цепи генератор-
ного напряжения могут появляться напряжения, превышающие дойустимые
для изоляции статора ударного генератора. Теоретические и эксперимен-
тальные исследования перенапряжений в этих схемах были проведены
в Ленинградском филиале ВЭИ [2]. Анализ основных схем испытания по-
зволил правильно понять и учесть уровни коммутационных перенапряжений
при испытаниях и выбрать методы защиты ударного генератора от пере-
напряжений. Однако предварительно необходимо напомнить общую теорему
коммутации [80].
Для решения задач, относящихся к области нестационарных (переход-
ных или неустановившихся) режимов, как показал Рюденберг [80], для
контуров, состоящих из констант L, С, М и /?, включенных на постоян-
ное или переменное напряжение U, можно по законам Кирхгофа, для всех
замкнутых контуров, составить для изменения токов сумму дифференциаль-
ных уравнений:
S(£f+л4+и+-Ии')=£'- -О'-1’
При условии, что константы L, С, М и R не изменяются, указанные диф-
ференциальные уравнения можно путем разложения токов на две состав-
ляющие:
i = V + Г (V-2)
соответственно представить в виде двух сумм дифференциальных уравнений:
£(*•£+«£+«'+
И™)’°’
(V-3)
(V-4)
где Г — установившийся под влиянием приложенного к контуру напряже-
ния U ток после включения;
i* — уравнительный, затухающий со временем ток, появляющийся без
приложенного извне напряжения.
Число дифференциальных уравнений равно числу сопряженных конту-
ров данной схемы замещения. Характер изменения токов можно определить
интегрированием.
127
Пе рвое правило коммутации. Значение напряжения на зажи-
мах индуктивной катушки
di,
(V-5)
Предположение о том, что бесконечно малая величина <Ul внезапно, скач-
ком, изменилась по величине, должно было бы вызвать бесконечное по ве-
личине напряжение Ul, что противоречит, по выражению Рюденберга,
физическим возможностям. Следовательно, при внезапной коммутации ток
в самоиндукции не может измениться, и в момент t = 0 (момент коммута-
ции) общий ток в самоиндукциях контуров схемы не изменяется
iL = iL. (V-6).
и равняется току, который был до коммутации.
Второе правило коммутации. В емкости каждого контура
схемы замещения ток
= (V-7)
В связи с тем, что ток й (V-7) не может стать бесконечно большим, то на
зажимах емкости С не может быть скачкообразного изменения напряже-
ния. В момент 1 = 0 (момент коммутации) напряжение на зажимах емкости
сохраняет значение, имевшее место перед коммутацией:
Uс = Uc,. (V-8)
Аналогично (V-2) напряжение на емкости можно представить состоящим
из двух составляющих:
Uc = Uc + Uc, (V-9)
где Uc — установившееся напряжение;
Uc — постепенно затухающее уравнительное напряжение.
Общая теорема коммутации, сформулированная Рюденбергом
[80], гласит: «В цепях, содержащих индуктивности и емкости, ток i, на-
пряжение U, магнитный поток Ф и электрический заряд Q не могут в мо-
мент коммутации мгновенно принять новые значения i', {/', Ф' и Q'.
В таких "цепях возникают свободный ток i", свободное напряжение U",
свободный магнитный поток Ф" и свободный электрический заряд Q", убы-
вающие с течением времени до нуля и обеспечивающие непрерывный пере-
ход от исходного состояния цепи к новому ее состоянию».
Применение указанных методов к расчету перенапряжений в установке,
при испытании выключающих аппаратов, будет показано на основных схе-
мах замещения испытательной установки.
§ 28. Перенапряжения в цепи ударного генератора
при испытании электрических аппаратов
в схеме с повышающим трансформатором
В работе Г. Е. Агафонова и О. Б. Воловик [2] дан расчет уровня ком-
мутационных перенапряжений в цепи ударного генератора при испытании
выключателей высокого напряжения в схеме с повышающим трансформато-
ре»!. Причиной перенапряжений является емкостная связь (С12) между об-
мотками высокого и низкого напряжений повышающего трансформатора,
а величина их зависит от параметров трансформатора, цепи ударного гене-
128
ратора У Г и их связи с землей. Исследования, проведенные в Ленинград-
ском филиале ВЭИ, показали, что перенапряжения в цепи ударного гене-
ратора У Г* даже при глухом заземлении нейтрали, могут быть в несколько
раз больше допустимого для изоляции генератора. Для анализа принята
схема испытания одного полюса выключателя, показанная на рис. 80. Здесь
связь цепи ударного генератора с землей определяется емкостью С2 об-
мотки трансформатора Тр и емкостью фаз статора Сг. При разрыве испы-
туемым выключателем ИВ цепи тока короткого замыкания нестационарный
процесс, представляющий‘переход электромагнитной энергии в электроста-
тическую, обусловит через емкостную связь С12 появление на изоляции
статора У Г наведенного напряжения, которое может быть опасно для этой
изоляции, если не принять необходимых мер защиты от перенапряжений.
Рис. 80. Схема замещения при испытании
полюса выключателя:
УГ — ударный генератор; Lp и LT—индуктивности
в цепи испытания; Тр — повышающий трансформа-
тор; ИВ — испытуемый выключатель; г — сопротив-
ление в нейтрали генератора при глухом заземлении
нейтрали 2=0.
Рис. 81. Схема распределе-
ния емкости С1а по длине об-
мотки повышающего трансфор-
матора.
В обычных условиях защиты обмоток синхронного ударного генератора
снижения перенапряжения можно достигнуть подключением дополнитель-
ной емкости. Однако при испытании выключателей эта емкость может сни-
зить частоту собственных колебаний восстанавливающегося напряжения
и привести к нарушению нормативов, относящихся к этому параметру, что
нежелательно. Величина такой дополнительной емкости должна быть мини-
мальной. Значение ее можно определить, исходя из заданного допустимого
уровня перенапряжений. В работе [2] авторами для схемы замещения при
изложении метода расчета напряжения 1/2 принят ряд допущений:
а) распределение емкости С12 между обмотками (рис. 81), по длине об-
мотки, равномерное;
б) емкость С.2 сосредоточенная;
в) при определении £/, емкость С12 присоединена между серединами об-
моток / и //;
г) расчетная схема замещения испытательной цепи включена на НаПрЯ-
гУ. ч
жение у, a Ux принимается постоянным.
Таким образом, при испытании выключателя ИВ на включающую и от-
ключающую способность необходимо определить напряжение 1/2. Так как
искомое напряжение на изоляции У Г определяется по отношению к земле,
то рассматриваются только электростатические процессы. Схема замещения
принимается из условий стационарного режима. Рассмотрим схемы замеще-
ния для основных случаев роботы ударного генератора [2], для определе-
ния величин (/2.
5 9-173
129
Глухое замммиме нейтрали
Необходимо определить величину коммутационного перенапряжения Ua
для случая глухого заземления нейтрали ударного генератора, т. е. при Z =
= 0 (см. рис. 80).
Схема замещения для анализа величины коммутационного перенапряже-
ния при глухом заземлении нейтрали (Z = 0) представлена на рис. 82, а.
Составим уравнения переходного процесса для схемы замещения рис. 82, а:
i — *2 + ii,
(V-Ю)
(V-U)
y=i Sidt+Lt &+i
L^—= (v'12)
Значеже тока в колебательном контуре состоит из вынужденной со-
ставляющей тока V и свободной составляющей Г, согласно (V-2). Так
в
Рис. 82. Схемы замещения испытательной
установки при глухом заземлении нейтра-
ли ударного генератора г = 0:
а — полная схема замещения установки при при-
нятых допущениях; б — схема замещения при
Ut — const; в — схема замещения для’ определе-
ния свободной составляющей тока.
как переходный процесс завершается
в короткий промежуток времени и ча-
стота собственных колебаний контура
<в = 1/£кСк значительно больше -часто-
ты <о1( то напряжение Ui приближенно
можно принять постоянным. При Ui =
= const схема замещения рис. 82, а
примет вид рис. 82, б и тогда вынуж-
ч денная составляющая Г = 0; = 0
и ч =0; t/c. = O, a t/c„ = ^.
Определим свободную составляю-
щую токов. Схема замещения ' для
этого случая примет вид рис. 82, в.
Уравнения для определения свобод-
ной составляющей тока:
«' = h +С (V-13)
(V-14)
о--£Л’-<И‘*‘й- (V-15)
С di"
Решим эту систему дифференциальных уравнений. Выразим I i"dt и-^ через
ia и его производные. Для этого продифференцируем уравнение (V-13):
di" _ ЛТ .
dt dt ‘ dt '
Значение^- определим из уравнения (V-15):
dt LpC2y*al'
Продифференцировав по t уравнение (V-14), получим:
(V-16)
(V-15 а)
(V-17)
130
Выразим значение (Pi'/dP и i* через i2. Значение получим, продиф-
ференцировав уравнение (V-16) по t:
dV d?t” . d4t
dt* dt» + di» ’ (V-18)
В уравнении (V-18) величину можно заменить ее значением из (V-15a),
после дифференцирования последнего:
d»i" 1
dt» ~ LpC2l»‘ (V-19)
Подставляя (V-19) в (V-18), можно написать:
d»i" 1 , d»i!
dt» ~ LpCs l» + dt» ’ (V-20)
Значение i[ определим из уравнения (V-15). Проинтегрировав его, получим:
= (V-21)
Подставляя в (V-13) значение (V-21), получим:
I" = Ч + h =‘г+г^ U»dt' (V-22)
Вводя в (V-17) значения (V-22) и (V-21), получим:
0 - £<.' + drj+ (V-23)
Выразим в (V-23) значение i2 через U2. Так как значение
и»=тА1»^ (v-24)
то
i2' = C2^; (V-25)
Ht~L^dfl (V'26)
^5- — Ga^-- (V-^O
Подставляя в (V-23) значение (V-25) и вторую производную согласно
(V-27), получим:
1 f II"di 4- С» . dU» 4- ^и» 4- £т . 4- аи» - О PJ 2R<
c^J^+^T + ^^ + r/T+lT-0' <v-28>
Для устранения интеграла в дифференциальном уравнении (V-28) продиф-
ференцируем его по t и после приведения окончательно получим:
(V-29)
5*
131
Для решения дифференциального уравнения четвертого порядка (V-29) со-
ставим характеристическое уравнение, произведя подстановку:
а2е“';
~e ' dt ~ae’ dt'1
d3Ut d*Ui . at
-&=<*** И -^ = а‘Л
(V-30)
После подстановки в (V-29) значений (V-30) получим:
L'C&W + (§s + Ц + 1) <*** -*
г^, = 0-
ЬрС12
(V-31)
Тогда характеристическое уравнение для (V-31) будет иметь вид:
i’c«“,+fe+r;+')a2+^=0-
(V-32)
В уравнении (V-32) произведем следующие замены:
£ q ~ мь pc- = L С =
LpG12 Ltc2 ltg12
Кроме того, произведем простые преобразования в (V-32):
__L_ . 0
lpc12 ltc2 и-
— 4- — • — 4- 1\ а2 4-
£т + £р Сг+Ча +
Подставляя (V-33) в (V-34), получим:
л , 2 2 '22
^ + ft + ^ + lp + ^-0.
Ш2 уСО» COj / <02
(V-33)
(V-34)
(V-35)
Умножив левую и правую части на со2 =h 0, для характеристического
уравнения можно написать:
а* + (©? 4- <в? + ©з) а2 4- <о?со? = 0. (V-36)
Из последнего .уравнения получаем:
а2 = _ Kt_y..+ t4) ± |/К + + ^2 (V-37)
Обозначим: »
а? = —а®; а| = —6J; ai,2 = ±j(h; а3>4 = ±/&i.
Решение уравнения будет иметь вид:
t/2 = XiCosai/ 4- Sisina^ 4- Ct cosbj 4-O1sin61/. (V-38)
Перейдем к определению постоянных интегрирования по начальным
условиям.
По первому закону коммутации:
<(0) = 0; 1х(0) = 0.
132
По второму закону коммутации:
6/м(0) = 4- f idt\ „ = 0; U2(0) = 0; f= 0; i2(0) = 0;
ж L=£ <°)=0; 1 <°)=(°)+z« (°)-
Из уравнения (V-15), при подстановке f/2(0) = 0, получаем:
t/s(O) + Lp^1|#_o = O, откуда ^1^ = 0.
Для уравнения (V-14), после подстановки С/2(0) = 0,
£-^P,“+L’3iL>+(;!(0)’
откуда
dil =^
dt |/=0
Для определения U2 продифференцируем уравнение (V-38):
U£ (0) = U2 (0) — U2 (0) = Ai cos a^t + Вг sin art +
-f- Ci cos b\ -f- Dx sin b\t |/=o = ^41 -j- Ci = 0,
откуда
Ai = —Ci.
Продифференцируем уравнение для U2:
dU? dU2 dU2 л . , , D .
—2 — = Агаг sin a±t + cos —
— СД sin brt + Drbr cos 6^.
При значении t = 0 для (V-43) получим:
0 = a-fBi Db^.
Возьмем вторую производную от (V-43):
~ d2U2 d2U2 d2U2 2, , 2 в • г
= -^ —= Mi cos ait — a*Bi sin —
— CJfi cos t^t — Dibi sin bit.
(V-39)
(V-40)
(V-41)
(V-42)
(V-43)
(V-44)
(V-45)
При значении t = 0, при условии, что согласно (V-14) значение
d*t/s I =
dta |<=о 2Lt^2 ’
для (V-45) получаем:
^ = а1А1-Ь21С1. (V-46)
Возьмем третью производную для {/„" от (V-45):
dt3 ~ dt3 dt3 — ^iaisinfli‘
— afBi cosait b^sinfe^ — б’Г^со,^. (V-47)
При значении t = 0 для (V-47), при условии, что = 0, получаем:
0 = -a*Bi - b\Di.' (V-48)
133
Теперь не известными: обходимо решить систему четырех уравнений с четырьмя не- Л1 + С1 = 0; (V-41) aiBi+feiL» = 0; (V-44) -а^ - bfC, = ; (V-46) = (V-48)
Подставл: ходим: яя из (V-41) значение Д в (V-46), из последнего для Сх на- Ci = т т (V-49) (aj-i?) 2LtC2
и согласно (V -41) для Ai имеем: л= <v-50)
Из совме стного решения уравнений (V-44) и (V-48) находим: Р1 = 0иВ1 = 0. (V-51)
' Решение (V-49), (V-50) V дифференциального уравнения (V-38), после подстановки и (V-51), будет: а = + U2 = Aicosaxt 4- Вхsin a^t 4- Схcosbjt 4- 4- Di sin bjt = —-V (cos b^ — cos a^. (V-52)
Подстави в вместо из (V-33) его значение, равное <^, для иско-
мого напряже ния окончательно получим: t/<4 Ui W = 77^—<cos blt ~ cos (V-53) 2 (ax — bi)
Переходи □ряжений дл> м к решению задачи определения коммутационных нерена- I других схем замещения испытательной цепи.
Нейтраль ударного генератора заземлена через вшивное сопротивление
Проанализируем случай зазем
активное сопротивление R. При
Рис. 83. Схема замещения испытатель-
ной кепи при заземлении нейтрали
ударного генератора через активное
сопротивление R.
Вынужденные составляющие
Г = 0; i[ = 0; 4
ения нейтрали ударного генератора через
этом индуктивность Lp принята равной
нулю. Схема замещения для этого слу-
чая представлена на рис. 83. Дифферен-
циальные уравнения для схемы замеще-
ния будут:
Т = 2 + IT f idt + 4"
(V-54)
i = 4 + 4; (V-55)
0 = - 4- f i^dt + hR. (V-56)
G2 J
[ данной схемы будут:
0; t/;=0; Uct. = ^.
134
Определим свободные составляющие:
•п •*
* =н -н2;
о= —
Из уравнения (V-59) находим значение
и, подставляя в (V-58), напишем:
1 — с£яJ = 11 "t"*»•
Продифференцируем уравнение. (V-57):
(V-57)
(V-58)
(V-59)
(V-60)
(V-6t)
°=^+-^r+ii8-
>
.Подставляя в (V-62) вместо i” его значение (V-61), получаем:
о=- dt 1 । 1 f . 1 г- . 1 dt* + CjflQg J си12 + Ct 1»‘
Выразим i; через и;: U2 = J i^dt,
откуда .«_ р du; *2 ~ °8 ~ЗГ ’
(V-62)
(V-63)
тогда производные
di; _r d4i£.
dt ~G® dt* ’
_ r d»u;
di* — Cs dt» *
Подставляя значения производных в (V-63), можно написать:
. । Lr^ । 1 I Р I 1 W
U_ RC2 dt* +^2 dt* + cltpu* Cj dt ‘
Характеристическое уравнение будет иметь вид:
, Р « , а । р£т । . \ , 1 «
+ C2RP + \СИ£Т + 7 Р + CltR * С2£т “ °*
Обозначив
£^ = ш2; = и RQ = a
(V-64)
(V-65)
(V-66)
и подставив (V-66) в (V-65), а также умножив левую и правую части
на ©2, для (V-65) получим:
р» -|- ар» 4- (©? + 4- ®?а = 0. (V-67)
Пусть один из корней уравнения (V-67) будет какое-то действительное
число с. Разделив уравнение (V-67) на (р 4- с), получим квадратное урав-
нение: р» 4- 2ар 4- N = 0, откуда:
р =-a±]/a»-2V.
135 .
Обозначив a* —N = — b2, получим:
P2.3 = —a ± jb.
Решение уравнения для U" имеет вид:
С/2 = и; 4- U” = 0 + Ле-* + е* (В cos Ы + С sin bt). (V-68)
По начальным условиям находим постоянные интегрирования. Началь-
ные условия:
(4(0) = 0; jM4_o = O; t/ia(0) = 0;
Далее, из уравнения (V-59) получаем:
4г I i~dt, а при t — 0 i," = 0.
KGg J
Из уравнения (V-58) находим, что
32(0) = i''(0)-i1''(0) = 0.
dUi
= 0;
i(0) = 0.

Значение
(V-69)
• 7J7-I = 4-4(0) = 0.
at |/=о ь2
, Из уравнения (V-54) находим значение при t = 0:
di _ U
dt ~ 2£„ ’
(V-70)
(V-71)
нулю. Про-
(V-72)
(V-74)
так как второй и третий члены уравнения (V-54) равны
дифференцировав уравнение (V-56), находим значение при t = 0:
0 = -<U(0)+^.
Так как первый член уравнения (V-72) равен нулю, то при t = 0
5 = 0. (V-73)
Продифференцировав уравнение (V-55), напишем:
di dir । di%
dt^dT^dT'
Имея в виду (V-73) и (V-71), для (V-74) при значении t = 0 получим:
dit_ U_
dt ~2LT‘
Продифференцировав (V-70), для t = 0 находим:
<W2 = 1 di*
dt* Сг' dt '
(V-75)
(V-76)
Но, учтя (V-75), для (V-76), имея в виду (V-66), можно написать:
1 1 _L_^.o2
dt* ~ Сг dt ~ Сг ' 2£т “ 2 2-
Находим постоянные интегрирования. В момент t — 0 для (V-68) можно
написать:
С4(0) = А + В = 0.
(V-77)
(V-78)
136
Значение производной от (V-68):
= — сАет** — аег0* (В cos bt 4- С sin bt) 4-
4- (— ЬВ sin bt 4- b С cos bt). (V-79)
Значение (V-79) в момент времени / = 0:
= — с A — аВ+ЬС = Ь (V-80)
Значение второй производной от (V-68):
= (РАнг^* 4- а2е“(В cos bt 4- С sin bt) —
—ae~at (—ЬВ sin bt 4- bC cos bt) — aer0* (—bB sin bt 4- bC cos bt) 4-
+ e~a,(—b2 В cos bt — b2C sin bt). (V-81)
Значение второй производной, (V-81), для момента времени t = 0
с учетом (V-77):
^ = c*A+a*B-abC-abC-b*B = ^wl. (V-82)
Из системы трех уравнений с тремя неизвестными (V-78), (V-80) и (V-82)
находим значение постоянных А, В и С:
Л4-В = 0; (V-78)
—сА — аВ + ЬС = 0-, (V-80)
с2А 4- (а2 — 62) В — 2abC = <о2 (V-82)
Произведем подстановку А = —В в уравнение (V-80):
—А (а — с) + ЬС = О,
откуда
С = -^А (V-83)
Подставляя значение (V-83) в (V-82), после приведений получаем:
А((? 4-62 4- в® - 2ас) = -у < (V-84)
Из последнего уравнения:
U . V .
& ~ (а^с^+Ь2 И В = ~ (a—+ (V-85)
Вводя значение А из (V-85) в (V-83), находим:
с--^л=(^Тг- (V-86)
Подставляя постоянные интегрирования в уравнение (V-68), для Ua
окончательного находим:
6,2 = "Г • (a-ci' +P (-cosЫ ~ sinbt)] • (V'87)
137
Нейтраль ударного генератора заземлена через емкость
При заземлении нейтрали генератора через емкость Сг схема замеще-
ния будет представлена рис. 84, а. Дифференциальные уравнения, состав-
ленные для схемы замещения, будут:
<v-88>
0=—(V’89)
i = i"i “Ь is- (V-90)
Для определения значений свободных составляющих тока система
уравнений (V-88), (V-89) и (V-90) может быть написана в виде:
О = J £ dt + LT fa dt; (V-91)
° = —С? j dt + W j l"dt' (v-92>
? = % + (V-93)
Рис. 84. Схема замещения для случая заземления нейтрали
ударного генератора через емкость Сг.
В уравнение (V-91) вместо Г подставим его значение из (V-93):
+ (V-94)
Из уравнения (V-92) находим значение i2", выраженное через rf. Для
этого продифференцируем уравнение (V-92):
+ (V-95)
откуда
*2 = 4~ i"i • (V-96)
Подставив в (V-94) значение (V-96), после приведений получим:
г , r _1_7 I LTC2 £pC2\d2h
LrbpCg Лз + Ьт + ьр j Л
+ Й + с^ +<9f''-« = О- <V.97)
Продифференцировав уравнение (V-97), можно написать:
LLC \ (b \ L I I LPC2\dti” ।
138
Значение свободной составляющей напряжения 1)1, выраженное через
значение и согласно (V-96),
= = (V-99)
Умножив левую и правую части (V-98) на величину (£рСиСг) и произ-
ведя в (V-98) замену величин
1Я=“- (V-,00>
после подстановки (V-100) в (V-98) и умножения правой и левой части
уравнения на получим:
t /,ч2 I 2 , 2 I 2\d2zf .
+ (®1 + Ш2 + Ш1 + <М +
+ (<о>? + <оМ 4- <^®2) £ = 0. (V-101)
Для характеристического уравнения можно написать:
pi + (©? + “г + ©т + р8 + « 0. (V-102)
Обозначив корни биквадратного уравнения через ^-а2 и Ь2, для харак-
теристического уравнения можно написать:
(р2 4- а2)(р» 4- Ь2) = 0. (V-103)
Решение уравнения (V-101) имеет вид:
/Г = A cos at 4- В sin at 4- С cos bt 4- D sin bt. (V-104)
Для определения Ut можно использовать уравнение (V-99), после под-
становки в него значений и I di'^dt из исходного уравнения (V-104).
Решение для Ut будет также представлено в виде:
US = A' cos at 4- В' sin at 4- C'.cos bt 4- D' sin bt. (V-105)
Найдем значение вынужденной составляющей U£. В установившемся режиме
схему можно принять согласно рис. 84, б. Здесь:
t/s
, , ~2~См
{/с, = UcT = с,4-сг4-си 77 (V-106)
В соответствии с (V-100) произведем замену в (V-106). Тогда
2 2
rjf_ U
V2 — л * 2 2. 22
Z <ОГ<ОТ +
Теперь необходимо возвратиться к решению характеристического урав-
нения (V-102). Как известно, произведение корней квадратного уравнения
определяет свободный член этого уравнения. В уравнении (V-102) величина
4- 4- является свободным членом биквадратного уравнения
и его можно заменить произведением а2Ь2. Тогда для (V-107) можно
написать:
(V-107)
2 W
(V-108)
Значение
2 г
{/,(/) = Ui 4- t/s = -у • + А' cos at + В' sin-а/ 4-
4- С cos bt 4- D' sin bt. (V-109)
139
iidt = O; С i2dt = 0.
Начальные условия, для этого случая при / = 0, будут: t(0) = 0; ii(0) =
= 0; t/a (0) = 0; UCt (0) = 0; t/c„ (0) = 0; J idt = 0;
Из уравнения (V-90), при t = 0, находим, что it (0) = 0; ~ = 0. Из уравне-
ния (V-88), при t = 0, получаем
di_ и
dt ~2LT’
(V-109a)
Из уравнения (V-89), при t = 0, находим -^- = 0.
Продифференцировав (V-90) и подставив (V-109a) при / = 0, находим
значение
d±_ _U_
dt ~2LT‘
(V-110)
Далее, зная (V-110) и учтя обозначения (V-100), при / = 0, получаем зна-
чение
_ 1 U _ У_ „2
dt* ~ Са • dt — ЩСг ~ 2 8-
Затем, продифференцировав уравнения (V-88) и (V-89), находим, что при
t = 0
(V-lll)
— 0 и — 0
dt2 и и dt2 и‘
Далее, продифференцировав дважды уравнение (V-90), для / = 0, получим
_ 1 . d.2it п
dt2 ~ И dt3 ~ Сг dt2~
По данным начальных условий, определяем постоянные А', В', С'
и D'. Для момента времени i = 0 уравнение (V-109) примет вид:
2 2
i/a(O) = O = A'+C'4-4-3J- (V-112)
Производная от (V-109)
^2 = аА' sin at -|- аВ' cos at — bC' sin bt + bD' cos bt. (V-l 13)
Для времени t = Q уравнение (V-l 13) будет иметь вид:
= 0 = аВ' + bD’. (V-114)
Значение второй производной от (V-113):
= — а2 А' cos at - а2 В' sin at - b2C' cos bt —b2D' sin bt. (V-115)
При значении t = 0, имея в виду (V-lll) и приравнивая (V-lll) и про-
изводную от (V-115), находим:
= -аМ' - b2C = -%*. (V-116)
Третья производная
= a3A' sin at—а3 В'cosat + b^C sin bt — b3D'cos bt. (V-117)
При t—0 для (V-117) получим:
^» = 0 = a8B' — PD’. (V-118)
140
Таким образом, имеется четыре уравнения с четырьмя неизвестными
(V-112), (V-114), (V-116), (V-118):
2 2 л + v + 2 а2Ь2 ~ аВ' +bD' = 0; -&А' — Ь2С' = ^-« asB' — &D' =0. 0; >2- *2’ (V-112) (V-114) (V-116) (V-118)
Решая подстановкой систему уравнений, определяем значение
постоянных: [—^Lz£_1; Л — 2 2 L а2(Ь2 — а») J В' = 0; г, _ 2 “2 1 Ь2 ) . С ~ 6» — а2 D' = 0. Подставляя постоянные интегрирования (V-119), (V-119) (V-120) (V-121) (V-122) (V-120), (V-121)
и (V-122) в (V-109), окончательно находим: 2 2 г- 2 9 2 ,о i^a(O — 2 аЧА 2 Ь2 — a2 L cos»]. (V-123)
Нейтраль ударного генератора изолирована
Схема замещения испытательной цепи для этого случая представлена
на рис. 85. Дифференциальные уравнения для схемы замещения:
и. 2 cs. (V-124)
- (V-125)
i — С t-C2 ~dT' (V-126)
Рис. 85. Схема замещения испытательной цепи при
изолированной нейтрали ударного генератора г= оо.
Заменим в уравнении (V-124) i через U2, введя значение (V-126):
Обозначая
У___j-1 с I п
(V-127)
1
1тСг
(V-128)

и произведя подстановку (V-128) в уравнение (V-127), можно написать:
т = + А + ^2. (V-129)
141
Вынужденная составляющая
rr_Ut °*
Ui 2- (С2+Си)- £t - 2 ’ +
(V-130)
Найдем свободную составляющую:
0 = -^ + (®:+^)£/a". (V-131)
Характеристическое уравнение будет
p2-(<of+<o«)^=O
и значение корней ___________
Р1.2 = ± V— (®2 + “р) .
(V-132)
Решение уравнения (V-131) имеет вид:
[/; = A cos + <d®) / + В sin V + <в®) t. (V-133)
Находим свободные составляющие из начальных условий t/2 (0) = 0;
i(0) = 0; при / = 0
^? = C2i(0) = 0. (V-134)
Тогда а
U^ = Ui + U^^-^ +
4- Л cos 1 + В sin ^(“5 +«4) *• (V-135)
Далее находим: *
{/8(0) = 0 = -35-?.4 + А (V-136)
“ат ®Т
откуда определяем
Значение первой производной:
= - А /(<^ + <^) sin У((о22 + <о’) t +
+ В V (“*+<»?) с08 + <*>?)Л (V-138)
Вторая производная, при t = 0, будет:
^ = о = в/(<о*+ш;), (V-139)
откуда
В = 0. (V-140)
Подставляя постоянные интегрирования (V-137) и (V-140) в (V-135), окон-
чательно находим:
2
(V-141)
Исследования, проведенные в Ленинградском филиале ВЭИ, позволили
расчетным путем определить значения наведенных напряжений в переход-
ном режиме для трехфазной схемы испытания.
По данным работы [2] найдены значения коэффициента К, который
равен отношению наибольшей амплитуды наведенного напряжения к С/ф. макс
142
ударного генератора. Значения коэффициента К в зависимости от пара-
метров схемы испытания, показаны на рис. 86. Из приведенных значений
К видно, что кратность К наведенных напряжений может достичь опас-
ных значений для изоляции ударного генератора. Данные для параметров
схем испытания характеризовали оборудование лаборатории Ленинград-
скорости восстановления напряжения на контактах выключателя при
испытаниях. Поэтому указанные защитные емкости должны быть по вели-
чине такими, чтобы не сильно снижать крутизну волн восстанавливающе-
гося напряжения. Определение возможных, минимальных, величин защит-
ной емкости производится расчетом схем замещения. Кроме того, как
известно, для защиты ударного генератора от перенапряжений приме-
няются вентильные разрядники, включение которых между шинопроводом
ударного генератора и землей показано на рис. 57.
Глава VI
Колебательный контур проф. А. А. Горева
§ 29. Основные схемы колебательного контура
В 1937 г. проф. А. А. Горев предложил идею использования, для
испытания выключателей, колебательного разряда батареи конденсаторов.
Идея метода заключается в следующем. В лаборатории мощности отключения
на ударных генераторах энергия, необходимая для испытания выключателей,
получается за счет кинетической энергии вращающихся масс, сидящих на
валу синхронного генератора. В колебательном контуре для этой цели исполь-
зуется запас электрической энергии заряженных конденсаторов. Разряжая
батарею конденсаторов через реактор, при надлежащем подборе параметров,
можно получить необходимую частоту колебательного разряда. Это позволяет
создать мощную испытательную станцию при сравнительно ограниченных ка-
питаловложениях. В настоящее время такие испытательные установки стро-
ятся не только в СССР. Колебательный контур используется в синтетичес-
ких схемах и применяется в Англии, ФРГ, США и других странах.
Использование энергии колебательного разряд^ для испытания выклю-
чающих аппаратов высокого напряжения получило дальнейшее развитие
(гл. VII).
Рассмотрим основные схемы колебательного контура. Батарея высоко-
вольтных конденсаторов С (рис. 87, а), рассчитанная на необходимое при
испытании напряжение, заряжается через маломощную выпрямительную
установку в течение некоторого промежутка времени (обычнЬ порядка
минут). После окончания заряда батарея С посредством вспомогательного
так называемого оперативного выключателя ОВ замыкается через реактор
L на испытуемый выключатель ИВ. контакты которого замкнуты. В этой
цепи происходит колебательный разряд конденсаторов контура с медленно
затухающей амплитудой тока. С небольшим запаздыванием по отношению
к моменту замыкания контура (характеризующим время металлического
короткого замыкания), привод выключателя ИВ приводится В'действие,
контакты ИВ начинают расходиться, между контактами возникает дуга,
которая гаснет во время одного из переходов тока через нулевое значе-
ние. При обрыве тока в цепи контура напряжение на контактах выключа-
теля ИВ начинает возрастать, стремясь, в пределе, к двойному значению
напряжения батареи. Скорость восстановления напряжения при этом зна-
чительно превышает скорость восстановления напряжения в реальных
электрических сетях. Для регулирования скорости восстановления напря-
жения параллельно контактам ИВ присоединяется емкость Со. Подбором
величины Со можно изменять скорость восстановления напряжения и форму
восстанавливающегося напряжения. При этом необходимо стремиться к тому,
чтобы условия испытания на колебательном контуре соответствовали усло-
виям. испытания выключателя в сети. Подбором основных параметров
Ш
(C, L, Со) контура регу лицуются необходимые при испытании: сила тока
в контуре, частота, скорость, форма и амплитуда восстанавливающегося
напряжения. Выбор схемы соединения элементов колебательного контура
в определенной степени зависит от значений испытательного тока и от
напряжения на дуговом промежутке испытуемого выключателя, величина
которого влияет на затухание колебательного разряда в испытательной
цепи [44].
Одноконтурная схема колебательного контура
Простейшая схема колебательного контура (рис. 87, а), называемая
одноконтурной, применима, главным образом, для испытания выключате-
лей с небольшим напряжением на дуговом промежутке. Она используется
для испытания высоковольт-
ных выключателей на отклю-
чающую способность при боль-
ших токах отключения. Часто,
однако, на колебательном кон-
туре надо испытывать выклю-
чатели, номинальное напря-
жение которых ниже заряд-
ного напряжения основной ба-
тареи конденсаторов. При не-
дозаряде конденсаторов основ-
ной батареи испытательная
мощность контура резко сни-
жается, так как она про-
порциональна квадрату напря-
жения: Р = 1Р&С. Для более
эффективного использования
мощности контура, при ука-
занных испытаниях, в одно-
контурную схему рис. 87, а
Рис. 87. Основные схемы колеба-
тельного контура:
а — одноконтурная схема колебательного
контура, состоящая из батареи конденса-
торов С, реактора L, испытуемого выклю-
чателя ИВ, оперативного выключателя
ОВ, выпрямителя В, трансформатора Тр
и емкости С.
можно внести некоторые изменения. Так, например, в схеме рис. 87, б
конденсаторная батарея С заряжается до номинального напряжения (/,
а индуктивность выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить в кон-
туре С — Lt колебания с частотой f = 50 гц. При этом индуктивность L2
не будет влиять на частоту и величину тока, так как она будет зашун-
тирована малым сопротивлением дуги на контактах ИВ. При восстанов-
лении напряжения мгновенное значение напряжения батареи конденсато-
ров С разделяется между реакторами L± и L2 в соответствии с их индук-
тивностями. При соответствующем выборе индуктивностей на испытуемом
выключателе будет восстанавливаться номинальное напряжение выключа-
теля UСледовательно, испытательная мощность в этом случае Р =
= U^CU2, т. е. будет снижаться пропорционально лишь первой степени
напряжения.
145
Двухконтурная схема колебательного контура
При исследовании отключающей способности высоковольтных аппара-
тов надо установить надежность гашения ими дуги не только при больших,
но и при малых отключаемых токах. Однако с уменьшением тока увели-
чивается напряжение на дуге и длительность ее горения, в связи с чем
испытание в этом случае выключателя на одноконтурной схеме колеба-
тельного контура приводит к чрезмерно большому затуханию тока. В связи
с этим испытания на отключение малых токов целесообразно производить
по двухконтурной схеме, показанной на рис. 87, в. В двухконтурной схеме,
по основному колебательному контуру С = £ь проходит большой ток при
разряде конденсаторов батареи С, а через ответвление Л2, включенное
параллельно основному реактору, и испытуемый выключатель ИВ проходит
малый ток. Таким образом, запас энергии батареи конденсаторов С такой
же, как при испытаниях на большие токи, но величина потерь энергии
в дуге при испытании ИВ относительно невелика, ибо через ИВ протекает
лишь необходимая часть общего тока.
Вследствие этого затухание колебательного разряда в двухконтурных
схемах будет сравнительно невелико, что дает возможность проводить пол-
ноценные испытания аппаратов высокого напряжения и в области малых
токов отключения. Кроме того, двухконтурные схемы применяются и для
испытания выключателей, номинальное напряжение которых ниже или выше
зарядного напряжения батареи конденсаторов контура. В последнем случае
(рис. 87, е) применяется воздушный автотрансформатор АТ, который повы-
шает напряжение конденсаторной батареи при восстановлении напряжения
на ИВ. При испытании выключателей, номинальное напряжение которых
ниже зарядного напряжения конденсаторной батареи, применяется схема
рис. 87 ,д, которая аналогична схеме рис. 87, б.
Трансформаторные схемы колебательного контура
Включение трансформатора в испытательную цепь колебательного
контура показано на рис. 87, е. Испытуемый выключатель ИВ включается
параллельно вторичной обмотке трансформатора Тр. Индуктивность транс-
форматора используется как составная часть общей индуктивности L реак-
тора и, если Lrp = L, то реактор можно не устанавливать. В трансформа-
торных схемах колебательного контура трансформатор работает в режиме
короткого замыкания, так как вторичная обмотка его замкнута
через небольшое сопротивление дугового промежутка ИВ. При
этом режиме работы активные потери в железе трансформатора будут
значительно меньше, чем активные потери в меди, и наличие «железа»
в цепи колебательного контура не приводит к заметному увеличению зату-
хания колебательного разряда. Однако отношение -£ для трансформаторов
выше, чем для реакторов, поэтому наличие трансформаторов в контуре
на несколько процентов увеличит затухание за полупериод тока. Трансфор-
маторы в цепи колебательного контура применяются для повышения или
понижения испытательного напряжения и включаются по одноконтурной
(рис. 87, е) и двухконтурной (рис. 87, ж) схемам. Применяется также авто-
трансформаторная схема (рис. 87, з). Таким образом, колебательный контур
является достаточно гибкой установкой, позволяющей испытывать выклю-
чающие аппараты различных классов напряжения в большом диапазоне
отключаемых токов. Однако для создания таких установок на большие
мощности отключения необходимы большие капитальные затраты. Поэтому
для исследования в дальнейшем были созданы искусственные синтетиче-
ские схемы (гл. VII).
146
§ 30. Электрический расчет колебательного контура
Математический анализ процессов, происходящих при испытании дуго-
гасительного устройства выключающего аппарата, включенного в испыта-
тельную цепь колебательного контура, можно произвести путем введения
эквивалентных схем замещения, характеризующих испытательную цепь,
в два различных момента времени. Первый момент времени (рис. 88, а)
характеризует разряд емкости С испытательного контура после замыкания
цепи при помощи быстродействующего замыкателя БЗ, представляющего
управляемый искровой промежуток, или воздушный выключатель, на испы-
туемый выключатель ИВ. В этой схеме
утечки конденсаторной батареи С; R —
полное / сопротивление испытательной
цепи, включающее активное сопротивле-
ние соединительных шин, реактора L
и сопротивления дуги на контактах ИВ.
Сопротивление дуги можно учесть опре-
деленной величиной добавочного актив-
ного сопротивления, считая его постоян-
ным на протяжении времени горения
дуги. Эта схема замещения будет харак-
теризовать процесс испытания до мо-
мента времени, когда дуга на расходя-
щихся контактах ИВ погаснет. Вторая
схема замещения (рис. 88, б) будет дей-
ствительна, начиная с момента погаса-
замещения г— сопротивление
63t
Рис. 88. Эквивалентные схемы замещения коле-
бательного контура для расчета основных не-
с
а
личин:
а — схема замещения в первой стадии горения дуги на
контактах ИВ; б — схема замещения для второй стадии,
начиная с момента гашения дуги и восстановления на-
пряжения на контактах ИВ; в — схема замещения после
гашения дуги на контактах ИВ, когда сопротивление
дуги равно бесконечности; г — схема замещения при г»
-оо и г0 «= м, т. е. когда токами утечки конденсаторов
С и Со можно пренебречь; д — схема замещения
идеального колебательного контура без потерь.
в
в*
4
И
ния дуги на контактах ИВ, и будет определять процесс восстановления
напряжения на деионизирующемся дуговом промежутке. При анализе
первой схемы (рис. 88, а) можно написать:
+ . (VI-1)
Кроме того, значения
и
h=—', (VI-3)
U = hR+L^,. , (VI-4)
где t — ток разряда емкости С;
ii — ток через испытуемый выключатель;
i2 — ток через сопротивление утечки г;
U — напряжение на емкости С.
147
. Подставляя значения (VI-2) и (VI-3) в (VI-1), получим:
-C^^ir + ^r. (VI-5)
Продифференцировав уравнение (VI-4), получим:
dJz-R^+L^-- <v[-6>
Подставив значение (VI-6) и значение (VI-4) в уравнение (VI-5), находим:
। i ft + f _ о (VI-7)
dt^dt CLr CLr V- *V
Уравнение (VI-7) представляет линейное однородное дифференциальное
уравнение 2-го порядка с постоянными коэффициентами. Характеристичес-
кое уравнение в этом случае будет
a2 1 Cg±La + ^r:=o (VI-8)
и корни его
п, 0 - _ + 1/(^ + Ь)а /? + г. ,VI ™
a,-2— 2CLr ± V 4C*Ltrt CLr (vly)
Обозначив
CRr -|- L 5 R + г » А7Т Qo\
-2CZT" = 8 и ТЕГ^О’ (VI-9a)
для уравнения (VI-9) можно написать:
ai = _8 +/82-0)2;
аг==_8+/8^^.
(VI-10)
Если постоянные цепи разрядного контура связаны соотношением
®0 >8,
то имеет место колебательный разряд емкости С. Корни характеристиче-
ского уравнения будут представлять в этом случае сопряженные комплексы
из действительной отрицательной и мнимой величин. Обозначив <в2— В2 =
= <о2 и имея в виду (VI-10), получим:
О) = 8 -j- /<о; аг = — 8 — /со. (VI-11)
Общее решение уравнения (VI-7), в случае комплексных корней урав-
нения (VI-8), будет иметь вид:
= (Л) sin <&t + Л4 cos e~bt.
Начальные условия будут: 1) при t = О
4 = О
и 2) при / = 0
(7 = (/в.
Подставляя первое начальное условие в (VI-12), получим:
О = Ла cos = Ла.
(VI-12)
(VI-13)
148
Тогда для уравнения (VI-12) можно написать:
ix = sin©/ • е~(VI-14)
Для того, чтобы использовать второе начальное условие, подставим в урав-
нение (VI-4) значение (VI-14) и его производную
= Лх® cos©/ • е-** — i418sin®Z • e~s/, (VI-15)
тогда вместо (VI-4) получим:
U = iiR + = Д sincosco/ • е~г<—
— Л^ sin©/ • е-6<. (VI-16)
Подставляя в (VI-16) второе начальное условие, получим:
£/н = Л|©£,,
откуда для значения постоянной Л] находим:
(V1-17)
Вводя значение (VI-17) в (VI-12), можно написать:
ii = er** sin ©/. (VI -18)
Найдем выражение для напряжения на емкости С. Для этого, подставив
значение (VI-17) в уравнение (VI-16), получим:
U с = e-s< [sin©/ (R - 8£) + ©L cos ©/]. (VI-19)
Обозначим:
R — 8L . о
/(₽ — »)«+ (<bL)« sm Р’ (VI-20)
- = = cos ₽. (VI-21)
V(R — 8)« + (<о£)г r V '
Умножим числитель и знаменатель (VI-19) на 'К (R—8)24-(©£)2,
получим:
sin©/ , =
WL L /(/? —6)2 + (<ot)2

(VI-22)
Учитывая обозначения (VI-20) и (VI-21), для (VI-22) можно написать:
U e~bt
Uc =-------------------[sin ©/ sin р + cos ©/ cos §], (VI -23)
]/(/?-<)*+ (©£)*
или окончательно, выражение для Uc будет иметь вид:
Uс = • (VI-24)
149
§ 31. Восстановление напряжения на контактах выключателя
после погасания дуги.
Во второй фазе процесса, после обрыва дуги в выключателе, начинается
восстановление напряжения на его контактах. Для определения математиче-
ского выражения величины восстанавливающегося напряжения, а также
скорости восстановления напряжения на контактах выключателя и других
величин, знание которых необходимо при испытаниях, принимается экви-
валентная схема замещения, представленная на рис. 88, б (Со — емкость
дополнительной батареи конденсаторов; г0 —сопротивление утечки дополни-
тельной емкости Со).
При решении задачи на основе этой эквивалентной схемы принимается,
что при переходе тока через нуль дуга на контактах выключателя погасает,
а заряд емкости конденсатора Со, зажимы которой во время горения дуги
были закорочены через весьма малое сопротивление дуги, к моменту пога-
сания последней равен нулю. В связи с этим можно допустить, что к мо-
менту перехода тока через нулевое значение сопротивление дугового проме-
жутка ИВ будет равно бесконечности. Следовательно, вся энергия колеба-
тельного контура будет определяться электрическим полем конденсаторов С,
основной батареи контура'. В связи с этим процесс восстановления напря-
жения на дуговом промежутке ИВ можно трактовать как разряд емкости С
на испытательную цепь, представленную на рис. 88, в (где R— не вклю-
чает сопротивления дуги). Емкость С к началу этого процесса будет иметь
некоторое напряжение t/0. Обозначив контурные токи в испытательной цепи
согласно рис. 88, в, можно написать следующие соотношения: ток через
емкость Со
dUr
4 = С0-^, (VI-25)
где Uс, — напряжение на емкости Со. Ток через сопротивление утечки г0
Ur
h = (VI-26)
_ 'о
Ток через реактор
4= 4 4~ 4 = 4'~^! • (VI-27)
Напряжение на емкости С
Uc = Rh + L^t+Uc.. (VI-28)
Подставив в (VI-28) значение тока (VI-27), получим:
ис = LC0 + (RC0 + -£-) + Uс. (£ + 1) • (VI-29)
Ток через сопротивление г
4 = ^. (VI-30)
Подставив сюда значение Uc, согласно (VI-29), найдем:
Ток i = ii 4- 4, протекающий через емкость С, после подстановки значений
4 из (VI-27) и 4 из (VI-31), будет:
= с.^ + <£> + • 1 (яс. +1) + и с. (*- +1) • (VI-32)
CLI Г& Ul^ Г UI Г \ iQ/ \'О •
150
Но ток через емкость С можно выразить через t/c, на этой емкости
i = C^. (VI-33)
Продифференцировав уравнение (VI-29) и умножив его на.(—С), получим:
i = ^£CC.+ ^pW + $+^(? + c). (VI-34)
Так как левые части уравнений (VI-32) и (VI-34) равны, то, приравняв
их правые части, напишем дифференциальное уравнение, описывающее про-
цесс изменения напряжения на емкости Со, которое после приведения его
к каноническому виду будет:
^с, , ^ис. RCCorro + LCr + LCoro , ^с. IRC , r ,RC0 L,r\
\----------------------------+~ar Ur+ °+~+rT0+G/ +
+ 1/c.(^ + t- + 4) = °- (VI-35)
Обозначив коэффициенты
+ ==«.+ ’+ *==Л; (VI-36)
ЬС*Ь0ГГ0 L, с'0Г0
RCr + Corro + PQ/o + Crr0 + L_R + r , Z? + r0 t 1 . p /VI
LCCorro “ LCr *" LCor. ^CCQrr0^n
И
(V1-38)
для уравнения (VI-35) можно написать:
cPUr d4Jr dU-
т+тл+-^+^ = °- (vi-зэ)
Уравнение (VI-39) есть линейное однородное дифференциальное уравнение
третьего порядка с постоянными коэффициентами. Его характеристическое
уравнение будет иметь вид:
р8 + Лр2 + Вр + У = 0. (VI-40)
Решение этого кубического уравнения в общем виде достаточно громоздко.
Но при значениях параметров, характерных для такой испытательной цепи,
величины коэффициентов при р8 и р2 получаются во много раз меньше коэф-
фициентов В и N. Так, например, зная величины испытательной установки
С, г, L, В, Св и г0, после подсчетов получаем: коэффициент при fP равен 1;
при р2 равен А — 5; при р равен В^5 • 107 и свободный член ЛГ^5-К)7.
В этом случае один вещественный корень кубического уравнения (VI-40)
приближенно можно определить из уравнения
Bp + N — Q, (VI-41)
откуда для значения корня pt получим:
Я = -4 = -₽о- (VI-42)
Наличие значения одного корня (VI-42) позволяет путем деления характе-
ристического уравнения (VI-40) на (р—Pi) понизить степень его и полу-
чить квадратное уравнение:
Р2 + (Л + Pi) Р + (APi + Pi) + В = Р
или (VI-43)
р2 + ар + Ь = 0,
151
где
а = Л + р, = Л-А и b= Ар1 + В = А^- + В. (VI-44)
Значением можно пренебречь, так как эта величина мала. Из уравнения
(VI-43) определяем два других корня характеристического уравнения:
а 1 1 / я2 г
₽2, з — ~2 — у Т •
(VI-45)
Нас интересует случай колебательного разряда. Для этого случая: b > у.
Введем обозначения: а0 = у и ш0 = b — у = — а2; при этом а>о —
— ад = Ь. Тогда, для (VI-45) можно написать:
Р2, з = — «о ± /®о- (V1-46)
Имея значения корней характеристического уравнения, напишем общее ре-
шение однородного линейного дифференциального уравнения третьего порядка
(VI-39), которое имеет вид:
U с. — sin <o0t + /Cse-0*' cos ЦЛ (VI-47)
Для определения постоянных Ku Kt, Кз следует воспользоваться началь-
ными условиями, которых также должно быть три.
Первое начальное условие: напряжение на емкости не может измениться
скачком, поэтому при t — 0, Uc, = 0.
Второе начальное условие: ток в индуктивности не может измениться
скачком, следовательно, и составляющая этого тока при t = 0 i8 = 0.
Третье начальное условие: напряжение на емкости С в момент t = 0
равняется Uo— остаточному напряжению после погасания дуги в выклю-
чателе.
Таким образом, в момент
/ = 0
Uc. = 0;
is = 0;
UC = UO.
(VI-48)
(VI-49)
(VI-50)
Согласно первому начальному условию (VI-48) для (VI-47) получим: 0 =
= Л\ + Лз, откуда
Кз = -Кг.
(VI-51)
После подстановки в (VI-25) второго начального условия • при значении
производной от (VI-47) '
= —₽oA’ie_₽,/ + Ktf~a,t®3 cos <»0/ — sin соо/ —
— /Gaoe-0** cos sin ©о/ = 0,
получим:
0 = —— КэР’О (VI-52)
или, учитывая (VI-51), после подстановки можно написать:
/С1 (СЦ)-------------------------Ро) = --^С2®0>
откуда
К1(°о~Ро)
““ •
(VI-53)
152
Подставив значения /С2 и /С8, выраженные через из (VI-51) и (VI-53)
в уравнение (VI-47), получим:
Uc = /Cj (е~М — a°~^ne~a«<sin «Ио/ — e~a,t cos . (VI-54)
Значение производной от (VI-54):
= Ki (—poeHi,< + °0 aoe-0*' sin <o0t — °0~7~ cooe-»»' cos a>ot +
+ cos u>ot + e““«z<oo sin (o0t). (VI-55)
В уравнение (VI-29) входят значения: Uc, — определяемое уравнением
d</_
(VI-54) и co значением no (VI-55). При t = 0 значение (VI-54) будет:
(t/c.)/=o = O, (VI-56)
а значение (VI-55), при t = О,
IdUr \
(тко = °- <VI-57)
Следовательно, при подстановке в (VI-29) третьего начального условия,
получим:
dWr
(Uc)t^ = LC0-^ = U0. (VI-58)
Продифференцировав уравнение (VI-55) и умножив на LC0, для (VI-58)
получим: LC0 [(Оо - ро)2 + = uo, (VI-59)
откуда + LC'F' (VI-60)
где F = («о — Ро)2 + <во- Подставив значение Ki из (VI-60) в выражение
(VI-54), находим
Uc. = T&F ~ е~"‘ | sin ®°Z + cos “°Z]} * (VI-61)
(VI-61a)
Умножив и разделив выражение в квадратной скобке уравнения (VI-61)
на ]/ (Оо - Ро)2 + %2 и обозначив
a°~~fel, = a°~/° = sin <р ;
К«о-₽о)2+<о: Vf
3/ м° = Й = cosф»’
1/(«о-М2 + ^ vF
для (VI-61) можно написать:
Uc, = Uc~F16-3’'— fsi п at sln + cos cos • (VI-62)
( COS • J
Так как выражение в квадратных скобках есть cos (со/ — ф„), то для Uc,
можно написать окончательное выражение:
= Zgf ф,)] <V|-&3'
153
Таким образом, форма восстанавливающегося напряжения определяется
выражением (VI-63). '
Для расчета скорости восстановления напряжения найдем выражение
для тока i8, протекающего через емкость Св:
‘•з = Со^. (VI-64)
Взяв производную от уравнения (VI-63), после преобразований, для (VI-64)
получим:
i» = 77 Юо cos («rf — <p„) + юв sin (©0< — <р„)] — . (VI-65)
Умножим и разделим выражение в квадратной скобке (VI-65) на
+ =
Из выражения (V1-61а)
<0п
cos<₽« = 7f-
Тогда для (VI-65) можно написать:
и0 “о + «о»Г ав , . ч ,
»’ = LF ---------- i7-f—cos (<* - *-> +
у-p IV ао + “о
+ , l£g_^sin (<М - Фя)1 - poe-W .
у <4+®о J
(VI-66)
(VI-67)
(VI-68)
Обозначив
для (VI-66) получим
/ __vo
— LF
-----[sin («>о/ — ф„) cos ф/ + cos (<></ — ф„) sin ф4] — рое'_И =
I
= и ('-Ч&sin ы +<Р1) - (VM9>
У Fb
Но, написав, что sin (a>ot — ф„ 4- Фх) = sin 4- <р где фх = Ф1 — ф„,
можно также написать, что
sin ф, = sin (фх — ф„) = sin фх cos фя — cos фх sin Фх.
Тогда, введя в (VI-69) siiKpj и cos фх из (VI-67) и (VI-68), а также 8Шф„
и совфЛ из (V1-61 а), получим, что
_ °0 , а*--Р» __ Рет« /Х7Т *7П\
sin<P/ у--у- у- у- уpt>' (VI-70)
Подставив в (VI-69) значение (VI-70), после преобразований можно написать:
/ _ ^«Ро fg—a,tsin С*8** + Ф/) ₽,Л (VI-71)
8 LF \ sin <р/ J * v '
164
Скорость восстановления напряжения на. емкости Со (рис. 88, б), то есть
на контактах испытуемого выключателя ИВ,
d^c_, _J» = t/oPo sin («* + <?/) _ ₽,Д
dt Со LFC0\ sin<pz J’
(VI-72)
Полученные формулы (VI-63), (VI-71) и (VI-72) для. вычислений формы
и величины восстанавливающегося напряжения, тока, протекающего через
емкость Со, а также скорости восстанавливающегося напряжения на контак-
тах испытуемого выключателя являются все же достаточно сложными.
Однако указанные формулы можно упростить, если пренебречь сопротивле-
ниями утечек г и г0, шунтирующих емкости С и С0 и определяющих по-
тери в них. Для конденсаторов с высоким качеством диэлектрика эти потери
малы и их влияние на процесс восстановления напряжения на испытуемом
выключателе также небольшое. Тогда схему замещения рис. 88, б можно
заменить схемой рис. 88, г. Для этой схемы величины г = со и г0 = со.
Подставив их значения в уравнения (VI-63), (VI-71) и (VI-72), найдем
Л/л
новые значения 17с,, i3 = iCt, . Введя в уравнения (VI-36), (VI-37)
и (VI-38) значения г = со и г0 = со, получим:
А-^-- А~ L ' (VI-73)
B = LC + Л7 = 0. Для значения (VI-42) находим, что 1 LCo' (VI-74) (VI-75)
N р1 = -~в = Величина Оо теперь А ао~ 2 z а значение -₽о = О. _ /? “ 2L ’ (VI-76) (VI-77)
Выражение для величины 1/£±£о Г LCC0 № 4L*' (VI-78)
7г = (ао-₽о)2 + %2 = ао2 + <во2 = 6 = 5 = ^^2. (VI-79)
Для восстанавливающегося напряжения Uc„ (VI-63), после подстановки зна-
чения (VI-79) получаем:
<Jc. = и,{1 -е— • (VI-80)
тт \ duc
Для того чтобы получить упрощенное выражение для i3 и преобра-
зуем уравнение (VI-71). Так как согласно (VI-70) sin<p/ = -у=-, а значе-
у Fb
те F = b— В и УFb = F и, кроме того, так как по (VI-76)
Ро = 0, то sin<pz = O и <р( = 0. После подстановки в (VI-71) этих значений
и преобразований для тока i3 = ic, протекающего через емкость Св
(рис. 88, в), получим:
(VI-81)
Значение скорости восстановления напряжения
dur t. и
(VI-82)
155
Упрощенные'формулы (VI-80), (VI-81) и (VI-82) практически в достаточ-
ной мере соответствуют реальному процессу изменения напряжений и токов
при испытании дугогасящих устройств в цепи колебательного контура
в режиме отключения токов короткого замыкания. Характер изменения
тока при разряде колебательного контура —/к» по уравнению (VI-18),
напряжения Uc, по (VI-24), и I/с., согласно (VI-80), показан на рис. 89, а.
Дан также характер изменения {/д — напряжения дуги на контактах ИВ.
Время горения дуги равно /д, после чего дуга гаснет и к испытуемому
выключателю прикладывается высокое восстанавливающееся напряжение Uc9-
Вопрос о величине и частоте колебаний Uc0 изложен в § 26. На рис. 89, б
показано графически изменение тех же величин при испытании выключаю-
щего аппарата на колебательном контуре, но для случая, когда восстанав-
ливающееся напряжение вызы-
вает пробой дугового промежут-
ка и повторное зажигание дуги
на контактах исследуемого вы-
ключателя. Здесь время горения
дуги /д длится до момента пере-
хода тока контура /к через ну-
левое значение, дуга гаснет.
Затем восстанавливающееся на-
пряжение Uc9, приложенное на
Рис. 89. Характер изменения основных
величин при испытании выключателя
на колебательном контуре:
а, б—изменение напряжения Uq, тока /к
колебательного контура восстанавливающего-
ся напряжения Uc* и напряжения дуги С7Д
соответственно на контактах испытуемого
выключателя и при повторном зажигании
дуги.
протяжении времени /0, снова вызывает пробой между контактами ИВ
и дуга горит на протяжении времени /д до вторичного погасания и при-
ложения восстанавливающегося напряжения Uc0-
§ 32. Колебательный контур ВЭИ
Предложенная впервые проф. А. А. Горевым в 1937 г. идея исполь-
зования колебательного контура промышленной частоты как источник мощ-
ности для испытания выключателей переменного тока была впервые осу-
ществлена в 1950 г. в ВЭИ в лаборатории коммутационной аппаратуры.
Проект колебательного контура был разработан в ЛПИ, при общем наблю-
дений проф. А. А. Горева и под руководством преф. В. Ю. Гессена [34].
В ВЭИ на базе колебательного контура была создана также синтетическая
схема для испытания выключателей, которая будет рассмотрена при опи-
сании синтетических схем испытания. При работе ВЭИ по созданию кон-
тура проект был существенно изменен: переработана система защиты от
коротких замыканий внутри конденсаторов, установка для заряда батареи
конденсаторов; Н. М. Чернышевым и А. М. Арзяевым разработана и при-
менена оригинальная схема и прибор для автоматического управления
опытом (ПАУ), который позволяет с заранее заданной последовательностью
во времени (с точностью до 0,01 сек) включать в цепи испытания выклю-
чателя источники тока и восстанавливающегося напряжения, а также вспо-
могательные цепи и узлы установки. При выборе параметров колебатель*
156
ного контура было поставлено требование получения мощности короткого
замыкания 1250 Мва (при прямых испытаниях, в пересчете на трехфазный
режим), при номинальных напряжениях 50, 100 и 200 кв. эф. При расчете
синтетической схемы ставилась задача испытания воздушных выключателей
на 400 кв при величине отключаемого тока 10—12 ка. Так как начальная
величина энергии заряда конденсаторов батареи относительно невелика,
то применение колебательного контура оказалось подходящим лишь для
испытания таких быстродействующих выключающих аппаратов, как воз-
душные выключатели, разрядники, предохранители, у которых время горе-
ния дуги находится в пределах одного полупериода пятидесятипериодной
частоты.
При выборе основных параметров колебательного контура для испы-
таний в синтетической схеме была поставлена задача, чтобы испытательная
установка обеспечила испытание выключателей на 400 кв с мощностью
отключения не менее 10000/Ива, а также выключателей на 220 и ПО кв
с мощностью отключения 5000 и 2500 Мва. При испытаниях на колеба-
тельном контуре без использования синтетической схемы установка должна
обеспечить испытание у фазы выключателя на 220 кв с мощностью отклю-
чения 2500 Мва. или целой фазы при у отключаемого тока. Трехфазная
мощность короткого замыкания
Рзф = 37/ф/ф = з /ф = V 3 £/л7ф, (VI-83)
V 3
где t/ф —фазовое напряжение сети;
/ф —ток короткого замыкания, текущий в фазе.
При отключении короткого замыкания в реальной сети одна фаза вы-
ключателя должна разорвать ток /ф = /Откл при напряжении 1,5£/ф, сле-
довательно, мощность, отключаемая одной фазой выключателя при трех-
фазном коротком замыкании, или испытательная мощность одной фазы
выключателя
Р1ф = РИСП =1,51/ф/ОТКЛ = 1 ,5 у-— /ОТКЛ = ~2~ * 1/"о откл ~
Таким образом, при испытании выключателя одна его фаза должна отклю-
чить мощность, равную у \ трехфазной мощности при напряжении 1,5(/ф
сети. Значение отключаемого тока
/ — РзФ
/откл-^л’
Испытания в синтетической схеме. Для того, чтобы не возвращаться
при описании синтетической схемы на базе колебательного контура к во-
просу о выборе параметров контура, рассмотрим их здесь в самом сжа-
том виде.
1. При испытании выключателей на 400 кв. с Рзф= 10000 Мва, ток
отключения
7 10 000.10е .,ллл
/откл = 77=------; = 14400 а.
V з • 400 • 10»
157
Напряжение основной батареи конденсаторов при испытаниях на такой
ток отключения в синтетической схеме Ua = 50 кв. Мощность колебатель-
ного контура Рк. к = UJotKx = 50 • 14,4 = 720 Мва.
2. Для испытания выключателей на 220 кв, при Рзф = 5000 Мва, со-
гласно (VI-84), для мощности отключения имеем:
Рогкл = = 2500 Мва.
220
Восстанавливающееся напряжение UB.B = 1,5- ~= = 191 кв. Отключаемый ток
г 3
. 5000-10’ 1Ч1ППя
/откл-/=§ .220-10» 13100 °'
Напряжение основной батареи конденсаторов UB = 50 кв. эф, а мощность
колебательного контура Рк. к = UBl<mui = 50 • 13,1 = 655 Мва.
3. Для испытания выключателей на 220 кв, при Рзф= 2500 Мва, мощ-
ность отключенця согласно (VI-84)
Ро™ = Н^ = ^= 1250 Мва.
Восстанавливающееся напряжение UB.B — 191 кв, а отключаемый ток
, 2500 • ю» сесп
1ткл ~ Гз • 220 • 10» “ 6550 а-
Напряжение основной батареи для получения такого тока Ue =
= 100 кв. эф, а мощность колебательного контура Рк. к = tVo™ =
= 100 • 6,55 = 655 Мва.
4. Для испытания выключателей на 110 кв, при Рзф = 2500 Мва,
мощность отключения согласно (VI-84)
Ротел=^ = ^^ 1250 Мва
при восстанавливающемся напряжении UB. н = 1,5 = 95,5 кв и токе от-
ключения
, _ 2500 И0» _1Ч1ПП/,
/откл “ Гз • 100 • 10» ~ 13100 а-
Напряжение основной батареи конденсаторов колебательного контура при
испытаниях на такой ток в синтетической схеме {7Н = 50 кв. Тогда мощ-
ность колебательного контура Рк. к = — 655 Мва.
Выбор основных параметров при испытаниях на колебательном кон-
туре без использования синтетической схемы. 1. При испытании у фазы
выключателя на 220 кв с Рзф = 2500 Мва мощность колебательного контура
Рк.к = Роткл = А = = 625 Мва.
Испытательное напряжение при этом
июп = ив = 0,5 • 1,5 = 95,5 кв,
а отключаемый ток
, _ 625 • 10» _ л
^откл — 95,5 • 10» ~ °”
158
2. При испытании целой фазы выключателя на 220 кв при у отклю-
чаемого тока
/«пел =^ = 3275 а,
при испытательном напряжении
^веп= 1,5^= 191 Кв
Г **
и при мощности отключения - *
/’откл = Рк. к = 191 • 3,275 = 625 Мва.
Батарея конденсаторов колебательного контура состоит из конденсаторов
типа К-3, разработанного на кафедре ТВНЛПИ им. М. И. Калинина спе-
циально для применения в схемах колебательного контура. Параметры
конденсатора К-3:
Рабочее напряжение 1/раб, кв макс........... 70,5
Напряжение испытания £/исп, кв макс .... 100
Емкость С, мкф.............................. 2,4
Габаритные размеры, мм................... 450 x 800x1250
Удельная энергия, вт/дм3...................... 13,2
Примечание. Конденсатор имеет один вывод.
Рабочее напряжение конденсатора К-3
70,5 ,
1/ряб = — 50 кв эф .
Значение основных параметров контура при расчете без заметной по-
грешности можно определить из упрощенной схемы, показанной на рис. 88, д.
Схема содержит лишь емкость С и индуктивность L. Потерями в емкости С
можно пренебречь, приняв значение г — со, а потерями в сопротивлении R
можно пренебречь, приняв R = 0. Приняв указанные приближения, харак-1
теризующие идеальный колебательный контур без потерь, получим для по-
следнего (рис. 88, д) следующие соотношения:
1 . (VI-85)
г L “ w2C “ toZw ’ (VI-86)
1т = ит<йС = ^; т т (i)L (VI-87)
р^ит1т = и^с=^, (VI-88)
<0 = -7=. V LC (VI-89)
Из (VI-87) следует, что
* (VI-90)
Считая, что !т характеризует значение тока отключения выключателя,
a Um — испытательное напряжение, для (VI-90) можно написаты
^откл____1
Ugcn <о£
(VI-91)
159
Тогда, например, для первого случая испытания на колебательном контуре
без использования синтетической схемы при значениях /ОТКл = 6550 а
и Umn = 95,5 кв для (VI-91) получим
^ОТКЛ 6550 р. fyr'Qr- 1
7Ц~П = 95Л~1б* = °*0685 = ’
откуда
“ = ОТЯГГ • а С = те = О-0685" >- (VI-92)
При заданных значениях индуктивности контура L определяются зависи-
мости f = <р (L) и С = ф (L). Частота f в рассматриваемом случае, учиты-
вая (VI-92),
f = 2S ~ 2л • 0.0685L = 0.431Z. ’ (VI-93)
?,гц;С,мкф
600
W0-
. 30
L,M2H
Рис. 90. Зависимость ча-
стоты f и емкости С кон-
тура в функции от вели-
чины индуктивности L ко-
лебательного контура.
Кривые зависимости частоты и емкости в функции от величины индуктив-
ности контура показаны на рис. 90. Характер кривых показывает, что
величины емкости и индуктивности контура, при
одинаковом отношении /откл к 1/исп, весьма суще-
ственно уменьшаются при переходе к повышен-
ным значениям частоты колебаний.
Таким образом, из приведенных выше дан-
ных следует, что наибольшая мощность колеба-
тельного контура Рк. к = 720 Мва необходима для
испытания в синтетической схеме выключателей
на 400 кв с мощностью отключения 10000 Мва,
При этом ток отключения 1ткл = 14 400 а, а на-
пряжение основной батареи емкости Un = 50 кв эф.
Исходя из этих данных, производят расчет основ-
ных параметров контура.
Необходимая емкость основной батареи кон-
денсаторов колебательного контура определится
из соотношения (VI-85), при f = 50 гц и U = 50 кв эф.
Г> _ __ _______14 400 — 918 MKCb
Ск к — uUm “ 2nfUm 2.3,14.50 . 103 —
Так как емкость отдельного конденсатора Со = 2,4 мкф при напряжении
[/раб = 50 кв эф, то общее количество конденсаторов
__ ^к. к _918_ QQQ
n - -JT- - ~2Д — 382 шт.
По конструктивным соображениям выбираем п = 384 шт. При принятом
количестве конденсаторов общая емкость С = 2,4 • 384 = 921,6 мкф. Индук-
тивность колебательного контура должна быть
= й«С = 3142 • 921.6 • 10-’ ~ 11 мгн'
Эту индуктивность можно обеспечить параллельным соединением 4 реак-
торов с индуктивностью каждого
Lp = 11 • 4 = 44 мгн.
Ток, текущий через испытуемый выключатель,
1т = иашС = 50 • 10s • 314 • 921,6 • 10“» = 14 470 а.
160
9-173
Таблица 13
Параметры колебательного контура ВЭИ
Схема соединения групп конденсаторов колебательного контура Схема соединения реакторов Номи- нальное напряже- ние ин, кв. эф Емкость С. мкф Частота контура Ь гц Угловая частота. (О Общая индуктив- ность L, МЭН Индуктив- ность единицы Lp, мгн Напряже- ние на реакторе £/р, кв. эф Ток через ИВ 1. а Ток через реактор /, а Мощность колеба- тельного контура Р. Мва \
200 57.6 50 314 176 44 50 3617.5 3617,5 725

9 100 230.4 50 314 44 44 50 7 235 3617.5 725'

mi А 50 921.6 50 314 11 44 50 14 470 3617,5 725
mi 200 57,6 70.75 445 88 44 100 5100 5100 1025
im 200 57.6 100 628 44 44 100 7 235 3617,5 1450
ф o-TqT-* 200 57,6 200 1256 11 44 200 14 470 3617,5 2900

200 57.6 141.5 890 22 44 200 10 200 5100 2050
фф^ф ф
100 230.4 50 314 44 44 50 7 235 3617,5 725
100 230.4 100 628 11 44 100 14 470 3617,5 1450 .
Ток, текущий через каждый из четырех реакторов,
. 14470
ZP-—4~
= 3618 а.
Напряжение на реакторе Up = 50 кв эф. Мощность колебательного
контура
Рк. к = UmIm = 50 • 14,47 = 725 Мва.
При работе колебательного контура на напряжении UB = 100 кв эф., при
[ = 50 гц, емкость основной батареи конденсаторов при соединении на
921 6
100 кв (табл. 13), С — = 230,4 мкф. Индуктивность колебательного
контура должна при этом увеличиться в четыре раза, чтобы значение час-
тоты (VI-89) не изменилось, то есть L = 4 • 11 = 44 мгн. Такая индуктив-
ность может быть получена либо включением одного реактора с £р = 44 мгн,
либо при последовательно-параллельном соединении 4 реакторов, как это
показано в табл. 13. Напряжение на реакторе при этом соответственно
будет либо 100 кв эф. при включении одного реактора, либо 50 кв эф.
при последовательно-параллельном соединении реакторов. Ток через испы-
туемый выключатель •
lm = t/mcoC = 100 • 10s • 314 • 230,4 • 10“« = 7235 а.
Ток через реактор при последовательно-параллельном соединении 4 реак-
торов
/р=^ = 3618а.
Мощность колебательного контура остается равной 725 Мва.
При работе колебательного контура на напряжении UH = 200 кв при
f = 50 гц емкость основной батареи конденсаторов при соединении на
200 кв (табл, 13) будет С = 230,4:4 «= 57,6 мкф, а индуктивность L =
== 44 • 4 = 176 мгн. Такая индуктивность получается при последователь-
ном соединении всех 4 реакторов (табл. 13). Напряжение на реакторе
Up = 200: 4 = 50 кв эф. Ток через испытуемый выключатель Im — UmvC =
= 200 • 10® • 314 • 57,6 • 10~* = 3618 а и ток через реактор /р = 3618 а при
той же мощности контура 725 Мва. Комбинируя различные группы соеди-
нения конденсаторов и реакторов, можно получить различные токи, напря-
жения и частоты колебательного контура, как это показано в табл. 13.
Из последней видно, что с повышением частоты собственных колебаний
контура мощность колебаний контура повышается пропорционально час-
тоте при неизменных значениях емкости и напряжения. Однако условия
испытания при повышенной частоте не эквивалентны условиям отключения
короткого замыкания в реальной сети при промышленной частоте отклю-
чаемого тока. Поэтому испытания выключателей при повышенной частоте
отключаемого тока в колебательном контуре имеют ограниченное при-
менение.
§ 33. Расчет энергетического баланса колебательного контура
Основной задачей расчета энергетического баланса колебательного
контура является определение затухания тока и напряжения в испыта-
тельной цепи колебательного контура от их начального значения. Все
обозначения в ходе расчета связаны со схемами рис. 88 и рис. 104. Анали-
зируются две основные схемы испытания, с параметрами колебательного
•162
Ток, текущий через каждый из четырех реакторов,
/р== 24470 = 3618 а.
Напряжение на реакторе Up — 50 кв эф. Мощность колебательного
контура
Рк. к = UmIm = 50 • 14,47 = 725 Мва.
При работе колебательного контура на напряжении ии = 100 кв эф., при
f = 50 гц, емкость основной батареи конденсаторов при соединении на
921 6
100 кв (табл. 13), C = -jL- = 230,4 мкф. Индуктивность колебательного
контура должна при этом увеличиться в четыре раза, чтобы значение час-
тоты (VI-89) не изменилось, то есть L = 4 • 11 = 44 мгн. Такая индуктив-
ность мсркет быть получена либо включением одного реактора с £р = 44 мгн,
либо при последовательно-параллельном соединении 4 реакторов, как это
«оказано в табл. 13. Напряжение на реакторе при этом соответственно
будет либо 100 кв эф. при включении одного реактора, либо 50 кв эф.
лри последовательно-параллельном соединении реакторов. Ток через испы-
туемый выключатель •
Im = £/т®С = 100 • 108 • 314 • 230,4 • Ю-* = 7235 а.
Ток через реактор при последовательно-параллельном соединении 4 реак-
торов
/р= 2^ = 3618 а.
Мощность колебательного контура остается равной 725 Мва.
При работе колебательного контура на напряжении ии = 200 кв при
f = 50 гц емкость основной батареи конденсаторов при соединении на
200 кв (табл, 13) будет С = 230,4:4 = 57,6 мкф, а индуктивность L =
== 44 • 4 = 176 мгн. Такая индуктивность получается при последователь-
ном соединении всех 4 реакторов (табл. 13). Напряжение на реакторе
Up = 200: 4 = 50 кв эф. Ток через испытуемый выключатель Im = Um®C —
= 200 • 10s • 314 • 57,6 • 10~* = 3618 а и ток через реактор /р = 3618 а при
той же мощности контура 725 Мва. Комбинируя различные группы соеди-
нения конденсаторов и реакторов, можно получить различные токи, напря-
жения и частоты колебательного контура, как это показано в табл. 13.
Из последней видно, что с повышением частоты собственных колебаний
контура мощность колебаний контура повышается пропорционально час-
тоте при неизменных значениях емкости и напряжения. Однако условия
испытания при повышенной частоте не эквивалентны условиям отключения
короткого замыкания в реальной сети при промышленной частоте отклю-
чаемого тока. Поэтому испытания выключателей при повышенной частоте
отключаемого тока в колебательном контуре имеют ограниченное при-
менение.
§ 33. Расчет энергетического баланса колебательного контура
Основной задачей расчета энергетического баланса колебательного
контура является определение затухания тока и напряжения в испыта-
тельной цепи колебательного контура от их начального значения. Все
обозначения в ходе расчета связаны со схемами рис. 88 и рис. 104. Анали-
зируются две основные схемы испытания, с параметрами колебательного
162
контура ВЭИ. Первая схема испытания относится к испытанию половины
фазы выключателя, состоящей из двух разрывов, а вся фаза воздушного вы-
ключателя на 220 кв имеет четыре разрыва. Испытание проводится при пол-
ном токе отключения выключателя, но при половинном значении испытатель-
ного напряжения. Испытательное, или начальное, напряжение UB = 50 кв эф-
Емкость контура С = 921,6 мкф, а индуктивность контура L= 11 мгн.
Оценим общее активное сопротивление испытательной цепи колеба-
тельного контура, определяющее затухание тока и напряжения. Определим
для этого отдельные составляющие общего сопротивления:
а) сопротивление, г, шунтирующее конденсатор С (рис. 88, б), экви-
валентное потерям в емкости С при значении коэффициента потерь в кон-
денсаторе tg 8 = 0,2%:
Г = wCtgS = 314 - 921,6- 0,002- 10~» = 1,75'103 °М ' '
б) активное сопротивление обмотки реактора: сопротивление одного
реактора /?р = 0,1 ом и сопротивление четырех параллельно соединенных
реакторов Rp = = 0,025 ом;
в) активное сопротивление сборных шин контура и подводящих про-
водов: Rm — 0,02 ом;
г) активное сопротивление защитного реактора основной батареи кон-
денсаторов: /?3^0,1 ом. В схеме разряда контура на 50 кв защитные
реакторы включены все параллельно, и их эквивалентное сопротивление
Rp. з = ~ 0,001 ом. В колебательном контуре ВЭИ все 384 конденсатора
батареи включаются в данной схеме параллельно. Каждое четыре конден-
сатора подключаются к общей шине через половину реактора, имеющего
R = 0,1 ом, а всего таких элементов будет: 384:4 = 96.
Сопротивлением плавких предохранителей, через которые включены
конденсаторы, можно пренебречь.
Тогда, не учитывая сопротивление дуги, общее активное сопротивле-
ние в испытательной цепи контура
R = RpJ- Rm + Rp а = 0,025 + 0,02 + 0,001 = 0,046.
Теперь, зная эти параметры контура, можно определить коэффициент за-
тухания контура без учета сопротивления дуги, который согласно (VI-9а)
будет равен
J. _ CRr + L _ 921,6 • 10-• • 0,046 1,75 • 10s + И • 10~» _ „ .
° — 2LCr ~ 2 11- 10-» 921,6 • 10-»,. 1,75 10» —
Определив величину коэффициента затухания, необходимо оценить то время,
на протяжении которого происходят потери энергии при испытании 'дуго-
гасящего устройства. Это позволит определить степень затухания тока
и начального напряжения. Общая длительность протекания тока при испы-
тании выключателя
t = t0 + ta, (VI-94)
где /0 — собственное время схемы;
/д — время горения дуги в ИВ.
Собственное время схемы, в связи с применением схемы автоматики
и быстродействующего включающего устройства, практически может быть
принято равным нулю. Тогда для (VI-94) получаем: / = 0 + /д. Время горения
дуги при испытании выключателя зависит от конструкции дугогасящего ус-
тройства и типа выключателя. Так, например, по данным исследований, для
выключателя на 400 кв /д = 0,01 сек; для выключателей на напряжения
6*
16%
220 И 110 кв время горения дуги соответственно равно 0,02 и 0,03 сек.
По уравнениям
1К = в"** sin orf = /на-8' sin art; (VI-18)
(/ = t/ag-t<cos(^r^ (VI-24)
cos p
можно определить отношения напряжений и токов в различные моменты
времени к их начальным значениям и тем самым оценить степень затуха-
ния их при испытании. Для определения значения 0, используя значения
(VI-20) и (VI-21), можно написать:
tgp = ^in₽ = ^7^( (VI-95)
ьг cosp <о£ ’ ' '
откуда для значения 0 находим:
D . R — 2L .0,046 — 2.4 • 0,011 „й,„ПлП[-С7
₽ = arctg—= arctg—3-f4 o6n— = arctg.0,00567.
Отсюда вытекает, что 0 = 0° 20'; cos 0^ 1,000 и рязО. Поэтому для
(VI-24) можно написать:
. (/ = cos erf = 50J/2 • lO’e-2>4/cos®Z = 70,75 • 10s e~2-4/cosorf.
Для значения (VI-18)
i = sin<* = 20,5 • 103e~2>«sinorf.
<514 - 11 1U
Ниже, в табл. 14, дано отношение = е~ы в различные моменты
.времени. Эти данные характеризуют затухание напряжения и тока кон-
тура, к моменту времени /, за счет потерь в испытательной схеме, без
учета дуги.
Таблица 14
Значения затухания напряжения и тока контура в функции времени I
Время зату- хания /, сек Значение показателя 2,4/ Значение отношения it Время зату- хания /, сек Значение показателя 2,4/ Значение отношения
0,005 0,012 0.988 0,02 0,048 0.953
0,01 0,024 0,976 0,025 0,060 0,942
0,015 0,036’ 0,964 0,03 0.072 0,929
В действительности, потери состоят из собственных потерь в кон-
туре—Ас, как при металлическом коротком замыкании, но несколько
меньше, и потери энергии в дуге — АЛ. Для теоретического определения
энергии, выделяемой в дуге, применяется формула Бауэра:
Ад = klUt • 10~® кет • сек.
По экспериментальным данным ВЭИ, зависимость выделяемой энергии
в дуге от- отключаемого тока не совсем прямо пропорциональна, хотя
и зависит от отключаемого тока. На основании этих исследований при-
нимается, что при испытании воздушных выключателей величина энергии,
расходуемой на дугу за время 0,02 сек. (на один дуговой промежуток),
составляет: Ад = 30-4-80 кет • сек — при полном токе отключения, и Ад =
= 20-4-60 кет • век — при половинном токе отключения. Это соотвег-
164
ствует падению напряжения на дуге от 2 до 4%. Начальный запас энер-
гии электрического поля конденсаторов колебательного контура
Л Си1 921,6 -IO-* (50/"2 - 10»)» ООЛП
Аа = :----------------- = 2300 кет • сек.
Энергия колебательного контура к моменту погасания дуги
ЛО = ЛК-ЛД, (VI-96)
, С(1/Не~8<)* • ’ , (
где Дс =-----g—;-----энергия контура к моменту t погасания дуги, без
учета расхода энергии на дугу;
Лд —энергия, рассеиваемая электрической дугой на кон-
тактах испытуемого выключателя;
Ло — энергия контура, определяемая остаточным напряже-
нием и0.
Таким образом, можно написать, что
Ло==£^
Л сиа’
откуда
IW.1/ Ф. (VI-97)
f Лн
Для разных моментов времени, согласно табл. 14, находим значения
величины Лк:
а) при t = 0,01 сек
С^е-8') 921,6 • 10~‘(50/"2 • 10» • 0,976)» О1ПП
Лк ----g::= 2190 квт-сек;
б) при t — 0,02 сек.
921,6 • 10-»(501/9 • 10» • 0,953)»
Лк = —----------------------—— = 2100 квт-сек-,
в) при ( = 0,03 сек
921,6 • 10-» (50 Vo-ro»- 0,929)» _ •
Лк = —;------------------------------- 2030 квт-сек.
Далее определяются для тех же моментов времени величины энергии,
рассеиваемой электрической дугой:
а) при /д = 0,01 сек, выключатель на 400 кв,
Лд =^±^6 = (90 н-240) квт-сек.
В данном случае количество разрывов равно 6, а значение энергии,
выделяемой при горении дуги, равное (30—80) квт-сек, происходит на про-
тяжении 0,02 сек;
б) при /д = 0,02 сек, выключатель на 220 кв, Рзф = 5000 Мва,
Лд = (30-ь80) 4 = (120 -т-320) кет сек.
Количество разрывов равно 4;
в) при (д = 0,02 сек, выключатель на 220 кв, Рзф = 2500 Мва
Лд = (20 -г- 60) 4 — (80 -т- 240) кет • сек;
г) при (д = 0,03 сек, выключатель на НОке, Рзф = 2500 Мва
Лд = (30 -т- 80) = (90 -т- 240) квт-сек.
165
Для определения затухания по напряжению и току находим согласно
(VI-96) значения До для тех же случаев:
а) при выключателе на 400 кв, Р — 10000 Мва, /д = 0,01 сек
А, = Лк — Ад = 2190 — (90-5-240) = (2100 -5-1950) кет-сек.
Остаточное напряжение, согласно (VI-97), характеризующее затухание контура
по напряжению, __________
Uo = 50/2 У 210°2t0(j95U) = (95,6-5-92,1)% от U„.
Затухание контура по току <
• % 100% = (95,6-5-92,1)% = (96,1-5-92,6)% от 1^;
7ОТКЛ UH 144UU
б) при выключателе на 220 кв, Рзф = 5000 Мва, tA — 0,02 сек
Лв => Лк — Лд = 2100 — (120-5-320) = (1980-5- 1780) кет-сек.
*
Остаточное напряжение согласно (VI-97)
и0 = 50V 21/098»^)178^ = (92,5-5-88)% от UH.
При /откл. ном= 13400 а затухание контура по’ току
Д- • 100% =ИН2(92,5-5-88)% =(99,7-5-95)% от 1^-,
2 откл ин 1OWU
в) при выключателе на 110 кв, Рзф = 2500 Мва, 1Д = 0,03 сек
Ло = Ак — Лд = 2030 — (90ч- 240) = (1940ч- 1790) кет сек.
Затухание по напряжению равно (92—88,2)% от 1/и. Затухание по току,
при /Откл. ном = 13 400 а и номинальном токе контура /НОм = 14470 а, равно
(99,2-95,2)% от /ОТКл.
В итоге электрического расчета колебательного контура видно, что
энергетический баланс его, при напряжении 50 кв, следует считать приемле-
мым, ибо затухание контура по току не превосходит 7,4% (напомним, что
речь идет об испытании быстродействующих воздушных выключателей
с временем горения дуги порядка, показанного в табл. 14). Что касается
затухания напряжения, то в связи с тем, что чаще всего колебательный
контур применяется в синтетической схеме испытания, уровень затухания
напряжения в этом случае не имеет такого значения, так как после пога-
сания дуги восстанавливающееся напряжение прикладывается к контактам
испытуемого выключателя от другого, автономного, источника напряжения.
После погасания дуги на контактах испытуемого выключателя начинается
второй этап процесса испытания — приложение восстанавливающегося напря-
жения к контактам выключателя. В синтетической схеме испытания восста-
навливающееся напряжение определяется параметрами источника восстанав-
ливающегося напряжения. В колебательном контуре без применения синте-
зе
тической схемы величины Uc0, (VI-63), и —(VI-72), или по упрощен-
ным формулам (VI-80) и (VI-82), могут быть приближенно рассчитаны. Но
в указанные формулы не входит активное сопротивление дуги, изменяюще-
еся во времени в больших пределах. Задачу можно несколько упростить,
приняв следующие допущения. Обычно при испытании выключателя важно
получить подтверждение фактической надежности отключения короткого
замыкания выключателем, при определенном значении диапазона собствен-
166
ных скоростей восстанавливающегося напряжения сети независимо от пара-
метров дуги. Поэтому можно определить восстанавливающееся напряжение,
без учета сопротивления дуги, по формуле (VI-80), приняв также, что
активное сопротивление цепи колебательного контура /? = 0 и на затухание
восстанавливающегося напряжения не влияет. Тогда для (VI-80), учтя (VI-77)
и (VI-78), можно написать:
t/c. = г/о с£с0 [1 - COS <»</], (VI-98)
• где ____
«Ч=ус+^.- (VI-99) ,
При определении, скорости восстанавливающегося напряжения находят сред-
нюю величину пропорциональную tgy, как это показано на рис. 91.
Величина средней скорости восстановления'
напряжения
= = (Vi-ioo)
Исходя из (VI-99) величину То можно вы-
разить в виде:
т (VI-101)
“о /с + со '
Кроме того, в момент t = , cos <«0/ = 0 и
для (VI-98) получаем
Рис. 91. График определения
средней скорости восстановле-
ния напряжения Uc0, пропор-
циональной значению tg-p
(VI-102)
Тогда для (VI-100), с учетом (VI-101) и
(VI-102), .можно написать:
Vcp = 1/ - А.= 0,636-^= 1/ с .
^Vlc„V с+св Vlc„V с+св
(VI-103)
Д/с
При условии, что среднее значение—^задано, требуемая емкость Со
(рис. 88, б) может быть определена из формулы (VI-103). Но так как практи-
чески Со значительно меньше С, то с достаточным приближением можно
считать, что С + С0&С и тогда для (Vl-ЮЗ) можно написать:
^=°.636Д
'откуда
0,40517?
Со = 2
(VI-104)
(VI-105)
Для колебательного контура желательный диапазон изменения средней
скорости восстанавливающегося напряжения находится в пределах 0,6—
167
10 кв/мксек. Соответствующие этому значения емкости Со можно определить
по формуле (VI-105). При среднем значении Uo — 92,2 j/2 кв имеем
0,405 (92,21/10—1а
Со макс = 44 . jo— з . д е» = 0,435 мкф;
Л 0,405 (92,21ЛП’10~12 „
С© мин = "" ..—«л_«' = 0,00156 мкф.
Таким образом, для обеспечения верхнего и нижнего пределов скорости
восстановления напряжения на контактах испытуемого выключателя при-
меняется вспомогательная батарея конденсаторов Со (рис. 88, б), а также
используется емкость делителя напряжения.
Дальнейшее рассмотрение испытательной установки будет продолжено
в разделе о синтетической схеме ВЭИ на базе колебательного контура.
§ 34. Методы удлинения горения дуги
при испытании выключающих аппаратов в синтетических схемах
На колебательном контуре, как правило, могут испытываться быстро-
действующие выключатели, гасящие дугу в течение 1—1,5 полупериодов.
Для того чтобы испытания были полноценными, для некоторых типов вы-
-ключателей испытания надо проводить при более длительном горении дуги
на контактах ИВ. Существующие синтетические схемы испытания выклю-
чателей с большой длительностью горения дуги (несколько полупериодов)
могут быть сведены к следующим группам:
1) схемы со специальными вспомогательными устройствами, которые
при пробое промежутка ИВ могут замкнуть токовую, цепь еще на один
полупериод;
2) схемы, искусственно затягивающие гашение дуги при подходе от-
ключаемого тока к нулевому значению;
3) схемы с пульсирующим током.
В схеме первой группы, описанной Брессоном [119], вспомогательное
дугогасительное устройство состоит из ряда включенных параллельно дуго-
гасительных промежутков, каждый из которых включен через управляемый
искровой промежуток. Когда наступает повторный пробой промежутка ИВ,
вспомогательные дугогасительные устройства включаются в цепь и замы-
кают ее на один полупериод. Эта схема требует такого источника восста-
навливающегося напряжения (синхронный генератор или трансформатор),
который может работать многократно через один полупериод. При исполь-
зовании ГИН в качестве источника восстанавливающегося напряжения
количество генераторов импульсных напряжений должно быть равно числу
полупериодов горения дуги в ИВ.
I V
Метод дополнительной емкости М. М. Акоднса
Второй метод испытания выключателя можно осуществить, создав в цепи
испытательного тока условия, обеспечивающие горение дуги в ИВ на про-
тяжении требуемого числа полупериодов. Принципиальная схема удлинения
времени горения дуги в ИВ представлена на рис. 92, а. Эта схема была
предложена в 1940 г. М. М. Акодисом [3]. При работе схемы, к моменту
перехода тока ii контура через нулевое значение^ необходимо осуществить,
с небольшим опережением, поджиг дополнительного промежутка /7Д, Тогда
дополнительная емкость Сд через сопротивление /?д будет разряжаться на
вспомогательный й испытуемый промежутки ВВ и ИВ. При этом необхо-
димо, чтобы ток i8 при разряде емкости Сд был больше мгновенного зна-
168
чения тока ix в момент пробоя разрядного промежутка Пл. Кроме того,
полярности этих токов должны быть такими, как это представлено на
рис. 92, а. Постоянные 7?д и Сд цепи затягивания горения дуги должны
быть выбраны такими, чтобы поддержать ток ia и обеспечить условие: до
перехода тока ii через нулевое значение должно быть соотношение
1 I- При этом условии изменение полярности тока, протекающего через
ВВ и ИВ, будет сопровождаться переходом тока через нулевое значение. При
переходе через нулевое значение тока кон-
тура i’i ток »2, протекающий через ВВи ИВ, не
равен нулю, поэтому нет причин для пре-
кращения тока в цепи контура. Далее насту-
пает следующий полупериод тока и и необ-
ходимость в протекании тока i8 отпадает.
При выборе величин Сд и Ид дополни-
тельного контура и определении оптималь-
ного момента поджига промежутка Пд
необходимо выполнить такие условия:
а) токи колебательного контура и и
дополнительной цепи затягивания горе-
ния дуги ia, протекающие через ВВ и ИВ,
должны иметь противоположную поляр-
ность;
б) ток в цепи затягивания горения
дуги должен прекращаться позже момента
перехода тока колебательного контура
через нулевое значение.
Рис. 92. Удлинение горения дуги на контактах ис-
пытуемого выключателя:
а — схема с дополнительной емкостью Сд М. М. Акодиса;
б — схема пульсирующего тока по методу Н. М. Черныше-
ва; а —диаграмма изменения пульсирующего тока.
Метод пульсирующего тока Н. М. Чернышева
В 1958—1959 гг. Н. М. Чернышевым была предложена и исследо-
вана в ВЭИ новая схема испытания выключателей с большой длитель-
ностью горения дуги [100]. На рис. 92, б представлена схема для затя-
гивания времени горения дуги в выключателе. Испытуемый выключатель
и вспомогательный подключены к источнику питания через управляемые
вентили Bi и Вг. В схеме рис. 92, а с разрядом конденсатора Сд на испы-
туемый выключатель гашение дуги при переходе тока через нулевое зна-
чение затруднено в связи с большой скоростью изменения тока, а в схе-
ме рис. 92, б испытательный ток снижается по синусоиде не к нулевому
значению, а до небольшого значения Лх, после чего снова возрастает
по синусоиде, не изменяя полярности (рис. 92, в). Форма кривой тока,
протекающего через ИВ и ВВ (рис. 92, в), может' быть получена
путем выбора моментов зажигания управляемых вентилей Вх и Bt,
Токи в точках Д и Д должны иметь такце минимальные зна-
чения, при которых в ИВ и ВВ будет обеспечено устойчивое горение дуги.
После того как в выключателе на протяжении заданного числа полуперио-
дов будет гореть дуга, гашение ее будет обеспечено схемой автоматичес-
кого управления, которая прекращает подачу открывающих импульсов на
сетки, вентилей В, и В2. При нулевом значении тока отключения (точка Аа,
рис. 92, в) дуга в ИВ гасится. Для эффективной работы схемы затягива-
ния дуги с пульсирующим током зажигание вентиля В2 должно происхо-
169
дить с некоторым опережением по отношению к моменту погасания венти-
ля Bv Величина опережения определяет минимальное значение тока сра-
батывания 1'сраб (рис. 92, в). При одновременной работе вентилей и В2
вторичная обмотка трансформатора Тр будет замкнута накоротко и ток,
, протекающий через ИВ, будет уменьшаться со скоростью, определяемой
константами L и R цепи. После погасания дуги в вентиле Bt ток, проте-
кающий через ИВ, будет возрастать за счет э. д. с. обмотки трансформа-
тора, которая питает вентиль В2. Следовательно, момент зажигания вен-
тиля В2 надо выбрать так, чтобы ток, протекающий через ИВ в момент
запирания вентиля Ви был достаточным для поддержания дуги на контак-
тах ИВ. Однако принимать большое опережение в открытии вентиля В2
нежелательно, так как это может изменить форму кривой испытательного
тока и исказить условия испытания выключателя, хотя горение дуги
будет более устойчивым.
Сравним схемы удлинения горения дуги. В схемах второй группы
искусственное затягивание гашения дуги в ИВ производилось путем раз-
ряда дополнительной емкости Сд (рис. 92, а) по способу, изложенному
в работе [12], или путем увеличения частоты восстанавливающегося напря-
жения источника тока синтетической схемы [108]. Анализ, проведенный
в ВЭИ Н. М. Чернышевым [108], показал, что эффективность работы
схемы в большой мере зависит от отношения величины падения напряжения
на дуге в последние сотни микросекунд полупериода ее горения к ампли-
туде напряжения источника тока ({/о.д = t/д/С/м)- Эффективная работа' схемы
возможна при значении £/о.д = 0,4 ч- 0,5. Емкость батареи Сд получается
при этом значительной. В работе [12] внесены предложения по улучше-
нию работы схемы рис. 92, а путем замены линейного сопротивления /?д
в цепи разряда Сд индуктивным (или L, С, R), чтобы изменение тока
следовало не по экспоненциальному закону, а приближалось к форме
прямоугольного импульса. Тогда можно лучше использовать накопленную
в батарее конденсаторов энергию и уменьшить ее емкость. Однако при
многократном поджиге дуги в ИВ для затягивания дуги на несколько
полупериодов число батарей Сд должно быть равно числу полупериодов,
что усложняет схему.
К первой группе схем относится схема Брессона. Эта схема состоит
из параллельных ветвей представляющих последовательно включенные
управляемые искровые промежутки и дуго гасительные разрывы. При про-
бое от источника восстанавливающегося напряжения испытуемого выклю-
чателя поджигается промежуток вспомогательного отключающего устрой-
ства, и цепь испытательного тока замыкается снова. Основным недостатком
этой схемы является сложность установки, особенно при испытаниях на
высоком напряжении. Кроме того, надо чтобы источник восстанавливающе-
гося напряжения обеспечивал многократную работу с интервалами в один
полупериод при частоте 50 гц. В схеме третьей группы —с пульсиру-
ющим током (ВЭИ), получается наибольшее утяжеление условий гаше-
ния дуги, так как в этой схеме ток не проходит через нулевое значение.
Схема может обеспечить надежную работу и при значении С/О.д > 0,5,
если последовательно с ИВ включить определенную индуктивность. При
наличии двух вентилей схема рис. 92, б с пульсирующим током обеспе-
чивает необходимую длительность горения дуги на контактах ИВ. В отно-
шении пропускной способности вентилей необходимо отметить, что иссле-
дования ВЭИ на колебательном контуре показали, что ртутный выпрями-
тель может пропустить ток .порядка 20 ка. Для получения большего
испытательного тока необходимо применить несколько вентилей.
Глава VII
Синтетические схемы испытания
выключающих аппаратов высокого напряжения
§ 35. Развитие синтетических схем испытания
Схема М. М. Акодиса
Схема искусственного увеличения отключаемой мощности установки
для испытания выключателей представлена на рис. 93. Схема состоит из
двух контуров: токового, .где трансформатор Тр питает испытательную
цепь током пониженного напряжения, и конденсаторного контура, кото-
рый подает высокое восстанавливающееся напряжение на выключатель
Рис. 93. Синтетическая схема испы-
тания выключателей М. М. Ако-
диса:
Тр — трансформатор, питающий цепь
короткого замыкания; ЗВ — защитный
выключатель; С3—защитная емкость;
РВ — тиритовый разрядник; L — защит -
ный реактор; ИВ — испытуемый выклю-
чатель; La, Lq - разделительные реак-
торы; Са, C(j — конденсаторы, подаю-
щие восстанавливающееся напряжение;
СГИНа, СГИНб контуры зажигания;
ГИНа, ГИИ б — промежуточные им*
пульсные контуры; Ct, R, С, — элемен-
ты синхронизирующего устройства;
Пх — /7, — разделительные цркровые про-
межутки.
после перехода тока через нулевое значение. Работает схема следующим
образом. После замыкания защитного выключателя ЗВ через испытуемый
выключатель ИВ будет протекать ток короткого замыкания. Затем сле-
дует отключение тока короткого замыкания испытуемым выключателем ИВ.
' После достижения током нулевого значения, если расстояние между кон-
тактами испытуемого выключателя достаточное, начинается восстановление
напряжения. Это возрастание напряжения на дуговом промежутке исполь-
зуется для включения импульсной схемы и подачи высокого восстанавли-
вающегося напряжения на испытуемый выключатель ИВ. Для синхрони-
зации момента включения восстанавливающегося напряжения от импуль-
сной схемы с моментом достижения током нулевого значения используется
контур Clt К, С2. Величины сопротивления R и емкостей С, и С2 подоб-
раны так, чтобы во время горения дуги (низкая частота) напряжение
на емкости равнялось небольшой части полного напряжения, которое
в это время составляет примерно 2—3% от рабочего и менее. В момент
гашения дуги напряжение на контактах испытуемого выключателя ИВ
быстро возрастает до напряжения «пика гашения». Вследствие этого
171
скорость изменения напряжения в этот период сильно увеличивается и напря-
жение на емкости Ct резко возрастает. Это напряжение подводится к трех-
электродному искровому реле промежуточных импульсных контуров ГИНа
и ГИНб. В зависимости от полярности напряжения на емкости Ci зажи-
гается контур ГИНа или ГИНо. Разряд контура ГИНа даст начало раз-
ряду контура Сгина или Сгин6, который «поджигает» основной контур Са
или Св. Восстанавливающееся напряжение от контура Са или Сб подается
на испытуемый выключатель ИВ. При. повторном зажигании дуги в вы-
ключателе в конце следующего полупериода после прохождения тока
короткого замыкания через нулевое значение сработает другой импульс-
ный генератор Са—Св. Таким образом, схема позволяет дважды полу-
чить восстанавливающееся напряжение, а следовательно, испытывать выклю-
чатели с длительностью горения дуги до 2 полупериодов. При удвоении
количества импульсных контуров указанную длительность можно довести
до 4 полупериодов. Однако при этом схема становится весьма громоздкой.
Как указывает автор работы [3], схема позволяет испытывать выключа-
тели с модностью отключения, в 5—10 раз превышающей натуральную
мощность испытательной установки. Как отмечает Н. М. Чернышев, для
удовлетворительной работы синхронизирующего устройства схемы надо,
чтобы испытуемый выключатель работал с резкой форсировкой тока к нуле-
вому значению, так как при этоад будет хорошо выраженный «пик гаше-
ния». Необходимо также отметить, что после гашения дуги на контактах ИВ
приложений восстанавливающегося напряжения будет происходить с запаз-
дыванием, определяемым временем срабатывания искровых реле испыта-
тельной схемы. Время запаздывания может доходить до 100 мксек. Достиг-
нуть большей точности синхронизации в этой схеме можно лишь в том
случае, если применить современный метод синхронизации при помощи
прибора автоматического управления опытом (ПАУ), предложенный
Н. М. Чернышевым и А. М. Арзяевым (ВЭИ) [99].
Схема А. Я. Буйлова [ВЭИ)
Для испытания маломасляных импульсных выключателей и воздушных
выключателей в 1937 г. была разработана синтетическая схема А. Я. Буй-
лова [27]. Схема Буйлова представлена на рис. 94. Трансформатор Tpj
при закороченном ИВ дает ток до 5000 а, при напряжении 0,3 кв, источ-
ником восстанавливающегося высокого напряжения является трансформа-
тор Тр2, обмотка низшего напряжения которого питается от синхронного
генератора Г2. Так как генераторы Г2 и Г2 находятся на одном валу,
то э. д. с., индуктируемые во вторичных обмотках трансформаторов Tpt
и Тр2, совпадают по фазе. Следовательно, когда ток в испытуемом проме-
жутке проходит через нуль, то одновременно и в фазе восстанавливается
напряжение на емкостях С\ и С2. Напряжение от С2 подводится к тра-
версе. При работе схемы напряжением от Тр2 будет пробит промежу-
ток ИВ и ВВ. Начало работы измерительной схемы КО осуществляется
замыканием контактов тип. При замыкании этих контактов напряжение
от Трг подается на трехэлектродное искровое реле вспомогательного контура
ГИН КО, при пробое которого начинается запись исследуемого явления'
катодным осциллографом, подключенным к делителю напряжения ДН.
В качестве вспомогательного разрыва может быть использована также
вторая фаза выключателя при условии, что будет одновременное расхож-
дение контактов этих двух фаз. При испытании по схеме рис. 94 с появле-
нием дуги через испытуемый промежуток ИВ протекает ток короткого
замыкания сильноточной цепи 1Ъ а через вспомогательный выключатель ВВ
протекает ток i0> величина которого определяется разностью мгновенных
значений токов, вызванных э. д. с. соответствующих источников. Так как
172
в действительности достигнуть полного совпадения по фазе токов it и ц
трудно, то гашение дуги после прохождения тока через нуль будет пооче-
редным. После гашения дуги на ВВ через ИВ будет протекать сравни-
тельно с прежним меньший ток, который пройдет последовательно через
оба источника э. д. с., в связи с чем в схеме произойдет автоматическая
подача восстанавливающегося напряжения на ИВ без запаздывания, до
прохождения через нуль тока, протекающего в ИВ. Необходимо отметить,
что вопросы о соотношении напряжений и мощностей источника тока
и источника восстанавливающегося напряжения, в значительной мере опре-
деляющие условия испытания в синтетической схеме, освещены в [27] недос-
таточно. Как показал В. В. Каплан [53], схема рис. 94 имеет следующие не-
Рис. 94. Синтетическая схема А. Я. Буйлова;
Tpi и Тра— понизительный и повысительный трансформатора; TH — трансформаторы канала ке-
нотронов Г ИН КО; КО — катодный осциллограф; ДН — емкостный делитель напряжения; Га и
Га — синхронные генераторы.
достатки. В момент гашения дуги в ВВ происходит скачкообразное изменение
формы кривой тока в испытуемом выключателе.-Наличие излома в кривой
тока, вызванного изменением скорости уменьшения тока в ИВ, до перехода
через нулевое значение, приводит к тому, что нарушается эквивалентность
условий испытания в синтетической схеме по сравнению с реальными
условиями отключения в эксплуатации.
Из приближенного анализа работы [53] вытекает:
а) скорость изменения тока до гашения дуги на электродах ВВ при-
ближенно будет определяться параметрами первого источника э. д. с.:
d/i
dt ;
б) после гашения дуги на контактах ВВ величина скорости измене-
ния тока по времени будет определяться параметрами последовательно
соединенных источников э. д. с.:
z-J
di^Li + Lt
fit
к'
17»
Для устранения заметного излома в кривой тока необходимо выдер-
жать условие
La + L-2 ’
что приближенно требует соотношения
Соблюдение этого условия, будет обеспечено в том случае, если источник
восстанавливающегося высокого напряжения будет иметь мощность, при
которой
t2 ri h
Однако при этом ток i0, протекающий через ВВ, будет близок к нулю, и
необходимость в ВВ отпадает. Схема при таком соотношении параметров
источников э. д. с. будет представлять схему из двух последовательно
соединенных агрегатов с эквивалентной испытательной мощностью, равной
сумме мощностей этих агрегатов. В этом случае схема не даст увеличения
испытательной мощности , и эффект синтетической схемы будет отсутство-
вать. Для соотношений, при которых схема дает увеличение испытательной
мощности, ток i2 должен быть значительно меньше тока iu но при этом
Г «Г
и появляется излом в кривой тока, что является недостатком такой схемы.
В результате анализа недостатков схемы В. В. Каплан [53] сформулиро-
вал требование, предъявляемое к эквивалентной синтетической схеме — схе-
ма должна обеспечить подключение источника восстанавливающегося высоко-
го напряжения к ИВ за 200—300 мксек до перехода тока через нулевое
значение, но при этом в кривой тока через ИВ не должно быть заметного
излома.
Схемы Скитса (США)
Первая схема Скитса. Синтетическая схема для испытания вык-
лючателей (128, 129, 130], предложенная Скитсом (Skeais) в 1936 г., по-
казана на рис. 95. При испытании последовательно с испытуемым проме-
жутком ИВ включен вспомогательный выключатель ВВ, назначение которого
заключается в разделении цепей трансформаторов Tpi и Тр2 после гашения
дуги. Понижающий трансформатор Тр2. является источником тока. При
замкнутых контактах ВВ и ИВ напряжение первичной обмотки трансфор-
матора Tpi мало и равно падению напряжения в подводящих к выключа-
телю проводах. Через ИВ и ВВ протекает ток короткого замыкания транс-
форматора Тр2. При отключении на контактах ИВ и ВВ горит дуга. Вслед
за прохождением тока через нулевое значение дуга гаснет и начинается
восстановление напряжения на зажимах трансформатора Тр2. При этом рас-
тет напряжение на зажимах, трансформатора Трх. Если напряжение на за-
жимах обмотки высокого напряжения трансформатора Трх достигает значения,
при котором будет пробит искровой промежуток П, то с этого момента
к испытуемому выключателю будет приложено восстанавливающееся высо-
кое напряжение. Наличие в схеме реакторов L позволяет регулировать при
испытании величину отключаемого тока. По данным [128] могут быть раз-
174
личные случаи работы схемы при испытаниях. Схема Скитса (рис. 95) была
применена для испытания импульсного выключателя на 287,5 кв, с двумя
разрывами на фазу. Испытания проводились при значениях тока до 8300 а
и восстанавливающемся напряжении в 132 кв, что соответствовало мощности
отключения
Роткл = 1/3 • 132 • 8,3 = 1900 Мва.
Напряжение источника тока короткого замыкания трансформатора Тр2,
составляло 44 кв. что соответствовало действительной мощности короткого
Рис. 95. Первая схема Скитса:
Г — генератор, L — реактор; Тр. — трансформатор токовой
цепи синтетической схемы; Tpt — трансформатор для подачи
восстанавливающегося напряжения; П — искровой промежуток.
замыкания (в пересчете на мощность при трехфазном коротком замыкании).
Рк. 3. = /3 • 44 • 8,3 = 630 Мва.
Как видно из, этого примера, при помощи такой установки испытывались
выключатели на мощность отключения, превышающую действительную мод-
ность испытательной установки в
190С) „
630 ~3 Р333-
Основным недостатком рассматриваемой схемы с точки зрения эквивалент-
ности условий испытания реальным условиям отключения мощности явля-
ется запаздывание в приложении восстанавливающегося напряжения к кон-
тактам выключателя после гашения дуги на ИВ. Как видно из осцилло-
граммы, приведенной в работе [129], после обрыва тока короткого замыкания
восстанавливающееся высокое напряжение от трансформатора Трх подается
на испытуемый выключатель через 100—120 мксек; Запаздывание зависит
как от скорости роста напряжения на трансформаторе Тръ так и от величины
разрядного искрового промежутка П, который не должен быть малым,
чтобы не вызвать преждевременного пробоя за счет напряжения на дуге
до ее гашения. За время запаздывания в приложении восстанавливающегося
напряжения, в связи с развитием деионизации, электрическая прочность
испытуемого дугового промежутка может существенно возрасти. Поэтому
по сравнению с реальным развитие процесса отключения будет искажено и
результаты испытания могут оказаться неполноценными. К недостаткам этой
схемы следует также отнести нестабильность работы искрового промежутка.
Вторая схема Скитса. Для устранения недостатков первой схемы
Скитсом в 1938 г. были внесены изменения [129], направленные на стаби-
лизацию работы искрового разрядника (рис. 96). Здесь источник восстанав-
ливающегося напряжения—трансформатор Тр— присоединен к ИВ при
помощи двух последовательно включенных искровых разрядников Pt и Р2.
Каждый разрядник зашунтирован сопротивлением /1= 120000 ом. Кроме
того, разрядник зашунтирован еще выпрямителем В с последовательно
включенным сопротивлением г= 1000 ом. Испытание при помощи второй
175
схемы происходит следующим образом. Замыкание цепи тока синхронным
замыкателем 1 (рис. 96) должно быть произведено в такой момент времени,
при котором напряжение на дуговом промежутке ИВ имеет такую поляр-
ность, при которой выпрямитель В не пропускает тока. В этом случае
напряжение обмотки высокого напряжения трансформатора Тр при одина-
ковых величина* гг будет распределено равномерно на каждом искровом
промежутке Р^ и Ра. После перехода тока через нулевое значение дуга на
ИВ гаснет, напряжение обмотки высокого напряжения трансформатора Тр
изменяет свой знак, выпрямитель В становится проводящим и шунтирует
искровой разрядник В связи с этим практически почти все напряжение
приходится на искровой промежуток Р2 и пробивает его, что в свою очередь
Рис. 96. Вторая схема Скитса:
Г —генератор; / — синхронный замыкатель; Тр — трансформатор
цепи восстанавливающегося напряжения; В — выпрямитель; rt
иг, -сопротивления; — искровые разрядники; ИВ — испы-
туемый выключатель; ВВ — вспомогательный выключатель.
снова вызывает перераспределение напряжения и завершается пробоем
искрового промежутка Рх. Такая ступенчатая работа устройства для пода-
чи напряжения от трансформатора Тр (рис. 96) обусловит соответствующее
изменение величины восстанавливающегося напряжения на дуговом проме-
жутке ИВ. Когда дуга на контактах ИВ погаснет, но Pi и Р2 еще не бу-
дут пробиты, сравнительно небольшое напряжение от трансформатора Тр
все же будет приложено к ИВ. Распределение напряжения в этой цепи
будет зависеть от соотношения величин последовательно включенных сопро-
тивлений: обмотки трансформатора Тр, величины 2гх и сопротивления ду-
гового промежутка ИВ. В этот отрезок времени значительная часть напря-
жения будет приходиться на сопротивление 2rt и лишь после пробоя Рх и
Р2 к дуговому промежутку ИВ будет приложено полное напряжение источ-
ника восстанавливающегося напряжения. Таким образом, и вторая схема
Скитса не полностью обеспечивает нормальный характер восстановления
напряжения на контактах ИВ, так как в первый отрезок времени имеется
запаздывание в приложении к ИВ соответствующей величины восстанавли-
вающегося напряжения. Необходимо, однако, отметить, что с помощью
механизма синхронизации работы сильноточной и высоковольтной цепей во
второй схеме можно уменьшить общее время запаздывания разряда, так
как ступенчатый характер разряда на Р2 и Р! снизит разрядное напряже-
ние отдельного искрового промежутка примерно в 2 раза по сравнению с
первой схемой. Появляющееся за счет этого на электродах искрового раз-
рядника перенапряжение ускоряет пробой. Следует отметить, что действие
замыкателя /, от четкой работы которого зависит работа всей схемы, не
освещена в работе [129], поэтому не может быть сделана оценка этого
важного элемента схемы.
Третья схема Скитса. Из опубликованной в 1942 г. третьей схе-
мы [130] (рис. 97) видно, что в ней искровые промежутки отсутствуют.
Источник восстанавливающегося высокого напряжения — трансформатор
176
Тр — своей низковольтной обмоткой подключен между землей и свободной
фазой 3 генератора Г, питающего также цепь короткого замыканйя. На-
пряжение на емкости С опережает ток короткого замыкания примерно на
90 эл. град и в момент гашения дуги напряжение на емкости С близко к
амплитудному значению. Через ИВ и ВВ при замкнутых контактах вместе
с током короткого замыкания сильноточного источника протекает также
ток от источника* восстанавливающегося напряжения (трансформатор Тр),
который ограничивается сопротивлением /?! до значения 5—50 а. Хотя
данных о характере и скорости нарастания восстанавливающегося напря-
Рис. 97. Третья схема Скитса;
Г — генератор токовой цепи; Тр — трансформатор; С —емкость;
‘ Z?, и /?, - активные сопротивления; L — реактор.
жения не приводится, все же по сравнению с предыдущими схемами уст-
ранен такой серьезный недостаток схемы, как наличие паузы в приложении
восстанавливающегося напряжения после обрыва дуги в ИВ.
Схема Э. Маркса
Описанная в работе [125] искусственная схема предложена'Э. Марксом
в 1936 г. в основном для исследования запирающей способности мощных
дуговых вентилей при токе 2000 а и напряжении 150 кв. Одновременно
указывалось на возможность испытания на этой установке мощных выклю-
чателей. Схема (рис. 98) состоит из двух основных элементов источника
большого тока и источника высокого напряжения. Схема имеет два дуго-
вых промежутка: вспомогательный и испытуемый/ Напряжения источника
тока и источника напряжения совпадают по фазе. Дуга si испытуемая
объекте Р (дуговой выпрямитель) зажигается с помощью вспомогательного
электрода d. Появившаяся дуга замыкает цепь сильного тока dclh, кото-
рая питается от синхронного генератора Г. Управление процессом прило-
жения к испытуемой цепи восстанавливающегося, напряжения осуществля-
ется через управляющую сетку тиратрона электронного реле. При погаса-
нии дуги в контуре R3 — С\ — £а возникают высокочастотные колебания.
Подключенное к шунту R3 электронное реле срабатывает при первом пе-
реходе через нуль тока этих высокочастотных колебаний. С помощью цепи
выдержки времени, как это видно из блок-схемы рис. 99, включаемой
цепью управления, определяется то заданное время, по истечении которого
на испытуемый объект подается импульс от ударного контура высокого
напряжения. Напряжение импульса прикладывается между точками I и
«земля». Защита источника главного тока от импульса высокого напряже-
ния осуществляется с помощью реакторов Lt и L, (рис. 98) и емкости Сх.,
В схеме имеется автотрансформатор АТ для осциллографирования процес-
са'^ испытания. Ординатные пластины подключаются к точкам bnf. Ампли-
‘ 177
туда импульса высокого восстанавливающегося напряжения измеряется
шаровым разрядником, присоединенным к точкам с и I. Наименьшее вре-
мя запаздывания, прошедшее от момента погасания дуги на электродах Р
Рис. 99. Блок-схема испытательной уста-
новки Э. Маркса:
1 — цепь наблюдения; 2—цепь зажигания; 3—цепь
главного тока; 4 — объект испытания; 5 — цепь
испытательного напряжения; 6 — цепь управ -
ления; 7 — цепь выдержки времени.
Рис. 98. Принципиальная электрическая схе-
ма синтетической испытательной установки
Э. Маркса:
Г — синхронный генератор; Р — испытуемый объект
(дуговой вентиль); d — вспомогательный электрод;
и Lt — реакторы; Ct — емкость, предназначен-
ная для защиты обмоток генератора; АТ —ав-
тотрансформатор; — шунт.
до момента приложения восстанавливающегося напряжения, составляет 30
мксек. Этот интервал характеризует время срабатывания синхронизирую-
щего устройства. ,
§ 36. Двухчастотная схема для испытания высоковольтных
выключателей [ЛПИ]
Исходя из общей теории двухчастотного колебательного контура [42, 53]
испытательная установка должна обеспечить эквивалентные условия
тания и подключить источник высокого
раньше, чем ток в ИВ пройдет через
нулевое значение. При этом необхо-
димо избежать излома в кривой тока,
протекающего через ИВ. В двухчас-
тотном контуре основная цепь с источ-
ником э. д. с. промышленной частоты
испы-
мксек
напряжения на 200—300
С =¥=
Рис. 100. Работа двухчастотного контура:
а — двухчастотная схема; ОУ — отключающее устройство: ИВ — испытуемый
выключатель; С9 — емкость для регулирования частоты и скорости восстанавли-
вающегося напряжения; б — диаграмма токов контуров промышленной и повы-
шенной частоты.
и дополнительная цепь с источником повышенной частоты, превышающей
промышленную частоту в нечетное число раз, могут быть выполнены в виде
колебательных контуров, или ударных генераторов. На рис. 100, а пока-
зана двухчастотная схема, состоящая из двух колебательных контуров:
178
Ci Li и C2 L2. Схема предназначается в основном для испытания быстро-
действующих выключателей, которые гасят дугу в течение одного полу-
периода промышленной частоты.
Основной ’ контур — Сх настроен на промышленную частоту <»i. До-
полнительный контур £2 — С2 настроен на повышенную частоту: <о2 = псор
Характер работы двухчастотной схемы показан на рис. 100, б. Кривые
токов и i2, протекающих в первом и втором контурах, и тока i12, про-
текающего через ОУ, характеризуют контур, для. которого п = 3. С уве-
личением частоты второго источника э. д. с. в п раз уменьшается в п раз
ток f2, по сравнению с i19 ибо при условии, что Ei&E2, ток
. _ Ег . _ Еа
11 ©Lx ’ а *2 лсоЕд
Это позволяет избежать резкого излома в кривой тока, протекающего че-
рез ИВ при гашении дуги в ВВ. Как видно из рис. 100, б, ток t12 в ВВ
пройдет через нулевое значение в момент времени, отстоящий от момента
прохождения через нуль тока в ИВ на t0. Соотношение амплитуд и
i2 подбирается так, чтобы время упреждения tQ составляло 200—300 мксек
до момента обрыва дуги в ИВ. Из рис. 100, б видно, что ток промышлен-
ной частоты ц и ток повышенной частоты /2 при подходе к нулю, в конце
полупериода промышленной частоты, имеют практически одинаковые ско-
рости изменения:
^'1
dF'-'dT*
Но так как ток, протекающий через ИВ, до гашения дуги в ВВ опреде-
ляется постоянными Cj Li первого контура, а после гашения дуги в ВВ —
постоянными CiLiC^Li обоих контуров, то в этот момент кривая отклю-
чаемого тока должна иметь некоторый излом. Как отмечает автор схемы
В. В. Каплан [53], при пересечении кривых 4 и i2 за 30° до прохождения
через нуль тока повышенной частоты производная тока в этой точке изме-
няется меньше чем на 13%, что окажет незначительное влияние на процесс
гашения дуги.
Разработанная в ЛПИ двухчастотная синтетическая схема в настоящее
время считается наиболее подходящей в отношении обеспечения эквивален-
тности условий испытания.
Двухчасготный колебательный контур со сдвигом тока повышенной частоты
Применение колебательного контура в цепи восстанавливающегося
напряжения двухчастотного контура и использование при этом высоких
частот, порядка 250 гц, приводят к повышенному затуханию колебательного
разряда в этой цепи. Для повышения эффективности установки В. М. На-
шатырь [72] предложил видоизменить схему двухчастотного контура, при-
менив принцип сдвига тока повышенной частоты (рис. 101). При этом в
схеме:
1) уменьшается затухание напряжения дополнительного контура L2C2,
что приводит к повышению эквивалентной испытательной мощности уста-
новки; х
2) в некоторых случаях можно испытывать выключатели с горением
дуги на протяжении нескольких полупериодов 50-периодной частоты;
3) в цепи восстанавливающегося напряжения можно применить раз-
личную повышенную частоту, а не только нечетную или кратную частоте
отключаемого тока.
Работа схемы электрического сдвига во времени • начала прохождения
тока во втором контуре [72] протекает следующим образом. Предполага-
179
ется, что аналогично двухчастотному контуру при помощи вспомогатель-
ного устройства первый и второй контуры включаются одновременно. В
первом контуре (рис. 101) начинает протекать ток G, а нормальная работа
второго контура, в зависимости от настройки, начнется через некоторое
время т (рис. 102) после пробоя искровых промежутков Рк и Р2 (рис. 101).
С этого момента начинается рабочий режим контура L2C2, а все элементы
схемы сдвига будут зашунтированы. Таким образом, время запаздывания
разряда используется для сдвига во времени начала прохождения тока во
Рис. 101. Схема двухчастотного колебательного кон-
тура со сдвигом тока повышенной частоты В. М. На-
шатыря (ЛПИ):
Р,, Р, — искровые разрядники; rt и rt, Р, и Р, — сопротивле-
ния двух плеч схемы сдвига; С, и Сл — емкости.
втором контуре. Искровые промежутки Pt и Р8 срабатывают неодновре-
менно. После включения контуров во втором контуре происходит пере-
ходный процесс заряда емкостей С8 и С4. В этот период происходит пере-
распределение напряжений, приходящихся на искровые промежутки, что
определяет очередность их пробоя. Вначале, в первой фазе процесса, между
элементами схемы 1—II и 11—III распределение напряжения будет обу-
словлено зарядом емкостей Са и С4, а затем—влиянием шунтирующих сопро-
тивлений. Искровые промежутки и Р2 не должны пробиваться в пер-
вой фазе процесса и расстояние между их электродами должно быть та-
ким, чтобы напряжения, появляющиеся на этих электродах, не вызывали
их пробоя. Включение в цепь демпфирующих сопротивлений п и г8 дол-
жно исключить повышение напряжения при колебательном характере за-
ряда емкостей схемы в цепи с некоторой индуктивностью и не допустить
пробоя Р4. Во второй фазе переходного периода при условии, что >
>Р8(С8/С4 должно быть больше единицы), напряжение на искровом про-
межутке Р2 второго плеча схемы сдвига будет постепенно уменьшаться,
так как разряд С4 на сопротивление Р2 будет протекать быстрее, чем
разряд С8, а на промежутке Pi увеличиваться. После пробоя искрового
промежутка Pj все напряжение приходится на искровой промежуток Р2
и вызывает его пробой. С этого момента все элементы схемы сдвига пе-
рестают влиять на второй контур. Таким образом, изменяя соотношение
величин Pi и а также расстояния между искровыми промежутками
Рь можно изменять промежуток времени т, прошедший от начала коле-
баний в первом контуре до появления колебаний во втором контуре. Как
180
видно из графика токов (рис. 102), ток второго контура i2 сдвинут по.
отношению к току первого контура на время т. При этом ток t12 в от-
ключающем устройстве ОУ (рис. 101) проходит через нуль в момент
времени tu т. е. на 30° — 600 мксек раньше прохождения через нуль то-
ка в ИВ. Во втором контуре частота принимается не выше пятикратной,
чтобы интервал времени между гашением дуги в ОУ и в ИВ не был очень
мал. Этот интервал не должен.быть также очень большим ибо тогда пе-
реход через нуль тока ОУ будет более чем за 30° до перехода через нуль
тока ta, что приведет к замет-
ному излому в кривой отклю-
чаемого тока в момент обрыва
дуги в ОУ.
Кроме ряда других усло-
вий, для нормальной работы
схемы надо, чтобы ток й глав-
ного контура не обрывался от-
ключающим устройством ОУ до
тех пор, пока на протяжении,
например, трех полупериодов
(рис. 102) ток й протекает через
ИВ и при последнем переходе че-
рез нуль наступит гашение дуги
испытуемым выключателем. Ина-
Рис. 102. График токов при испытании в двух-
частотной схеме со сдвигом тока повышенной
частоты:
it — ток промышленной частоты; Z, — ток контура по-
вышенной частоты; т — время сдвига тока повышен-
ной частоты.
че более раннее гашение дуги в
ОУ приведет к гашению дуги в
ИВ. Это нарушит нормальный
процесс испьггания и ИВ не будет испытан! В связи с этим образование
дуги в ОУ должно наступить после начала последнего полупериода тока
й перед гашением. Это можно выполнить путем подбора параметров плав-
кой вставки, или отключением ОУ в заданное время при помощи ПАУ.
Двухчастотный колебательный контур ЛПИ промышленного типа
После исследования двухчастотной схемы полупромышленного типа
в ЛПИ был создан двухчастотный контур промышленного типа. Принци-
пиальная схема двухчастотного колебательного контура ЛПИ [72, 54] со*
сдвигом тока повышенной частоты показана на рис. 103. Эта схема от-
личается от схемы рис. 101 тем, что здесь заземляется крайний вывод
ИВ, вместо общей точки ИВ и ВВ, а также тем, что в этой схеме приме-
нены дополнительные емкости и демпфирующие сопротивления, с помощью
которых регулируется скорость восстановления напряжения на дуге в ИВ.
Частота контура высокого напряжения составляет 250 гц, т. е. л = 5.
В двухчастотном колебательном контуре можно получить восстанавлива-
ющееся напряжение промышленной частоты синусоидальной формы. Для
этого испытуемый выключатель шунтируется дополнительным реактором
£а. Величина индуктивности выбирается из условия:
2«]/(£з+£а + £1)^^
В схеме, разработанной В. М. Нашатырь, для обеспечения одновре-
менного включения оперативного выключателя ВВ и замыкания цепи ос-
новного контура используется схема одновременного включения [52].
Синхронизирующее устройство состоит из вспомогательного выключателя
181
ВВ и запального разрядника Ръ а также запального конденсатора С8,
соединяющего первый и второй контуры. При включении в цепь испыта-
тельной установки конденсаторных батерей С2' и С2" запальный конден-
сатор С9 заряжается от источника э. д. с. первого контура до напряжения
(т—1) Ui. Если включить ВВ, то между электродами А будет приложе-
но напряжение (т+ 1)£/ж, что вызовет быстрый пробой искрового про-
межутка Plt и в первом контуре начинает протекать ток короткого за-
мыкания. В процессе испытания ИВ, в случае повторного зажигания дуги,
на батерее С2 (С2, С2', С2") может повыситься напряжение. Поэтому в
схеме предусмотрена защита, которая шунтирует эту батерею при повы-
шении напряжения сверх допустимого. Наряду с тем, что схема должна
обеспечить защиту батерей при повышении напряжения низкой частоты
Рис. 103. Схема двухчастотного колебательного контура ЛПИ промышленного типа.
не более чем на 15% от номинального, необходимо, чтобы эта защитная
схема не срабатывала прй наличии на зажимах двухкратного перенапря-
жения высокочастотного контура. Эту задачу выполняют искровые про-
межутки Р4 и Pt, шунтируемые конденсаторами С, и С8. Напряжение
высокой частоты распределяется по конденсаторам С7 и С8 так, чтобы
искровые промежутки Р4 и Р6' не срабатывали. Напряжение низкой часто-
ты распределяется по сопротивлениям, поэтому почти все напряжение будет
приложено к искровому промежутку Р4 и он пробьется. Затем пробива-
ется искровой промежуток Р6 и батерея С2 будет зашунтирована. Емкости
С6 и Св, демпфирующие сопротивления г6 и гв, а также индуктивность
L3 предназначены для регулирования скорости восстановления напряжения
и формы кривой восстанавливающегося напряжения. Искровые промежутки
Рв и Р7 должны защищать индуктивности Lj и L2 от перенапряжений
при переходных процессах. Увеличение эквивалентной, испытательной
мощности синтетических схем будет рассмотрено отдельно. На рис. 103
также показаны: делитель напряжения Rz для осциллографирования нап-
ряжения основного контура, шунт Rm для осциллографирования тока, а
также делитель R& для катодного осциллографа IV и шлейфы I, II, III
и V электромагнитного осциллографа.
182
§ 37. Синтетическая схема ВЭИ на базе колебательного контура
Во Всесоюзном электротехническом институте им. В. И. Ленина раз-
работана синтетическая схема с подачей восстанавливающегося напряжения
в нуль тока. Скелетная схема приведена На рис. 104. В качестве источни-
ка тока применен колебательный контур, а источником восстанавливаю-
щегося высокого напряжения является генератор импульсов напряжения
(ГИН) в сочетании с цепью для регулирования скорости восстанавлива-
ющегося напряжения, включающей секционированный реактор Ьвл и ба-
тарею конденсаторов Свл. При испытаниях отключаемый ток проходит
через два дугогасящих устройства: испытуемый выключатель ИВ и вспо-
могательный выключатель ВВ. При достижении током нулевого значения
Рис. 104. Скелетная синтетическая схема ВЭИ на базе колебательного контура:
Ск, LK — параметры колебательного контура (источника тока); Св.н, LB„H и г — регулиру-
емые величины контура восстанавливающегося напряжения; Я и L — активный и индуктив-
ный шунты в цепи тока испытательной установки; нулевое реле, элемент блокировки — эле-
менты автоматического управления опытом (см. гл. X).
электрическая дуга в ИВ и В В гаснет. В этот момент происходит замы-
кание управляемого искрового промежутка и к ИВ прикладывается вы-
сокое напряжение от источника восстанавливающегося напряжения, ампли-
туда и частота которого определяется параметрами цепи Сгин, Св.н и LB.H.
В синтетической схеме применено оригинальное синхронизирующее уст-
ройство, описанное в работах Н. М. Чернышева, В. Д. Ляшенко и
А. М. Арзяева (ВЭИ) [34, 99, 100, 103, 104]. Для того чтобы исключить
запаздывание в приложении восстанавливающегося напряжения к испыту-
емому объекту, синхронизирующее устройство дает импульс на срабаты-
вание источника восстанавливающегося напряжения с опережением по
отношению к кТоменту достижения током нулевого значения. Это опере-
жение должно соответствовать собственному времени работы источника
восстанавливающегося напряжения и не зависеть от условий испытания.
Наличие точного синхронизирующего устройства позволило создать усло-
вия испытания при синтетической схеме испытательной установки, экви-
валентные условиям работы выключателя в реальной сети.
Опыт работы схемы в ВЭИ показал, что синтетическая схема такого
вида обладает весьма большой гибкостью, что особенно важно в иссле-
довательской работе. Независимость параметров источника тока и напря-
жения позволяет в широких пределах изменять характер процесса восста-
новления напряжения. Если колебательный контур дает ток 10000 а, а
183
импульсный генератор рассчитан на напряжение 400 кв, то мощность
отключения синтетической схемы будет составлять
Р = UI = 400 • 10000 = 40000 Мва.
Частота восстанавливающегося напряжения будет зависеть от значе-
ний L и С испытательной цепи. После подключения источника восстанав-
ливающегося напряжения через ИВ и ВВ (рис. 104) протекают токи оста-
точной проводимости, которые также влияют на затухание кривой вос-
станавливающегося напряжения. В условиях реальной сети ток остаточной
проводимости протекает через один выключатель и можно считать, что
в этом случае затухание должно быть меньше. Однако опыт ВЭИ показал,
что затухание при испытании в синтетической схеме меньше, чем для
реальной сети. Последнее можно объяснить тем, что в реальной сети за-
тухание обусловлено не только потерями энергии в дуге, на контактах
ИВ, но и активными потерями в проводах, магнитопроводах, утечками по
изоляции и др. Для увеличения затухания в синтетической схеме в цепь
восстанавливающегося напряжения включается активное сопротивление г
(рис. 104). Уменьшение затухания в синтетической схеме можно также
объяснить тем, что при испытании быстродействующих воздушных вык-
лючателей у последних • остаточный ток проводимости мал. При других
типах выключателей с большей остаточной проводимостью затухание мо-
жет быть выше. Путем увеличения емкости и уменьшения индуктивности
испытательной цепи (при постоянном значении L • С) можно уменьшить
затухание кривой восстанавливающегося напряжения при испытании в
синтетической схеме. При испытании выключателя на отключающую спо-
собность ранее били установлены (проект ЕЭИ) два характерных пара-
метра: отключение полной гарантированной мощности и отключение поло-
винной мощности. В первом случае испытания производятся при низких
значениях частоты переходной составляющей напряжения, во втором —
при высоких значениях частоты. Кроме того, в первом случае, токи оста-
точной проводимости, в промежутке между контактами выключателя, мо-
гут быть наибольшими, поэтому испытания на отключение 100% гаран-
тированной мощности желательно производить при индуктивности испы-
тательной цепи, равной или меньшей индуктивности реальной сети. При
наличии шунтирующих сопротивлений индуктивность испытательной цепи
может иметь меньшее значение. Приняв для колебательного контура ВЭИ
максимальное значение тока короткого замыкания равным /к. 3 = 14,5 ка
для индуктивного сопротивления цепи короткого замыкания получаем.
15^ ’
X — г — 1 л с ZO,O ОМ.
1к. 3 I4.5
При U — 400 кв для коэффициента самоиндукции получим:
= - = ^4 = 0,075 гн = 75 лги.
* (0 014
Для испытания на половинной мощности отключения индуктивность
должна быть
Lt/, = 2£J = 150 мгн.
При подводе напряжения к средней точке
£" = ^ = 15 = 37,5 мгн
и
Ь'Д = 2L/ = 37,5 • 2 = 75 мгн.
134
Следовательно, для синтетической схемы надо применить секционирован-
ный реактор с L = 75 и 150 мгн при U = 400 кв эф., nL = 37,5-s-75 мгн
при U = 200 кв, эф. Для синтетической схемы ВЭИ по конструктивным
соображениям выбран реактор со средним значением индуктивности L —
— 120 мгн; реактор имеет 4 секции, каждая на 30 мгн, и рассчитан на
напряжение 100 кв. эф. В табл. 15 показаны схемы соединения секций
реактора. Величина емкости Со (табл. 16), необходимая для регулирования
скорости восстанавливающегося напряжения в синтетической схеме ВЭИ,
составлена из четырех последовательно соединенных конденсаторов (табл.
16) с емкостью каждого 0,2 мкф, на напряжение 250 кв. Различные зна-
чения емкостей для изменения частоты восстанавливающегося напряжения
можно получить, как показано в табл. 16. Батарея позволяет применить
t
И
105. Электричес-
R
испытуе-
мому объекту
Рис.
кая схема импульсно-
го генератора цепи
восстанавливающегося
напряжения.
Таблица 15
Значение индуктивности реактора L
при различных напряжениях колебатель-
ного контура
Схема соединений секций
£, мгн 120 90 60 30 15
Ураб' м 9Ф- 400 300 200 200 100

напряжение до 1000 кв. В реальной сети значение восстанавливающегося
напряжения при неодновременном гашении дуги может достигать больших
значений. Так, например, если на одной из фаз выключателя дуга погас-
нет раньше, чем в других фазах, то значение восстанавливающегося нап-
ряжения на этой фазе будет
и... = 1.5^-1.8.
где 1,8— характеризует возможную величину коэффициента перенапряже-
ния. Для выключателя 400 кв
£/в.н= 1,5-7^1,8 = 880 кв.
V з
Таблица 16
Значения емкости Со для регулирования частоты восстанавливающегося напряжения
Схема соединения батарей
Со, мкф 0,05 0,067 0,1 0,2 0,4 0,5 0,6 0,8
Ураб' Мм- 1000 500 500 250 250 250 250 z 250
Источником восстанавливающегося напряжения в синтетической схеме
ВЭИ на базе колебательного контура является Г ИН. схема которого да-
на на рис. 105. Напряжение его составляет 400 У 2 кв, емкость в разря-
де 2,4/8 = 0,3 мкф. Частота колебаний в цепи источника восстанавлива-
ющегося высокого напряжения является функцией параметров L и С цепи.
185
Значение установившегося напряжения Uy, являющегося осью колебаний,
зависит от соотношения между емкостями Сгин и СВн батареи для регу-
лирования скорости восстановления напряжения, обозначенными на рис.
106. Значения величин
; иу = f/гин
Qhh
СГИН +Св.н
1
Смев
СГИН Св.н
^ГИН + Св.и
Рис. 106. Схема для определения частоты колебаний в
цепи источника восстанавливающегося напряжения:
L — регулируемая индуктивность цепи восстанавливающегося
напряжения — ударная емкость генератора импульсов напря-
жения; СВаН, Cppjpj— емкости конденсаторной батареи для ре-
гулирования скорости восстановления напряжения; О — объект
испытания;
при параметрах Сгин — 0,3 мкф-, Св.н' = 0,05 мкф-, L = 120 мгн и Сгин =
s= 400 2, будут
^жв = о.З + 0,05 ~ МКФ>
- 400 ^2 бтгда = 345/2
f ~ 2л /120 • 10~8 • 0,043 • 10“• 2200 гЦ'
В табл. 17 приведены параметры, характеризующие источник восста-
навливающегося напряжения синтетической схемы ВЭИ, на базе колеба-
тельного контура.
Таблица 17
Основные параметры источников восстанавливающегося напряжения
Св.н> МКФ 0 0,05 0,1 0,2
Uy, кв 400 /2 345 /2 300 /2 240 /2
f, Щ — 2200 1700 1320
и_у 400 ‘.SjTj/2 1,15 1 0,87 0,69
Представленные на принципиальной схеме (рис. 104) узлы схемы авто-
матического управления и синхронизации источника тока и восстанавли-
вающегося напряжения (нулевое реле, элемент блокировки и др.) детально
рассматриваются в гл. X. Понимание работы схемы возможно после озна-
комления с принципами устройства прибора автоматического управления
опытом (ПАУ) и синхронизирующего устройства (СУ). На рис. 107 при-
ведена электрическая схема синтетической установки ВЭИ, на базе коле-
бательного контура, со схемой автоматического управления включением
источника восстанавливающегося напряжения в «нуль тока», разработанной
Н. М. Чернышевым. Основными элементами синтетической схемы являются
следующие: колебательный контур, состоящий из реактора батареи
конденсаторов Съ С2, Ся и С4; оперативный ОВ и испытуемый ИВ вы-
ключатели; цепи включения и отключения соленоидов СВ и СО выключа-
телей; зарядный трансформатор Тр2 и зарядное устройство на лампах Лг
и Л2. Переключение конденсаторов Сг ... С4 в различные соединения
(см. табл. 13) производится при помощи двигательных приводов Л4Х ...
Afs с пульта управления. Предварительное соединение требуемой схемы
186
производится вручную до начала испытаний. С левой стороны на рис. 107
обозначены цепи автоматики, сигнализации и блокировки. Подача восста-
навливающегося напряжения на испытуемый выключатель ИВ производится
по схеме Н. М. Чернышева в момент прохождения отключаемого тока
через нулевое значение. Для осуществления этой задачи (правая часть рис.
107) от воздушных трансформаторов тока ТТ напряжение подается на
активный и индуктивный шунты, а затем на синхронизирующее устройство
(см. гл. X). При переходе тока отключения через нулевое значение син-
хронизирующее устройство посылает электрический импульс тока, который
поджигает быстродействующий замыкатель В32 и тем самым включает
источник восстанавливающегося напряжения ГИИ. После срабатывания
ГИН и пробоя Б33 на контакты испытуемого выключателя подается вы-
сокое восстанавливающееся напряжение заданной амплитуды и частоты.
Детальное рассмотрение схемы (рис. 107) дано в работах [18, 86, 103, 104,
100, 99, 107J.
§ 38. Схемы для испытания выключателей,
отключающих холостые линии
Повышение номинальных рабочих напряжений линий электропередач
и резкое увеличение длин линий привело к сильному возрастанию емкост-
ных токов и к утяжелению работы выключателей при отключении холо-
стых линий. Произведенные испытания на линии 400 кв Куйбышевская
ГЭС —Москва показали, что отключение отдельных участков холостой
линии происходит при напряжении 2UK. В период создания сети 400 кв
в ВЭИ, ЛПИ и НИИПТ были выполнены работы по определению требо-
ваний, которым должны удовлетворять выключатели с точки зрения отк-
лючения емкостных токов. В ВЭИ была разработана методика воспроиз-
ведения в лабораторных условиях различных режимов отключения емкост-
ных токов. Имеется две разновидности эквивалентных схем для испытания
выключателей на отключение холостых линий: схема без повторных за-
жиганий дуги в выключателе и схема с повторными зажиганиями дуги.
При отключении холостой линии без повторного зажигания дуги в
выключателе режим испытания по сути сводится к проверке электрической
прочности промежутка между контактами выключателя после гашения
дуги емкостного тока холостого хода линии. Для воспроизведения харак-
тера нарастания напряжения на разомкнутом конце линии можно, в этом
случае, длинную линию заменить сосредоточенной емкостью, применив
Т'-образную или П-образную схему замещения. Емкостные токи длинных
ЛЭП достигают сотен и тысяч ампер. Создание таких токов требует боль-
шой емкости конденсаторов, что удорожает испытание. В ВЭИ в 1954 г.
разработана синтетическая схема (рис. 108) для испытания выключателя
на 400 кв, при относительно маломощном источнике. Рассмотрим работу
схемы. При замыкании трансформатора Тр через выключатель ИВ проте-
кает ток i„. При достижении напряжением трансформатора максимального
значения с помощью синхронизирующего устройства пробивается управ-
ляемый промежуток УП. При пробое УП включается колебательный
контур Ст — LT промышленной частоты и через ИВ протекает ток tH + iT.
Так как iH и iT находятся в фазе, то гашение дуги в ИВ и ВВ наступает
одновременно. В реальных условиях при отключении емкостной нагрузки
к контактам ИВ прикладывается напряжение, которое представляет нап-
ряжение заряда, оставшегося на линии после обрыва тока. Это напряже-
ние имитируется в схеме испытания напряжением на емкости Сн, прило-
женным к ИВ. Значение iH может быть порядка 10 a, a h — порядка сотен
и тысяч ампер. Напряжение в цепи тока берется таким, чтобы падение
187
Рис. 107. Принципиальная электрическая схема синтетической установки ВЭИ для
в момент перехода отключаемого тока через нулевое значение.
Рис. 108. Схема испытания
выключателей при отключе-
нии холостых линий без по-
вторных зажиганий дуги в
выключателе:
У Г — ударный генератор, или
сеть; Тр — трансформатор; Сн —
емкость, напряжение которой,
подаваемое на ИВ, представляет
напряжение заряда, оставшегося
на линии после обрыва тока;
Ст, LT — емкость и индуктив-
ность колебательного контура
промышленной частоты, являю-
щегося источником тока в цепи
испытания; УП — управляемый
дуговой промежуток;
испытания выключателей с подачей
восстанавливающегося
напряжения
напряжения на дуге не влияло на форму кривой тока, и может быть зна-
чительно ниже номинального для данного типа выключателя. Испытания,
проведенные в ВЭИ, по отключению воздушным выключателем емкостного
тока (tH = 105 a, iT = 570 а), а затем испытания в сети 400 кв подтверди-
ли, что электрическая прочность разрыва была оценена правильно.
Схема испытания выключателей, в которых отключение холостых линий
вызывает повторное зажигание дуги
Для испытания выключателей в условиях повторного зажигания дуги
применяется схема рис. 109. При испытании такого выключателя необхо-
димо обеспечить эквивалентность процесса гашения дуги высокочастотного
189
тока перезаряда линии. При этом схема испытания должна обеспечить вели-
чину и форму кривой тока перезаряда линии, длительность протекания
высокочастотного тока, а также характер колебаний при восстановлении
напряжения на контактах ИВ после обрыва дуги тока перезаряда линии,
т. е. создать условия эквивалентности процессов в схеме испытания и в
реальной сети. Изменение параметров основного источника мощности схемы
(рис. 109) производится подбором величин: индуктивности £к. з, емкости С2,
регулирующей скорость восстановления напряжения, и сопротивления RK.
Емкость С шунтирует трансформатор Тр и по величине подбирается так,
чтобы на ней не происходило существенного изменения напряжения при
разряде емкостей С\л • •. С«л, замещающих линию. Тогда испытания в схеме
будут протекать в условиях, при которых мощность короткого замыкания
той точки сети, где происходит отключение линии, будет значительно
превосходить мощность короткого замыкания за трансформатором Тр. Линия
Рис. 109. Схема испытания выключателей при отключении холостых линий с повторным
зажиганием дуги в выключателе:
У Г — ударный генератор, или сеть; Тр — трансформатор; TH — измерительный трансформатор напря-
жения; С — емкость, шунтирующая трансформатор; С», LzKe3 и Як—параметры, регулирующие ско-
рость восстановления напряжения, индуктивность короткого замыкания источника питания и декремент
затухания; ДН — делитель напряжения; Ь1л, Х^л» ^Зл и ^1л» ^2л* Сзл —элементы цепочечной схемы
замещения линии.
электропередачи в схеме испытания замещается Т-образными или П-образ-
ными звеньями цепочечной схемы с индуктивностями £]Л, Ьгл, £зл, емкостями
С1л, Сал, Сзл и сопротивлением г. Первый реактор зашунтирован сопро-
тивлением г для того, чтобы обеспечить рост тока в начале процесса.
Количество звеньев, замещающих линию с заданными параметрами и дли-
ной, выбирается так, чтобы с достаточной точностью воспроизвести про-
цессы в линии электропередачи при повторных зажиганиях дуги в ИВ.
Электрическая схема установки. Стенд для испытания выключателей
в режиме отключения ненагруженных линий является частью лаборатории
мощности отключения [15]. Принципиальная электрическая схема стенда
дана на рис. ПО. Источник питания—возбужденный генератор У Г при
помощи ОВ включается на холостую линию, когда ИВ замкнут. Через
заданный отрезок времени ИВ отключает схему замещения холостой линии.
Если в ИВ произойдет повторное зажигание дуги, то ОВ отключает гене-
ратор. Повышающий трансформатор Тр питается от ударного генера-
тора. В НИЦ в Бескудниково питание осуществляется от подстанции
500 кв системы «Мосэнерго», где на территорию НИЦ введены линии
ПО, 220 и 500 кв (см. рис. 140). Если мощность короткого замыкания
испытательной установки значительно меньше мощности короткого замы-
кания сети, то трансформатор Тр шунтируется емкостью и, кроме того,
включается Li и Ry. При разряде линии на источник питания напряжение
Ui на емкости Сг будет изменяться и зависеть от напряжения на линии
190
Рис. ПО. Принципиальная электрическая схема установки для испытания выключателей с повторным зажиганием дуги
и цепями измерения и автоматической записи напряжения, тока и давления в выключателе.
Uл и емкости линии С„, (Ct — С7). Если в момент повторного пробоя напря-
жение на емкости равно Ult а на емкости линии Сл равно Un, то на
емкости Q установится новое напряжение
Г J _ <?1 + <?» _ + Сл^л
С7 + С9 Ci + С2
Приняв, что напряжение на емкости Q при разряде линии изменится
на 10%, то есть что U = 0,9 Ult можно найти значение Cj, Однако, как
показали исследования ВЭИ, большое значение G невыгодно, поэтому
были исследованы различные варианты схемы. Параметры Lx и регули-
руют величины индуктивности короткого замыкания источника мощности
и декремента затухания собственных колебаний напряжения источника.
Конденсаторная батарея Св.н предназначена для регулирования скорости
восстановления напряжения. Схема замещения линии представлена цепоч-
кой звеньев с индуктивностью звена £а и емкостью звена С* и С». На-
значение сопротивления Rit шунтирующего первый реактор £2, — получить
начальное возрастание тока при повторном зажигании дуги в ИВ. Измери-
тельные устройства (рис. ПО) должны записать осциллограммы пере-
напряжений при повторном зажигании дуги в ИВ, длительность процесса
восстановления напряжения на контактах ИВ, напряжение на линии и т. д.
Для измерения этих процессов и величин имеется: ТТ—трансформатор
тока для измерений магнитным осциллографом сравнительно медленных
процессов; делитель напряжения ДИ—для измерения катоднум осцил-
лографом и шунт Ш для измерения токов. Подвод от делителя напряже-
ния к катодному осциллографу осуществляется кабелем РК-6 с волновым
сопротивлением 50 ом. Кроме того, имеется датчик давления ДД и изме-
ритель давления ИД с записью на магнитном осциллографе. Регистратор
хода П записывает ход подвижных частей выключателя (см. гл. IX). Авто-
матическое управление опытом производится от ПАУ, описание которого
дано в гл. X. На рис. 110 показано автоматическое управление от ПАУ
для запуска КО и МО и записи давления в выключателе.
В заключение необходимо отметить, что по имеющимся материалам
исследований и нормативам, приведенным в ГОСТ 12450-67, регламенти-
рующем методику этих испытаний,.которые обычно проводятся в прямых,
а не синтетических схемах, этот раздел курса можно было бы выделить
в отдельную главу. Однако тесная связь этого раздела с перенапряжени-
ями при повторных зажиганиях дуги в выключателях требует изучения
и этих процессов. Поэтому целесообразно этот вопрос изложить в разделе
перенапряжений при отключении недогруженных линий, курса перенапря-
жений, рассмотрев до этом фоне и методику испытания выключателей.
Эквивалентные схемы испытания выключателей
на отключение ненагруженных трансформаторов
и малых индуктивных токов
Отключение малых индуктивных токов выключателем высокого напря-
жения может приводить к преждевременному обрыву тока до перехода
его через нулевое значение. Происходит так называемое явление «среза»
тока с быстрым спадом его до нуля. При отключении ненагруженных
трансформаторов, реакторов запас энергии LP/2 в виде электромагнитного
поля в индуктивности переходит в электростатическую энергию поля,
вызывая опасные для изоляции перенапряжения переходного процесса.
Если прочность промежутка между контактами ИВ выше максимального
уровня возникающих перенапряжений, то, не считаясь с демпфированием,
192
на индуктивности при отключении может* возникнуть перенапряжение
где iQ— ток среза;
L — отключаемая индуктивность;
С — параллельно включенная емкость;
UQ — 50-периодное напряжение на индуктивности L в момент обрыва
тока.
Однако величины перенапряжений зависят как от условий демпфи-
рования контура, так и от характера гашения дуги выключателем и дру-
Рис. 111. Схема испытания выключателей на
отключение малых индуктивных токов и не*
нагруженных трансформаторов:
а — источник питания — ударный генератор У Г*» б —
источник питания — сеть.
гих факторов (давление в ИВ, шунтирование емкости и др.). Поэтому для
различных типов выключателей необходимо производить испытания на
отключение малых индуктивных токов. Принципиальная схема испытания
показана на рис. 111. Источником питания на рис. 111, а является
ударный генератор и два трансформатора Тр! и Тр2. Регулируемая емкость
С, включенная на входе Тр2, должна воспроизводить процессы, характер-
ные для реальных трансформаторов в переходный период. На рис. 111,6
источником питания является сеть.
$ 39. Схемы совместной работы ударного генератора
N колебательного контура А. А. Горева
В Ленинградском филиале ВЭИ разработана схема совместной работы
ударного генератора и колебательного контура А. А. Горева [ПО, 111J
при последовательном и параллельном соединениях их. На рис. 112, а
Рис. 112. Принципиальная
схема совместной работы
ударного генератора и коле-
бательного контура при их
последовательном соедине-
нии:
а — У Г — ударный генератор; ЗВ
и. ВА — защитный выключатель и
включающий аппарат; £э — экви-
валентная индуктивность, содер-
жащая индуктивности генерато-
ра, шин, реактора в генераторной
цепи; R3 — эквивалентное актив-
ное сопротивление испытательной
цепи; Ск — емкость батареи ко-
лебательного контура; LK — ин-
дуктивность цепи контура; ИВ —
испытуемый выключатель; ЗУ —
зарядное устройство; РЗ — разъ-
единитель; б — £г — реактор в
генераторной цепи; Тр —проме-
жуточный трансформатор; Ct —
емкость основной батареи контура; Р3 — защитный разрядник; £д — добавочная индуктивность; £ш —
шунтирующий реактор; УДП — управляемый дуговой промежуток; СС — схема синхронизации; СП —
схема поджига: TH — измерительный трансформатор напряжения; С< — емкость для регулирования ско-.
роста восстановления напряжения; П — искровой промежуток.
7 9-173
193
показана принципиальная схема установки при последовательном соеди-
нении генератора и контура, без промежуточного трансформатора, а на
рис. 112,6 — с промежуточным трансформатором Тр для испытания аппа-
ратов на повышенных и пониженных напряжениях.
Принцип работы схемы, изображенной на рис. 11^-состоит в следующем.
Предварительно батарея конденсаторов С2 заряжается до напряжения Uc,.
Затем ударный генератор возбуждается до напряжения Ет = Ем cos (erf -f-
+ фе), и при помощи В А включается испытательная цепь. Включение
генератора последовательно с колебательным контуром, настроенным в
резонанс на частоту генератора до погасания дуги в ИВ, не изменяет
величину тока
/к’3-Гг^+ш£э
(VH-1)
в испытательной цепи. После погасания дуги в ИВ восстанавливающееся
напряжение UB на его контактах будет
1/в = Ев. г 4- {/в. КОНТ, (VI1-2)
где Uв — восстанавливающееся напряжение на контактах ИВ;
Ев. г — восстанавливающееся напряжение генератора;
Ub. конт — восстанавливающееся напряжение батареи С2.
В связи с этим испытательная мощность такой схемы, учитывая (VII-2),
будет
Рк.з — /к. sUb — 1к. в (Ев. г 4" Ub. конт) = Рг 4" Рк- (VII-3)
Чтобы избежать перенапряжений в колебательном контуре при работе по
схеме, изображенной на рис. 112, необходимо так настраивать схему,
чтобы устранить свободные колебания в кривых напряжений и тока. Это
возможно при следующих начальных условиях [Г11]:
t/c, — —Ус макс, (VI1-4)
т. е. при равенстве зарядного напряжения на емкости контура Uc, ампли-
туде падения напряжения на емкости от вынужденной составляющей тока
в цепи. Кроме того, необходимо, чтобы включение ВА было произведено
в момент, когда фаза э. д. с. генератора фе будет равна углу сдвига
между вынужденной составляющей тока и э. д. с, ударного генератора,
что при учете знака выполняется вторым условием:
фе = -<р. (VII-5)
Наличие разработанных в ВЭИ приборов для автоматического управления
опытом (ПАУ) и управляемых дуговых промежутке® (УДП), а также вклю-
чающего аппарата ВА-12 завода «Электроаппарат» позволяет точно осу-
ществить указанные условия. В этом случае величина
/к. з = /макс sin cofe-**, (VII-6)
а величина восстанавливающегося напряжения на контактах ИВ
Ub = (Em 4- Uc.} (1 - cos ©в,/), (VII-7)
где <bbi — угловая частота
1
®в1 = : --- •
V(L9 r+ Z.K)Ce ’
Ет — амплитуда э. д, с. ударного генератора;
194
Uс, — зарядное напряжение конденсаторов С2;
кэ. г — индуктивность генераторной цепи;
LK — индуктивность контура восстанавливающегося напряжения;
Со—сумарная емкость цепи испытания.
При испытании выключателей с напряжением, отличающимся от напря-
жения конденсаторов батареи С2, последнюю необходимо присоединять
при помощи ударного трансформатора (рис. 112, б). Кроме того, для
придания синусоидальной формы кривой восстанавливающегося напряжения
сразу же после гашения дуги в ИВ к емкости С2 подключается шунти-
рующий реактор £ш. Подключение обеспечивается схемой синхрониза-
ции СС и управляемым дуговым промежутком УДП со схемой под-
жига СП.
Индуктивность реактора Ьш должна обеспечить после замыкания УДП
промышленную частоту тока в контуре CK — Lm. Для защиты конденса-
торов батареи С2 от перенапряжений при аварийных режимах служит
защитный разрядник Р3, последовательно с которым включена дополни-
тельная индуктивность Лд. Батарея С2 на время заряда конденсаторов
отключается от трансформатора при помощи шарового разрядника П. Как
известно, максимальное значение испытательного тока генератора снижа-
ется под влиянием собственной индуктивности цепи испытания. Примене-
ние схемы последовательного соединения генератора и колебательного кон-
тура позволяет увеличить ток короткого замыкания, например, с 7.8
до 11,9 ка, как это показал Я. Н. Шерман [111]. С этой целью часть
индуктивности генератора может представлять индуктивность колебатель-
ного контура.
Схема паралелыюго соединения генератора и колебательного контура
Принципиальная схема совместной работы генератора и колебательного
контура при параллельном их соединении дана на рис. 113, а. Схема ра-
ботает следующим образом. Генератор возбуждается до значения Ет —
Рис. 113. Принципиальная схе-
ма совместной работы ударного
генератора и колебательного
контура, при параллельном сое-
динении:
а — схема параллельного соединения
генератора и контура без промежу-
точного трансформатора; ВУК —
включающее устройство контура; б—
схема параллельного соединения гене-
ратора и контура с промежуточным
трансформатором Гр; ОУк — отклю-
чающее устройство контура; Тр-~
промежуточный трансформатор;
ВТТ — воздушный трансформатор
тока; в — схема параллельного сое-
динения контура и генератора с
включением индуктивности связи
£гк Для компенсации затухания тока
колебательного контура; £э;г — эк-
вивалентная индуктивность генерато-
ра УГ\ LK — индуктивность контура;
Ск — емкость контура; ЗУ — заряд-
ная установка
= Еи cos 4- <ре), а батарея конденсаторов одновременно заряжается до
напряжения Uc,~ — Em- Далее, при замкнутых контактах ИВ включаю-
щим аппаратом’ВЛ, при фазе напряжения ударного генератора, когда фе = О,
то есть при условии равенства нулю апериодической составляющей, в токе
7*
ЮЬ
ударного генератора У Г, замыкается цепь У Г и по ней начинает протекать
ток генератора
ir = 31-sin< (VII-8)
Wbg. Г
где Е„ — амплитуда э. д. с. генератора;
©— угловая частота;
U г — индуктивность генератора;
t — время.
Одновременно, или с заданным сдвигом во времени, при помощи вклю-
чающего устройства ВУк колебательного контура, замыкается цепь контура
и начинает протекать ток
iK = -^sin©/, (VII-9)
где iK — ток контура;
Uс,—зарядное напряжение емкости С2 контура;
©к — угловая частота контура;
£к — индуктивность колебательного контура.
После гашения дуги в ИВ восстанавливающееся напряжение на его
контактах
(/в [(/с. + (£- - Uc.) О - cos (VII-10)
где
<*> = —. . *, - (VII-11)
I/ ьэ. г ьк
г L^ + L**
— собственная частота восстанавливающегося напряжения, зависящая от
L3 и Ск схемы. После погасания дуги в ОУК (рис. 113, б) восстанавли-
вающееся напряжение приближается к значению э. д. с. генератора. В связи
с тем, что настройка схемы ведется так, чтобы соблюдалось равенство
er~Uc, можно принять, что U9&er. Поэтому для значения испытательной
мощности установки можно написать:
Рк. 3 — ItnJJВ = (Д' “Ь Лс) 1/в=/>Г_Ь'Рк. (VII-12)
Таким образом, при параллельном соединении колебательного контура
и ударного генератора обеспечивается суммирование их мощностей.
Детальное описание возможных режимов работы схемы дано в рабо-
те [111].
При испытании выключателей с длительным горением дуги происходит
более интенсивное затухание тока. Кроме того, в схеме параллельного сое-
динения будет повышенное затухание тока колебательного контура. С целью
уменьшения затухания испытательного тока можно применить два способа:
1) способ биения;
2) способ компенсации активных потерь.
• Первый способ биения основан на том, что испытательный ток пред-
ставляет сумму двух синусоидальных токов с близкими частотами. Второй
способ компенсации основан на том, что последовательно с ИВ (рис. 113, в)
включается небольшая индуктивность связи LT. к, благодаря которой актив-
ная мощность генератора покрывает потери в колебательном контуре. Опти-
мальный эффект получается при одновременном использовании двух спосо-
бов. Следует отметить, что указанные схемы совместной работы исполь-
зуются в основном для прямых, а не. синтетических испытаний.
196
Синтетическая схема с двойной трансформацией тока. При необходи-
мости увеличения тока короткого замыкания при испытании можно исполь-
зовать схему, представленную на рис. 114. Схема является двухчастотной,
с источником тока, включенным по схеме с двойной трансформацией, с транс-
Рис. 114. Синтетическая'гхема испыта-
ния с двойной трансформацией тока:
и УТр9 — ударные трансформаторы;-
УДП — управляемый дуговой промежуток;
РДПг —регулируемый дуговой промежу-
ток.
форматорами УТр1 и УТра. Источником восстанавливающегося напряжения
является батерея конденсаторов С2. Контур С2— La служит для регулиро-
вания частоты восстанавливающегося напряжения синтетической схемы.
§ 40. Синтетическая схема ВЭИ
с подачей восстанавливающегося напряжения в нуль тока
на базе ударного генератора ТИ-100-2
Принципиальная электрическая схема синтетической установки на базе
ударного генератора для испытания выключателей на мощность отключения
представлена на рис. 115. Разработка всех основных элементов синтети-
ческой схемы проведена в ВЭИ. Схема подачи восстанавливающегося на-

Д—П * И т
Рис. 115. Принципиальная электрическая схема ВЭИ с подачей восстанавливающегося
напряжения в нуль тока на базе ударного генератора:
а — развернутая электрическая схема соединений синтетической установки; б — принципиальная элек-
трическая схема.
пряжения в нуль тока и прибор автоматического управления опытом и синх-
ронизации разработаны Н. М. Чернышевым и др. (ВЭИ). Разработка управ-
ляемого дугового промежутка, на высоких напряжениях, и методика управ-
ления его работой, как и ряд других вопросов измерения и методов ра-
197
счета, также проведены в ВЭИ. Эти работы ВЭИ послужили основой для
разработки проекта НИЦ в Бескудниково. Поэтому при рассмотрении син-
тетической схемы ВЭИ освещаются также основные вопросы, связанные
с НИЦ в Бескудниково (назначение батарей Cj, Сз и С4, компоновка обо-
рудования в закрытых помещениях и в ОРУ НИЦ, скелетная схема управ-
ления опытом и др.). Таким образом, изложение вопроса о синтетической
схеме ВЭИ будет взаимосвязано с рассмотрением НИЦ в Бескудниково,
а в конце главы будет изложен дополнительно ряд. специальных вопросов,
относящихся к НИЦ. Как видно из схемы рис. 115, а, для подачи к объекту
испытания ИВ тока короткого замыкания непосредственно от ударного ге-
нератора У Г или от повысительного ударного трансформатора УТр, а также
высокого восстанавливающегося напряжения от конденсаторной батерей С2
используется система шин А, В и С. Изоляция шин рассчитана на напря-
жение 35—220 л». Система шин связывает машинный зал с открытым рас-
пределительным устройством (ОРУ) искусственной схемы и с испытатель-
ными камерами.
В этом параграфе кратко изложены вопросы расчета токов короткого
замыкания для синтетической схемы на базе ударного генератора ТИ-100-2;
рассмотрены схемы и назначение конденсаторных батерей Cit С2, С8 и С4,
а также батареи реакторов L2; приведены скелетные схемы управления
опытом при испытании выключателей. В заключение рассмотрены основ-
ные вопросы, Связанные с оборудованием научно-исследовательского центра
в Бескудниково, его компоновкой и параметрами основного оборудования.
Перейдем к рассмотрению указанных вопросов.
Расчет токов короткого замыкания в синтетической схеме
При испытании выключателя в синтетической схеме источником тока
является синхронный ударный генератор ТИ-100-2. Трехфазная мощность,
необходимая для испытания выключателей в синтетической схеме,
P(S>= +t4)4.s, (VII-13)
где значения входящих величин: 2 — коэффициент, учитывающий следую-
щее обстоятельство. Если при отключении трехфазного короткого замыка-
ния один полюс выключателя гасит дугу первым, то восстанавливающееся
напряжение на контактах этого полюса
[аф-(-^] = 1,5С/ф=1,5^.
Таким образом, в указанном случае испытательная -установка может дать
напряжение Uyct = Ua. Но U* = ивыкл, поэтому Uycr = -yi (/Выкл, откуда
У о V к 3
{/выкл = .
DOI1W1 - Z, •
1,5
Так как мощность отключения выключателя
Рвыкл ~ 3(7выкл/ откл»
то, подставляя значение £/Выкл» находим:
РВЫКЛ ~ Р^З 1Л3 -jpg- /К. 3 = 267уст/к. 3 = 2РуСТ.
Это учитывается, при расчете, коэффициентом 2 в (VII-13), а величина
k—коэффициент, определяющий ту часть дугогасительного устройства,
которая подвергается испытанию (табл. 18); 6/х — напряжение источника
198
тока синтетической схемы; (7а — напряжение, прикладываемое от батереи С#
восстанавливающегося напряжения:
Значение
t/исп = Ui + £/, = 1,5 (VII-14)
характеризует напряжение, которое должно быть приложено к испытуемому
выключателю. Наибольшие параметры источника тока определяют наиболь-
шие мощности, которые можно получить от установки для испытания вык-
лючателей. Испытания выключателей можно производить на генераторном
напряжении или на напряжении повысительных ударных трансформаторов.
Ударный генератор ТИ-100-2 рассчитан на симметричную мощность корот-
кого замыкания за внешним реактанцем в 1 %, равную Рк 3 = 2,5 млн. ква,
при напряжении генератора 12 кв. При испытании через повысительные
трансформаторы можно получить напряжения 35 и 70 кв в трехфазном ре-
жиме и 105 и 210 кв в однофазном режиме. Если принять, что реактивной
сопротивление шин равно 20% от величины сверхпереходного реактивного
сопротивления генератора, то для мощности двухфазного короткого замы-
кания на шинах генератора получим:
Р1з = у^.з(1 — 0,2) = у 2500000(1—0,2) = 1000 Мва.
Применение повысительных трансформаторов при испытании требует учета
реактивного сопротивления обмоток трансформаторов. Для мощности ко-
роткого замыкания за трансформаторами можно написать:
и* и* Р Р
р ____ . _ ___________ к.з. "игк. з. ген
“ 3 ~ «ген + «тр ~ , U* ~ Р^ 3 _ + Рк , пя ’
ввив» «I* - **• 1ЛЭИ
р р
л ген л тр
где Ртр — мощность короткого замыкания трансформатора.
При коротком замыкании за трансформатором
Р _Рв.тр 10°.
Гкз-тр-----’
(VII-15)
(VII-16)
Рген — мощность короткого замыкания генератора.
Подставляя (VII-16) и (VII-15), находим:
рн.тр 100 р
Р Р е % з-ген Р Р
р гк. з. тр* к. з. ген ск 70 _ *н. тр*к. з. ген
К' 3 ” Рк з TD + Рк 3 ген ~ Рн тр * 100 Л п „ ек% '
к. з. тр • К* о» ip I р р । р *>
е % з. ген ^н. тр а. ген £qq
(VII-17) •
Для однофазной мощности короткого замыкания за повысительными транс-
форматорами, если реактивное сопротивление повысительных трансформа-
торов (3 х 33333 ква) ек = 3,3%, согласно (VII-17) получим
рП) ____
* К. 3 -
^н. тр^к. з. ген 100 • 1000
^н. тр + Лс. з. ген 100 + ЮООт^т
= 752 Мва.
Таким образом, для предельных значений токов короткого замыкания при
испытаниях на генераторном напряжении и от повысительных трансформа-
торов получаем:
при генераторном напряжении 12 кв (ТИ-100-2)
j _________1°°°__03 4
'и - ТГ -tw’4
199
при напряжениях от повысительного трансформатора
_р(1) 752
--gg.-Zl.O КО,
г Рш 752 ,Л _
“ Uio ~ 70 ~ 10,7 Ка'
. Р(1} 752 -
tlOa~ Ui»b ~ I»5 “ 7’ 7 Ка’
, PW 752 „ сп
^по~ илй ~ 210 3,59 Ка‘
Для расчета токов короткого замыкания при испытании выключателей
в синтетической схеме принята схема соединения фаз в звезду (рис. 116, а, б)
Рис. 116. Схемы для расчета токов короткого
замыкания синтетической испытательной уста-
новки на базе ударного генератора типа
ТИ-100-2:
а — при соединении фаз генератора в звезду; б — при
соединении фаз генератора в треугольник.
и в треугольник (рис. 116, в и
г). Метод расчета реактивных со-
противлений шинопровода дан в
гл. II. Наряду с реактивным со-
противлением шинопровода на
стороне генераторного напряже-
ния, в цепь тока включены ре-
активные сопротивления участ-
ков шинопровода с изоляцией на
220 кв.
Пусть значения реактивных соп-
ротивлений участков шинопровода на
стороне генераторного напряжения
10 кв, при указанных длинах участков,
будут следующими:
32 • 10~* ом/м • 2,5 м = 0,0008 ом;
32 • 10“6 ом/м • 17 м = 0,0054 ом;
32 • 10~® ом/м • 12 м = 0,00384 ом;
32 • 10~® ом/м • 21 м = 0,0067 ом;
32 • 10—® ом/м • 20 м = 0,0064 ом;
32 • 10-6 ом/м • 26 м = 0,0083 ом.
Для участков шинопровода с изо-
ляцией на 220 кв, с учетом их длин,
реактивные сопротивления имеют зна-
чения:
62,2 • 10“6 ом/м -72 м = 0,0445 ojh;
62,2 • 10-® ом/м • 85 м = 0,0527 ом;
62,2 • 10—® ом/м • 35 м = 0,0217 ом.
Схема замещения, при соедине-
нии фаз генератора ТИ-100-2 в звезду,
дана на рис. 116, где а — принципи-
альная электрическая схема испыта-
тельной цепи тока, а б —схема замещения участков цепи тока. Найдем предельное зна-
чение тока короткого замыкания генератора ТИ-100-2 в синтетической схеме испытания
выключателя при условии соединения фаз генератора в звезду и при отключенном реак-
торе L:
^ген
у
•*к. з. мин
Для этого случая согласно схеме замещения рис. 116, б
хк 3. мин = 2 (0,054 + 0,0008 + 0,00384) + 0,0064 + 0,00832 4-
+ 0,0445 + 0,0527 + 0,0217 = 0.2509 ом.
200
To-да
гж ~ген iz о
1ка ~ хк. з. мин ~ °-2509 “ 48 ’
а значение ударного тока
/уд = ^ =1,7-48 = 81,5 ка.
Если в токовую цепь будет включен токоограничивающий реактор, то сопротивление
шинопровода
хк, з = 2Хр 4" хш 4“ хг.
Подставляя значения реактивных сопротивлений, с учетом сопротивления участка под-
соединения к реактору, находим:
хш + Хг = 2 (0,054 4- 0,0008 4- 0, 0054 4- 0,00672) 4- 0,0064 4-
4- 0,0083 4- 0,0445 4- 0,0527 4- 0,0217 = 0,26726 ом.
Тогда
хк.з = 2хр4-°,2672.
Подставляя различные значения сопротивления хр при включении различных отпаек реак-
тора, получим значение токов короткого замыкания в синтетической схеме испытания
при соединении обмоток ударного генератора в звезду. При соединении обмоток гене-
ратора в треугольник (рис. 116, в) сопротивление генератора хг = 0,018 ом, напряже-
ние — 7 кв, сопротивление шинопровода — прежнее. Значения токов будут
с-о^з-39.3»;
/уд= 1,7.39,3 = 67 ка.
При этом
хк. з мин = °>2509 - °,072 = °»1789
и
3 = 2Хр 4-0,19526 ом.
При испытании выключателя в синтетической схеме восстанавливающееся напряжение U2
батареи конденсаторов Са определяется следующим образом:
^ = ^(^исп-^1)> (VII-18)
где к = 1, 2, учитывает снижение напряжения за счет заряда конденсаторов С3 до 10%
и до 10% снижения напряжения за счет затухания при разряде. Испытательное напря-
жение одного-полюса трехполюсного выключателя определяется по формуле
1,5£7И
^сп = уд? = 0.8^ (VII-19)
а испытательный ток
= (VH-20)
Возьмем, для примера, значения величин для выключателя 750 кв, с мощностью от-
ключения 50000 ква\
1) испытательный ток (VII-20):
Р 50 000
001 ~ /31/н “ V 3 • 750
2) испытательное напряжение (VII-19):
и 1,5 - 750-10»
Цкш - у з — из 650 кв-
Но так как испытанию подвергается 1/4 поЛюса выключателя, то соответствующее нап-
ряжение U = 650 : 4 = 162 кв\
3) напряжение источника восстанавливающегося напряжения
U2 = ^исп — и1 = 162—12 = 150 кв;
4) напряжение заряда конденсаторов батареи С2;
{/J = 1,2 (С/исп - = 1,2 (162- 12) = 180 кв.
201
Параметры синтетической схемы испытания на базе ТИ-100-2
Таблица 18
Напряжение, кв, мощность, Мва, выключателя Испытуе- мая часть полюса, к Испытуе- мый ток /, ка Напряжёние источника тока Ult Кб эф. Испытатель- ное напряже- ние ^исп» кв эф. Напряжение источника восстанавли- вающегося напряжения «'исп-W Напряже- ние заря- да Ct, ut, кв эф.
НО, 3500 1 18,35 35 95 60 72
ПО, 5000 1 26,2 12 95 83 100
ПО, 10000 1 52,4 12 95 83 100
154, 5000 1 18,7 35 134 99 119
154, 10 000 1 37,5 12 134 122 146
220, 5000 1 13,1 35 190 155 186
220, 7500 1 19,7 35 190 155 186
220, 10000 1 26,4 12 190 178 214
220, 15000 1 39,4 12 190 178 214
330, 10000 1 17,5 35 286 251 301
330, 20000 1/2 35 12 143 131 157
500, 25 000 1/2 28,8 12 216 204 246
500, 35000 1/3 40,4 12 144 132 158
750, 5000 1/2 3,1 70 330 260 310
750, 35000 1/4 26,9 12 162 150 180
750, 50 000 1/4 38,4 12 162 150 180
Аналогично рассчитываются параметры синтетической схемы испытания
для других типов выключателей. В соответствии с (VI1-17), (VII-18), (VII-19)
и (VJI-20) определяются параметры синтетической схемы испытания на базе
ударного генератора ТИ-100-2 для испытания различных типов выключате-
лей. По данным ВЭИ расчетные значения этих величин для напряжений
от 110 до 750 кв приведены в табл. 18. В проектируемых ВЭИконструк-
Таблица 19 циях воздушных выключателей, по данным Г. С. Пузырийского [76],
Ориентировочное количество дугогаситель- ных элементов на полюс в функции напря- жения и отключаемой мощности в зависимости от номинального на- пряжения и номинальной мощности отключения выключателя ориенти- ровочно намечено количество ду- гогасительных (двухразрывных) эле- ментов на полюс согласно табл. 19. При этом принято во внимание рез- кое увеличение токов короткого за- мыкания в сетях и установка мощ- ных силовых трансформаторов, что способствует увеличению скоростей восстановления напряжения. Опре- деление коэффициента к (табл. 18) связано с данными табл. 19.
Номиналь- ное напря- жение, кв Номинальная мощность отклю- чения выключате- ля, Мва Количество дуго- гасительных (двух- разрывных) эле- ментов на полюс выключателя
110 150 220 330 500 750 7500 7 500/10000 10000/15 000 20 000 25000/35000 35000/50000 1—2 2 2/3 4 5/6 7—8/9—10
В тех случаях, когда мощность испытательной установки недостаточна
для выполнения в полном объеме испытаний выключателя на отключающую
и включающую способности, допускается определение предельной мощ-
ности отключения производить путем косвенных испытаний, если данный
тип выключателя позволяет применение этих методов, а также путем ис-
пользования синтетических схем. К косвенным испытаниям относятся испы-
тания дугогаситёльного устройства выключателя по отдельным частям и раз-
дельные испытания по отключению неполного тока при полном напряжении
и полного тока при пониженное напряжении. На рис. 115, а представлена
принципиальная схема синтетической установки с подачей восстанавливаю-
щегося напряжения в нуль тока, на базе ударного генератора ТИ-100-2.
Рассмотрим назначение конденсаторйых. батарей Съ С,, Сь и Ct, согласно
схеме рис. 115,- а.
202
Параметры синтетической схемы испытания на базе ТИ-100-2
Таблица 18
Напряжение, кв, мощность, Мва, выключателя Испытуе- мая часть полюса, к Испытуе- мый ток I, ка Напряжёние источника тока (/j, кв вф. Испытатель- ное напряже- ние ^исп> кв вф. Напряжение источника восстанавли- вающегося напряжения «w-w Напряже- ние заря- да Ct, и9, кв вф.
ПО, 3500 1 18,35 35 95 60 72
ПО. 5000 1 26,2 12 95 83 100
ПО, 10000 1 52,4 12 95 83 100
154, 5000 1 18,7 35 134 99 119
154, 10000 1 37,5 12 134 122 146
220, 5000 1 13,1 35 190 155 186
220, 7500 1 19,7 35 190 155 186
220, 10000 1 26,4 12 190 178 214
220, 15000 1 39,4 12 190 178 214
330, 10000 1 17,5 35 286 251 301
330, 20000 1/2 35 12 143 131 157
500, 25000 1/2 28,8 12 216 204 246
500, 35000 1/3 40,4 12 144 132 158
750, 5000 1/2 3,1 70 330 260 310
750, 35000 1/4 26,9 12 162 150 180
750, 50000 1/4. 38,4 12 162 150 180
Аналогично рассчитываются параметры синтетической схемы испытания
для других типов выключателей. В соответствии с (VII-17), (VII-18), (VII-19)
и (VJI-20) определяются параметры синтетической схемы испытания на базе
ударного генератора ТИ-100-2 для испытания различных типов выключате-
лей. По данным ВЭИ расчетные значения этих величин для напряжений
от ПО до 750 кв приведены в табл. 18. В проектируемых ВЭИконструк-
Таблица 19
Ориентировочное количество дугогаситель-
ных элементов на полюс в функции напря-
жения и отключаемой мощности
Номиналь- ное напря- жение, кв Номинальная мощность отклю- чения выключате- ля, Мва Количество дуго- гасительных (двух- разрывных) эле- ментов на полюс выключателя
ПО 7500 1—2
150 7 500/10000 2
220 10000/15 000 2/3
330 20000 4
500 25000/35000 5/6
750 35000/50000 7—8/9—10
В тех
случаях, когда
циях воздушных выключателей, по
данным Г. С. Пузырийского [76],
в зависимости от номинального на-
пряжения и номинальной мощности
отключения выключателя ориенти-
ровочно намечено количество ду-
гогасительных (двухразрывных) эле-
ментов на полюс согласно табл. 19.
При этом принято во внимание рез-
кое увеличение токов короткого за-
мыкания в сетях и установка мощ-
ных силовых трансформаторов, что
способствует увеличению скоростей
восстановления напряжения. Опре-
деление коэффициента к (табл. 18)
связано с данными табл. 19.
мощность испытательной установки недостаточна
для выполнения в полном объеме испытаний выключателя на отключающую
и включающую способности, допускается определение предельной мощ-
ности отключения производить путем косвенных испытаний, если данный
тип выключателя позволяет применение этих методов, а также путем ис-
пользования синтетических схем. К косвенным испытаниям относятся испы-
тания дугогаситёлыюго устройства выключателя по отдельным частям и раз-
дельные испытания по отключению неполного тока при полном напряжении
и полного тока при пониженной напряжении. На рис. 115, а представлена
принципиальная схема синтетической установки с подачей восстанавливаю-
щегося напряжения в нуль тока, на базе ударного генератора ТИ-100-2.
Рассмотрим назначение конденсаторных , батарей Си С^,СЬ и С4, согласно
схеме рис. 115,- а.
202
Батарея конденсаторов восстанавливающегося напряжения С*
Синтетическая схема испытания выключателей на отключающую спо-
собность, показанная на рис. 115, а, может работать в режиме включения
восстанавливающегося напряжения при переходе тока короткого замыкания
через нулевое значение и по двухчастотной схеме. Как показал Н. М. Чер-
нышев [104], соотношение между энергией батерей основного колебатель-
ного контура промышленной частоты и энергией контура повышенной час-
тоты двухчастотного контура может быть следующим. Обозначив параметры
основного контура промышленной частоты Рь Сь Llt Ui и — индексом 1,
а параметры контура повышенной частоты индексом 2, для отношения энер-
гий, запасенных в конденсаторных батареях, получим
CJA
CJJ{~cAuJ ~R Ct>
(VII-21)
где
(VII-22)
— отношение зарядных напряжений контуров.
Обозначив отношение резонансных частот контуров через а;, можно
написать:
или иначе:
<4=^. (VII-24)
Но так как согласно [42], с учетом (VII-22), для двухчастотного контура
ii “ Ui ~ k ’
то для (VII-24) можно написать:
£» _ а2ь
с\ ~ аГ'
Вводя [VII-26] в [VII-21], получим
Pi ь2— ——
Рг ct-a2f’
откуда, учитывая (VII-23), находим
(VII -25)
(VII-26)
(VII-27)
(VII-28)
При выборе мощности батареи С2, в соответствии с (VII-28), надо иметь
в виду, что, как это показано в руководящих указаниях, разработанных
ВЭИ [16], по методике испытания высоковольтных выключателей на мощ-
ность отключения, мощность конденсаторной батареи Са будет зависеть от
наинизшей частоты восстанавливающегося напряжения. При испытании вы-
ключателей на мощность отключения в работе [16] даны рекомендации зна-
чений частоты переходной составляющей восстанавливающегося напряжения,
а также величин коэффициентов превышения амплитуды. Указанные ве-
личины зависят от номинального напряжения выключателя и отключаемой
203
мощности. Из работы [16] следует, что f = 0,6 кгц является наинизшей
нормированной частотой при напряжении 220 кв и 100% отключаемой мощ-
ности. Регулирование частоты переходной составляющей восстанавливаю-
щегося напряжения осуществляют батереи конденсаторов С3 и реакторов La-
Таким образом, частота 600 гц будет определять мощность батереи С8.
Частота контура С3 — L2 в этом случае примерно в три раза больше про-
мышленной частоты. Следовательно, мощность батареи конденсаторов Сг
зависит от мощности батареи С3. При испытании выключателя емкости С3
и С3 включены последовательно. Так как снижение напряжения 50-период-
ной частоты выше 10% нежелательно, поэтому соотношение мощности
батарей конденсаторов С3 и С3 должно находиться в пределах
Ра > ЮРз.
(VII-29)
Так, например, согласно работе [16] для напряжения 220 кв при 100%
мощности, отключаемой выключателем, частота переходной составляющей
восстанавливающегося напряжения f3 = 600 гц. Кроме того, максимальная
мощность, отключаемая при испытании полюса выключателя, или его части,
при 220 кв
Роткл = 15000 Мвар.
Тогда для Р8 согласно (VII-28) находим
роткл^ 15000 1
= 52
Мвар,
где k— 1; f3 = 600 гц; Д = 50 гц. В связи с этим для (VI1-29) можно
написать:
Р2 = ЮР8 = 10 • 52 = 520 Мвар.
Но так как при испытании выключателей снижение напряжения может до-
стигать 20% (10% понижения за счет батареи С3 и 10% за счет затухания),
то расчетная мощность должна быть увеличена в (1,2)2 раза, так как мощ-
ность пропорциональна квадрату напряжения. Следовательно, для установ-
ленной мощности Payer окончательно получим:
РгуСТ = (1,2)« Р2 = 1,44 • 520 = 750 Мвар.
Батарея С2 собирается по схеме ГИН в виде многоступенчатой этажерки
с последовательно-параллельным соединением конденсаторов, что позволяет
получить от батареи требуемые напряжения. Для батареи Съ необходимо
предусмотреть надежную защиту от сверхтоков, возникающих при пробое
изоляции конденсатора. Конструкция конденсаторной батареи должна быть
удобной и доступной для производства переключений и других работ, а также
безопасна для обслуживающего персонала в процессе эксплуатации.
Батарея конденсаторов Сг
Для регулирования частоты восстанавливающегося напряжения в син-
тетической схеме, испытания выключателей применяется батерея' конденса-
торов С3. Согласно принятому ранее допустимому снижению восстанавли-
вающегося напряжения мощность батареи С3 должна быть не более Р8=
= 0,1Р2(где Р2— мощность батареи С2, являющейся источником восстанав-
ливающегося напряжения). Схема батареи конденсаторов С3 должна допус-
кать различные соединения их, обеспечивающие наинизшие частоты, сог-
ласно работе [115]. Как показано в предыдущем примере, мощность бата-
204
реи Р3, отнесенная к частоте 50 гц, равна 52 Мвар. Батарея С3 включается
при испытании последовательно с батареей С3 и испытуемым выключателем.
Поэтому продольная изоляция батареи С3 и относительно земли выбирается
с учетом воздействующих потенциалов при испытании.
Батарея реакторов L3
Батарея С3 в соединении с батареей реакторов L3 (рис. 115) образует
колебательный контур для регулирования частоты переходной составляю-
щей восстанавливающегося напряжения, прикладываемого к испытуемому
выключателю в синтетической схеме. При определении частоты контура
C3—L2 величина L3 ррлжнг соответствовать индуктивности конкретной
сети с угловой частотой ® при заданном токе короткого замыкания в цепи
испытания /к. з и испытательным напряжением £7всп. Таким образом, вели-
чина L3 определяется из условий равенства
= (VII-30)
Необходимо определить максимальные и минимальные значения индуктив-
ности реакторов, которые необходимы при испытаниях выключателей раз-
ных типов. Если не учитывать реактивных сопротивлений источника тока
(ударный генератор, ударный трансформатор) и в качестве напряжения
в (VII-30) принять испытательное напряжение выключателя, то получим
максимальное значение индуктивности реактора. При учете реактивного соп-
ротивления ударного генератора, подставляя в (VII-30) разность испыта-
тельного напряжения Umn и напряжения источника тока Ui, получим мини-
мальное значение индуктивности реактора:
= z (VII-31)
ш'к. 3
Так, например, для выключателя 330 кв, с мощностью отключения 10 000 Мв&,
имея в виду табл. 18, получим:
^макс = = 314 - 17,5 ~ 0,052 = 52 Л1гк;
L-ш, = ^П/к~з— = 31ГЛ7Л = 0,0456 гн = 45,6 мгн-
Для выключателя 500 кв, 25000 Мва:
^макс = g = 314.28,8 = 0,0250 гн — мгн;
Lmn = 3 = 314 °28,8 = °’0226 гн = 22>6
Для обеспечения требуемых при испытании индуктивностей собирается
батарея реакторов. Реакторы установлены на изолирующих опорных конст-
рукциях.
Батарея конденсаторов
Батарея Ci может использоваться в следующих случаях:
а) для регулирования частоты в контуре источника тока, при испы-
таниях выключателей на ударном генераторе;
б) для регулирования частоты и затягивания времени горения дуги при
испытании выключателей в искусственной схеме;
205
в) для создания эквивалентных схем, в которых емкость С\ представ-
ляет емкость длинных линий, и исследования процесса отключения при ис-
пытании выключателя.
Параметры батареи Сх определяются из условия равенства частот контура
тока и контура напряжения при максимальной мощности, отбираемой от
контура тока (ударный генератор, или ударный трансформатор). Макси-
мальная отдаваемая мощность, которую отдает ударный генератор (или
ударный трансформатор), согласно табл. 18 при испытании одного полюса
выключателя 220 кв и 15 млн. ква (при соединении ударных трансформа-
торов по схеме 35 кв)
Рген = U3tIK. з = 35 • 39,4 = 1375 Мва.
Мощность конденсаторной батареи Сх, приведенная к частоте 50 гц,
Р1 = 7^- = ^ = 9550 квар.
/6ОО\2 144
\*§0/
Для регулирования скорости восстановления напряжения при трехфазных
испытаниях батарея Сх собирается в три отдельные фазные группы. При
испытании выключателя в синтетической схеме три фазные группы можно
Соединить в одну батарею.
Батарея конденсаторов С4
Принципиальная электрическая схема батареи затягивания дуги С*
показана на рис. 117. Параллельное соединение всех секций батареи на
К.зарядному устройству
время заряда конденсаторов про-
изводится переключателями ГЦ
и Па. Переключение конденсато-
ров батареи С4 в последователь-
ное соединение перед разрядом
осуществляется переключателем
ГЦ. При помощи разъединителей
П3, укрепленных на изолирую-
щей тяге, можно дистанционно
отключить выравнивающие со-
противления после заряда ба-
тареи, чтобы не допустить раз-
ряда ее через эти сопротивления.
При подготовке схемы батареи
Рис. 117. Принципиальная электричес-
кая схема конденсаторной батареи за-
тягивания дуги С4:
/ — управляемое дуговые промежутки
УДП1 — У ДП4\ 2 — двухпозиционный пере-
ключатель с общим приводом; 3 — группа
параллельно соединенных конденсаторов;
4 — выравнивающее сопротивление Яв; 5 —
съемные накладки а» б, а, г и д; 6 — пере-
ключатель «заряд—заземление»; 7—заземляю-
щее сопротивление /?3; nt — П, — переклю-
чатели для параллельного соединения кон-
денсаторов при заряде; П9 — разъединители
на изолированной тяге для отключения вы-
z равнивающих сопротивлений Яв после заря-
да батареи; П4 — переключатель для после-
довательного соединения конденсаторов пе-
ред разрядом; Аг — А4, Bt—B4 — съемные
перемычки.
206
ВУ,
Рис. 118 Принципиальная электрическая ‘схема конденсаторной батареи С8 и С4 и за-
рядных устройств, размещенных в зале установки искусственной схемы:
Яв — выравнивающее сопротивление,'разработанное в ВЭИ; Яр—сопротивление разрядное; Я3 — со-
противление зарядное; РЗ— разъединитель зарядный; PC—разъединитель, однополюсный, ПО ка;
П} и Па— переключатели конденсаторных батарей Са из. 15 элементов; П, — П.— переключатели конден-
саторных батарей из 6 элементов для батареи С4; чПа — переключатель выравнивающих сопротивле-
ний из 15 элементов батареи Са; /7 4 — переключатель разрядных шаров из 15 элементов; /7, — пере-
ключатель выравнивающих сопротивлений Яв конденсаторной батареи Са; Па — переключатель разряд-
ных шаров из 6 элементов для батареи С4; ВУ.—ВУ4 —включающее устройство на 35 кв (тип ЁЭИ,
на базе трансформаторов тока 35 кв); ВУ,-~ВУ,—включающее устройство на ПО кв; ВУТ— вклю-
чающее устройство на 500 кв; АТР — автотрансформатор регулировочный; ТЗ — трансформатор заряд-
ный; TH — трансформатор накала газотронов; Га — Г9 — газотроны, тип ВЭИ, 7а = 10 а; Яш — шунт;
Kt, /Са — контакторы.
для испытания выключателя с целью получения заданного напряжения по-
следовательное соединение секций осуществляется предварительно, вруч-
ную, путем съемных перемычек а, б, в, г и д. Кроме того, подготовив
заранее при помощи съемных перемычек, например и В1г соединяющих
секции батареи с заземленной шиной и с управляемым дуговым проме-
жутком (УДП), можно на выход батареи С4 подать импульс от любой
секции батареи. При помощи съемных перемычек можно также соединить
с заземленной шиной и управляемым дуговым промежутком УДП любое
плечо каждой секции. Это дает возможность подать на выход батареи за-
тягивания дуги импульсы разной полярности. Батарея затягивания дуги
состоит из 36 конденсаторов в шести секциях. Секция состоит из двух
последовательных групп по три параллельно включенных конденсатора
в группе. Напряжение заряда 60 кв. Секции расположены каскадно с изо-
ляцией между секциями, обеспечивающей последовательное включение сек-
ций для получения импульсов до 140 кв. Как видно из рис. 118, заряд
батареи конденсаторов С4 производится через специальные газотроны, раз-
работанные в ВЭИ, с параметрами /а = 10а, U = 60 кв. Зарядное устрой-
ство выполнено по двухполупериодной схеме выпрямления. Из рис. 118
видно, что наличие шести включающих устройств ВУ4 — ВУ4 и шести под-
ключений к заземляющей шине позволяет получить от батареи затягивания
дуги С4: шесть импульсов напряжением 35 кв; три импульса по 70 кв
и два импульса по 140 кв, в зависимости от предварительно подготовлен-
ной при помощи съемных перемычек схемы соединений конденсаторов.
Таким образом, согласно схеме рис. 118, максимальное напряжение
батареи С2 при последовательном соединении 15 ступеней будет равно
645 кв эф. (900 кв макс.). Учитывая все потери от источника тока гене-
ратора ТИ-100-2, на шинах камеры испытания можно получить 40 ка. Для
напряжения батареи С2, учитывая снижение и затухание, наибольшее нап-
ряжение будет: 645/1,2 = 537 кв эф. Следовательно, предельная мощность
синтетической схемы (ТИ-100-2 — источник тока, батарея С2— источник
восстанавливающегося напряжения)
Р„р = V3UI = 1,73 • 537 • 40 = 38000 Мва.
Эта величина во много раз превышает мощность генераторной установки
и позволяет проводить испытания выключателей до 15000 ква. При большей
мощности отключения выключатели можно испытывать по частям.
Компоновка зала искусственной схемы
Поясняющая схема электрических соединений оборудования зала искус-
ственной схемы дана на рис. 119. В зале искусственной схемы располо-
жены конденсаторные батареи восста-
навливающегося напряжения /, затя-
гивания дуги 3, включающие устрой-
ства 4,5 и 6, а также зарядные устрой-
ства батарей. Стабильность работы уп-
равляемых дуговых промежутков при
работе синтетической схемы испытания
выключателя может быть обеспечена
при установке их в закрытом помеще-
нии. Габаритные размеры зала и рас-
Рис. 119. Поясняющая электрическая схема
соединений оборудования, находящегося
в зале искусственной схемы.
208
Рис. 120. План расположения оборудования в зале искусственной схемы:
/ — батарея восстанавливающегося напряжения С»; 2— батарея затягивания дуги С<; 3—
разъединитель включения батареи Св; 4 — включающее устройство на 35 кв батареи С<; 5 —
включающее устройство на 110 кв; 6 — включающее устройство на 500 кв батареи Св; 7 —
линейный ввод 500 кв; 8 — линейный ввод ПО кв; 9 — автотрансформатор регулировочный;
Ю — газотрон; 11 — трансформатор зарядный; 12 — пульт управления искусственной схемой.
Рис. 121. Разрез / — / зала искусственной схемы синтетической установки для испы-
тания выключателей (рис. Г20).
положение основного оборудования видны на плане зала (рис. 120), а также
на разрезах I—/ (рис. 121) и III — III (рис. 122). Высота зала — 15 м
до нижнего пояса ферм. В, зале установлен кран грузоподъемностью 5 т
при длине пролета 14 м, что необходимо для монтажа оборудования в зале.
209
Включающее устройство батареи С2 с изолирующим трансформатором на
500 кв, выполненным на основе ТФН-400, размещено под вводом 400 кв,
который связывает батареи С2 и С4 с открытым распределительным устрой-
Рис. 122. Разрез III — III зала искусственной схемы установки
для испытания выключателей (рис. 120).
ством ОРУ синтетической схемы. Линейный ввод 7 установлен на внешней
стене зала под углом 45°. От ОРУ в зал имеется второй ввод 8, на на-
пряжение 110 кв, к которому присоединяются батареи С2 и С4. На втором
этаже помещения, примыкающего к залу и связанного с ним через балкон
(рис. Г21), расположены зарядные устройства батарей.
Компоновка открытого распределительного устройства 3S—220 кв
синтетической схемы испытания
. Поясняющая электрическая схема расположения оборудования откры-
того распределительного устройства 35—220 кв представлена на рис. 123.
На территории ОРУ установлены: батарея конденсаторов С3, батарея реак-
Рис. 123. Поясняющая схема распо-
ложения оборудования на ОРУ 35-
220 кв:
Ci — батарея конденсаторов для регулирова-
ния частоты ^восстанавливающегося напря-
жения контура источника тока; С9 — бата-
рея конденсаторов для регулирования часто-
ты восстанавливающегося напряжения; L,—
батарея реакторов для регулирования часто-
ты восстанавливающегося напряжения; ОУ—
отключающее устройство.
торов 1^, присоединенная между вводом 500 кв зала искусственной схемы
и одной из фаз системы шин на 35—220 кв, связывающих главное здание
с балконом сетевых камер и ОРУ. Изоляция шин предусмотрена на 500 кв.
210
Кроме того, на территории ОРУ расположено отключающее устройство ОУ,
представляющее фазы воздушных выключателей (на 500, 220 и ПО кв).
Напряжение на шины 35—220 кв подается от машинного зала главного
здания через повышающие трансформаторы. На рис. 124 показан план рас-
положения оборудования на ОРУ синтетической схемы. На ОРУ установ-
лена также батарея конденсаторов Сг. Над батареями Cs и £2 натянуты
Рис. 124. План расположения оборудования на открытом распределительном устрой-
стве 35 — 220 кв синтетической схемы:
/ — разъединитель 220 кв на изолирующем основании; 2 — батарея реакторов La; 3 — отключающее
устройство ОУ (две фазы ВВ —• 220 и одна фаза ВВ — ПО ка); 4 — разъединитель 220 ка; 5 — кон-
денсаторная батарея Са; 6 — конденсаторная батарея С9.
провода 500 кв, изолированные от земли, для упрощения и удобства
пересоединений их, а также получения различных значений напряжения
и емкости батареи С3 и значений индуктивности L2. На разрезе ОРУ
35—220 кв (рис. 125) также видна батарея Съ отключающее устройство 3
и разъединители /. На рис. 126 показан разрез ОРУ по//—II (рис. 124),
где видна батарея реакторов £2. При осуществлении проекта НИЦ в Бес-
кудниково указанное расположение оборудования синтетической схемы
в основном сохранилось.
Схема управления опытом при испытании в синтети-
ческой схеме. В отличие от принципиальной схемы рис. 115, на рис. 127
дополнительно показана скелетная схема управления опытом при испыта-
нии в синтетической схеме на базе ударного генератора ТИ-100-2. Здесь
211
ПАУ определяет временную последовательность включения и отключения
выключателей ВВ, В А, ОУ и ИВ, а при помощи синхронизирующего устрой-
ства выдаются синхронные импульсы для управления конденсаторными уста-
новками. В ВЭИ имени В. И. Ленина было разработано включающее устрой-
ство — быстродействующий замыкатель на напряжение до 500 кв эф. Быст-
родействующий замыкатель производит замыкание в испытательной цепи
Рис. 125. Разрез I— I ОРУ 35 — ПО кв (рис. 124).
нри помощи интенсивной ионизации искрового промежутка, для коммута-
ции конденсаторных батарей С2, С9 и С4. Рассмотрим основные узлы схемы
управления.
Быстродействующий замыкатель для конденсаторной
батареи С2 источника восстанавливающегося напряжения.
Как видно из схемы рис. 127, испытуемый выключатель ИВ присоединя-
ется к батарее С2 через дуговой промежуток 77а и П9. Конденсаторная ба-
Рис. 126. Разрез // — II ОРУ 35 — 220 кв (рис 124).
тарея Q соединяется с батареей С9, предназначенной для регулирования
частоты собственных колебаний восстанавливающегося напряжения. Если
источник восстанавливающегося напряжения присоединить непосредственно
к ИВ, то он будет шунтирован этой емкостью. Это может повлиять на
характер горения дуги в ИВ и может наступить преждевременное гаше-
ние ее. Чтобы избежать этого влияния, необходимо, чтобы между С2 и ИВ
находился дуговой промежуток П9, который не будет пробиваться от па-
дения напряжения на дуговом промежутке ИВ, что регулируется выбо-
ром расстояния между электродами дугового промежутка П9. После об-
рыва дуги в ИВ желательно, чтобы дуговой промежуток П9 пробился
212
при возможно более низком напряжении. Это необходимо для того, чтобы
избежать скачка напряжения большой крутизны в начале кривой восста-
навливающегося напряжения, что приводит к более тяжелым условиям
испытания выключателя, искажает условия работы, и иногда приводит
к отказу в отключении ИВ. Кроме того, применение в качестве источника
Рис. 127. Управление опытом при испытании выключателя ИВ в синтетической
схеме на базе ударного генератора:
У Г — ударный генератор; Тр — ударный трансформатор; L — реактор для регулирования тока;
Ci — конденсаторная батарея для регулирования частоты источника тока; С, — конденсаторная
батарея, источник высокого восстанавливающегося напряжения; С,—конденсаторная батарея для
регулирования частоты источника восстанавливающегося напряжения; С« -"Конденсаторная батарея
для затягивания времени горения дуги в испытуемом выключателе; ОУ — отключающее устройство;
Lt—батарея высоковольтных реакторов; ПС — пусковая схема; СУ —схемы управления; ПУ — под-
жигающие устройства; /7,. /7,, Пл — управляемые дуговые промежутки; ВТТ— воздушный транс-
форматор тока; ПАУ — прибор автоматического управления опытом и блок синхронизирующего
устройства; БВВ — блоки выдержек времени; ВИЧ — блок деления частоты.
высокого восстанавливающегося напряжения предварительно заряженной
конденсаторной батареи с соединением по схеме ГИН позволяет обеспе-
чить надежную синхронизацию с другими частями синтетической схемы.
Однако при мощной конденсаторной батарее (1/в. н 600 кв эф., Ра —
= 750 Meap, f— 100-г-250 гц, ток—до 10 ка) возможность коммутации
ее при соединении по схеме ГИН приводит к затруднениям. При больших
токах происходит обгорание электродов и сильный разброс пробивных на-
пряжений искровых промежутков, работа которых становится нестабильной.
213
Поэтому в ВЭИ была высказана мысль о полном или частичном отказе от
схемы коммутации конденсаторной батареи через искровые промежутки по
типу ГИН. Перевод из параллельного соединения конденсаторов батареи
соединение при разряде
может произ-
при заряде в последовательное их
Рис. 128. Схема работы замыкателя:
N и М — зажимы для включения замыка*!
рассечку цепи восстанавливающегося напря?
/71 — промежуток для замыкания емкое
РТ — трубчатый разрядник; П9 — проме;
для замыкания испытательной цепи.
ток /72 ионизируется за счет bi
дуги, после срабатывания тр
промежуток РТ разряжается е
жиге вспомогательного промел
дов промежутка Пг не про-
исходит, так как здесь про-
текает ток импульсного раз-
ряда конденсатора С. Для вы-
полнения быстродействующе-
го замыкателя П2 главной
.батареи С2 надо учесть не-
обходимость изоляции от зем-
ли на напряжение порядка
600 кв и выше электродов про-
межутка Л2, конденсатора Сх
и его зарядного устройства,
а также электродов проме-
жутка Пд и его управляющей
схемы/ Кроме того, в ВЭИ был
разработан способ передачи
управляющего импульса с по-
тенциала земли на цепи, на-
ходящиеся под высоким напря-
жением. Таким образом, со-
гласно принципиальной схеме
водиться специальными разъедините-
лями. Для включения же скоммути-
рованной заряженной батареи восста-
навливающегося высокого напряже-
ния в цепь испытания разработано
специальное выключающее устройст-
во, названное быстродействующим за-
f мыкателеМ. Основное требование к та-
р кому замыкателю — стабильность вре-
Р меня срабатывания его. Разброс во
времени срабатывания его при двух-
частотной синтетической схеме испы-
тания должен быть в пределах 10—
20 мксек. На рис. 128 представлена
схема, поясняющая принцип работы
устройства. Зажимы N и М предназ-
начены для включения электродов
в рассечку цепи восстанавливающе-
гося напряжения. Дуговой промежу-
лопных газов, смешанных с ионами плазмы
чатого разрядника РТ. На внутренний
:ость С, после замыкания цепи при лод-
ка /?! Существенного обгорания электро-
Рис. 129. Схема расположения и изоляции от зем-
ли при помощи изолирующего трансформатора
типа ТФН-110-05/1-50-60 поджигающего устройства,
быстродействующего замыкателя, дугового проме-
жутка П и пусковой схемы.
(рис. 128) необходимо поджигающее устройство для генерирования импульс-
ного тока и работы трубчатого разрядника, обеспечивающего проводи-
мость дугового промежутка /72- Устройство должно находиться под высо-
ким потенциалом относительно земли. Кроме того, необходимо иметь
управляющее устройство (или пусковую схему), дающее управляющий
импульс и расположенное на потенциале земли.
Быстродействующий замыкатель (БЗ) является управля-
емым дуговым промежутком, состоящим из двух'электродов в виде латунных
214
к
полусфер диаметром 220 ми. В одну из полусфер (рис. 129) встроен труб-
чатый разрядник. От поджигающего устройства на трубчатый разрядник
подается высокое напряжение. Для того чтобы исключить ложные пере-
крытия дугового промежутка П, расстояние между электродами увеличи-
вается. Таким путем повышается отношение пробивного напряжения про-
межутка к рабочему напряжению, которое промежуток выдерживает без
пробоя. Но при этом необходимо создать достаточную ионизацию дугового
промежутка /7а при поджиге. Интенсивность ионизации зависит от коли-
чества и температуры раскаленных газов, выбрасываемых разрядником,
а в конечном счете—от энергии, выделенной дугрй внутри РТ. Увеличи-
вая длину дуги внутри РТ, а также величину (рис. 128) и зарядное
напряжение конденсатора С, можно увеличить количество энергии, вводи-
мой в дуговой промежуток Ла. В ВЭИ была разработана конструкция РТ,
в которой при длине дуги РТ, рав-
ной 85 мм, пробивное напряжение бы-
ло в пределах 15 кв. Для того чтобы
снизить пробивное напряжение раз-
рядника, применены дополнительные
электроды М— Мп (рис. 130), каж-
дый из которых присоединен к одно-
му выводу через сопротивление R.
Когда к разряднику РТ будет прило-
жено напряжение конденсатора С
(рис. 128), то оно почти полностью
приходится на участок 7ИП — N и по-
следний будет пробит. В связи с со-
кращением длины внутренней полости
на величину перекрытого участка
пробой остальных промежутков уско-
ряется и весь промежуток М — N
пробивается. Конструкция полусферы
со встроенным трубчатым разрядни-
ком дана на рис. 133.
Поджигающее устройство.
Источником тока высокого напряжения, который необходим для создания
в трубчатом разряднике РТ дуги, ионизирующей промежуток УДП2 при
выхлопе раскаленных газов плазмы дуги. Принципиальная схема поджи-
гающего устройства показана на рис. 131. Конденсаторы С8 и С9 поджига-
ющего устройства при помощи кенотронного выпрямителя Л8 и трансфор-
матора Тр3 заряжены до напряжения порядка 15 кв. Если импульсный
тиратрон Лг, типа ТГИ-400/16, начнет пропускать ток, то конденсатор С8
начнет разряжаться на сопротивление R№. К зажимам Ru присоединен раз-
рядник трубчатый РТ вспомогательного промежутка ВП. Появившийся, после
срабатывания РТ, выхлоп ионизированных газов пробивает промежуток ВП.
Как только вспомогательный промежуток ВП будет пробит, начинается раз-
ряд конденсатора С9 на сопротивление Ru, к зажимам которого присоединен
трубчатый разрядник РТ управляемого дугового промежутка УДП9, вклю-
чающего восстанавливающееся напряжение на испытуемый выключатель ИВ
(рис. 131, /). Таким образом, начало работы блока поджига II определя-
ется началом срабатывания тиратрона Ла, который отпирается при сраба-
тывании тиратрона Ла. Момент отпирания тиратрона Лг определяется по-
явлением всплеска светового импульса, сфокусированного на фотосопро-
тивление Ri типа ФС-К1. Фотосопротивление R6 шунтирует цепь: сетка —
катод, тиратрон Лх. Высокое напряжение (15 кв) включается перед опытом
дистанционно при помощи светового луча. Включив в блоке III электри-
ческую лампу накаливания Л8 (с точечным электродом типа СГ2), луч
R
Рис. 130. Конструкция трубчатого раз-
рядника РТ9 разработанная ВЭИ:
М — Мп — дополнительные электроды; Z? —со-
противления.
Поджигающее устройство служит
215
света А, обозначенный пунктирными линиями, освещает фотосопротивле-
ние /?и (блок II). В цепь фотосопротивления /?и включена катушка реле Рг.
При освещении фотосопротивления в этой цепи появляется ток, кото-
рый приводит к срабатыванию реле Pi. При помощи промежуточного
реле Р2 и его контактов 2Р2 включается выпрямитель Л3 (блок //), для
заряда конденсаторов С8 и С9.
Управляющее устройство. Схема управления (рис. 131,блок///)
имеет два канала А и В управления при помощи световых лучей. Канал А
включает перед опытом выпрямитель высокого напряжения, канал В —
Рис. 131. Принципиальная электрическая схема управления включением управляемо-
го дугового промежутка УДП9 синтетической установки, разработанной ВЭИ, с вклю-
чением восстанавливающегося напряжения в нуль тока:
/ — схема синтетической установки; 11 -— блок поджигающего устройства; III — блок управляю-
щего устройства.
поджигающее устройство. Свет от лампы Л8 (блок ///) при помощи опти-
ческой системы из двух линз направляется на фотосопротивление /?и
(блок //). Для запуска блока // (рис. 131) конденсатор С3 (блок ///),
заряженный через выпрямитель Д2 — Д3, при отпирании тиратрона Л3
типа ТГ1-0,1/1,3 (блок ///) будет разряжаться через первичную обмотку
трансформатора TH. Во вторичной обмотке его появится напряжение,
которое подводится к импульсной лампе блока III — Л2 (типа ИФК-20),
и подожжет ее. Разряд конденсаторов С4 — С7 через Лх дает мощный
световой всплеск, который при помощи оптической системы направляется
на фотосопротивление /?» (блок //), что приводит к срабатыванию вспомо-
гательного промежутка ВП и пробою главного управляемого промежутка
УДП2 синтетической схемы. Для запуска всей схемы (рис. 131) к блоку III
на сетку лампы Л2 подводится от ПАУ (и блока СУ) положительный им-
пульс напряжения, который открывает лампу Л3 (блок ///).
216
§ 41. Принципиальная электрическая схема синтетической установки
со включением восстанавливающегося напряжения в нуль тока
и управления опытом при помощи ПАУ
Рассмотрим в самом кратком изложении принципиальную схему элек-
трических соединений и управления ею при помощи ПАУ (рис. 132). Эта
схема с одним ударным генератором аналогична синтетической схеме, за-
проектированной ВЭИ и «Энергосетьпроект» для научно-исследователь-
ского центра в Бескудниково (Москва). Источником тока служит ударный
генератор У Г типа ТИ-100-2, а источником восстанавливающегося напряже-
ния — конденсаторная батарея С2. В зависимости от параметров испытуе-
мого выключателя ИВ ток короткого замыкания может подаваться на ИВ
или на генераторном напряжении (12 кв), или на напряжении выше генера-
торного через повысительный ударный трансформатор Тр. Генератор рас-
положен в машинном зале и коммутируется выключателями: оперативным
ОВ, главным защитным выключателем ЗВВ, а также включающим аппара-
том ВА-12 в каждой фазе. Компоновка оборудования ОРУ и закрытого
зала искусственной схемы рассмотрена ранее. Все элементы синтетической
схемы связаны системой шин 35—220 кв. Управление всеми аппаратами при
испытании осуществляется при помощи прибора автоматического управле-
ния опытом — ПАУ. На вход блока деления и преобразования частоты по-
дается от пилот-генератора ПГ управляющее напряжение. Синхронизирую-
щее устройство имеет два входа: на первый вход подается напряжение от
ПГ, на второй вход — напряжение от вторичной обмотки воздушного транс-
форматора тока ВТТ, установленного в цепи тока короткого замыкания удар-
ного генератора. Синхронизирующее устройство имеет шесть выходов:
выход / — дает импульс на срабатывание УДП2 для подключения батареи
С2 к ИВ-, выход 2 — служит для выдачи импульса на поджиг управляемого
дугового промежутка УДП3, подключающего контур L2—к ИВ. Дуго-
вые промежутки УДПъ и УДП3 срабатывают одновременно. Остальные
выходы — 3, 4, 5 и 6 синхронизирующего устройства служат для подачи
импульсов для подключения батареи С4 через УДПг к испытуемому выклю-
чателю ИВ через отключающее устройство ОУ, если при испытаниях не-
обходимо затянуть время горения дуги в испытуемом выключателе ИВ.
Блоки III, IV и V ПАУ*, подающие импульс на включение ВА-12, а также
блоки VII — отключающий ИВ и VIII — подающий импульс на отключе-
ние ОУ, имеют фазорегуляторы, с питанием от пилот-генератора. Рассмо-
трим, в первом приближении, очередность работы блоков ПАУ: блок / —
включение магнитного осциллографа М.О-, блок II — короткое замыкание
ротора включением контакторов 2М и др.; блоки III, IV nV — замыкание
каждой фазы цепи статора генератора при помощи включающего аппарата
ВА-12; блок VI — включение катодного осциллографа КО; блок VII —
управление отключением испытуемого выключателя ИВ и одновременного
отключения отключающего устройства ОУ при помощи блока VIII; далее
производится деблокировка синхронизирующего устройства (СУ) и выдача
им требуемого числа импульсов на поджиг УДП^ для включения батареи
затягивания дуги С4 — выходы 3, 4, 5 и 6 СУ. Затем необходима деблоки-
ровка СУ и выдача им импульсов на поджиг УДП» (выход 1 СУ) и УДП»
(выход 2 СУ), чем достигается подключение контура восстанавливающе-
гося напряжения (С2, С3 и La) к испытуемому выключателю ИВ. Блок VIII
производит включение АГП генератора, подавая импульс на размыкание
контактов 1М. в цепи возбуждения. Энергия ротора гасится балластным
сопротивлением /?б. Блоки X, XI и XII работают на отключение ОВ, если
* Арабскими цифрами в кружках на рис. 132 обозначена последовательность работы
блоков ПАУ при испытаниях.
217
Рис. 132, Принципиальная электрическая схема синтетического устройства на базе ударного генератора:
Тр— повышающий ударный трансформатор; А, В и С — шины с изоляцией на 220 кв для связи с ОРУ и испытательными камерами; УДП, — поджигающее
(ПУ) и управляющее (У У) устройства для включения батареи затягивания дуги С4; УДП, — поджигающее и управляющее устройства для подачи
восстанавливающегося напряжения на ИВ от батареи С>; УДП9 — управляемый дуговой промежуток с поджигающим и * управляющим устройствами;
La — С,— контур для регулирования частоты восстанавливающегося напряжения; ОУ — отключающее устройство; ИВ- испытуемый выключатель.
испытуемый выключатель не отключается при испытании. Блоки Х1П,
XIV и XV используются для отключения ЗВВ, если ОВ отказал в отключе-
нии. Конечно, рис. 132 дает лишь приближенную картину, показывающую
назначение блоков ПАУ и СУ. В зависимости от режима работы ударного
генератора и схемы испытания, последовательность работы блоков ПАУ
может видоизменяться. Приведенная схема управления должна показать
многообразие функций, выполняемых ПАУ, разработанного в ВЭИ.
Работа синтетической схемы при испытании выключателя
Подготовка схемы. Взяв за основу синтетическую схему,
представленную на рис. 132, рассмотрим работу ее при испытании выклю-
чателя. Перед испытаниями необходимо подготовить схему. Испытания
можно проводить по двухчастотной схеме и по схеме ВЭИ со включением
восстанавливающегося напряжения в нуль тока. Рассмотрим последнюю
схему испытания. Первым шагом является сборка необходимой схемы в ба-
тареях С3 и La контура регулирования частоты восстанавливающегося
напряжения. Блоки батареи С3 при помощи съемных перемычек соединя-
ются последовательно или параллельно, в'зависимости от требуемых пара-
метров напряжения и частоты переходной составляющей напряжения. Ана-
логично собирается и батарея реакторов £2, связанная с батареей С3. После
сборки заданных схем в батареях Сз и £s дистанционно с пульта, располо-
женного в зале искусственной схемы (рис. 120), включаются соответствую-
щие разъединители в ОРУ искусственной схемы, а также производится под-
готовка к работе управляемого и регулируемого дуговых промежутков.
Батарея Cj включается в цепь разъединителями с дистанционным управле-
нием. Одновременно готовится к работе ударный генератор.
С пульта управления машинного зала включается двигатель генера-
тора Д и число оборотов ударного генератора доводится до номинального.
Следующим этапом является заряд батареи восстанавливающегося напря-
жения С2 (батарея затягивания дуги С4 заряжается в том случае, если это
требуется условиями опыта). Все переключения производятся дистанци-
онно с пульта управления. Этажи батареи Сз специальными переключате-
лями с пружинно-пневматическими приводами включаются параллельно.
Заряд батарей С2 и С4 осуществляется через специальные газотроны ВЭИ,
причем заряд батареи Сз происходит по трехфазной мостовой схеме, а бата-
реи С4 — по двухполупериодной схеме (рис. 118). Одновременно с зарядом
батарей С2 и С4 происходит заряд конденсаторов поджигающих устройств,
управляемых дуговых промежутков УДПХ, конденсатор С6 и УДП3 (конден-
саторы С3 и Cj). После окончания заряда батареи С2 и С4 отключаются от
зарядного устройства, а последнее от сети. Для батареи Сз, после оконча-
ния заряда, производится'последовательное соединение ступеней батареи.
Для батареи С2 производится дистанционно переключение этажей в последо-
вательное соединение и во избежание разряда конденсаторов отключаются
защитные сопротивления. Таким образом, в результате первого этапа под-
готовки синтетической схемы к испытанию будут заряжены и скоммути-
рованы батареи конденсаторов С3 и С4, а батареи Сь С3 и £2 собраны в не-
обходимые схемы еще до заряда батарей С2 и С4. Эта часть схемы, следова-
тельно, готова к производству испытаний.
Проведение испытания
После первого этапа подготовки синтетической схемы с пульта управ-
ления искусственной схемой включаются: оперативный выключатель ОВ
и главный защитный выключатель ЗВВ. Назначение этих выключателей —
обеспечить отключение генератора в случае отказа испытуемого выключа-
219
теля погасить дугу. Далее, ключом управления с пульта включается отклю-
чающее устройство ОУ, находящееся в токовой цепи за ударным трансфор-
матором и включенное в цепь последовательное испытуемым выключателем
ИВ. Отключающее устройство ОУ состоит из фаз воздушных выключателей
на ПО, 220 и 500 кв. В зависимости от типа и параметров испытуемого вы-
ключателя используется та или иная фаза ОУ, остальные фазы не участвуют
в опыте. Это достигается подключением ОУ к шинам 35—220 кв ОРУ при
помощи съемных перемычек. Непосредственно перед началом испытания
подается возбуждение на ударный генератор, длительность работы кото-
рого в возбужденном состоянии регламентирована. С пульта управления,
в определенной последовательности в цепи .возбуждения включаются кон-
такторы: 4М — для перевода в режим нормального возбуждения (две пары
контактов 4М обеспечивают возможность получения прямого и обратного
возбуждения); включением контактора ЗМ подается напряжение на об-
мотку возбуждения подвозбудителя от источника постоянного тока (акку-
муляторная батарея); включением контактора 1М закорачивается балласт-
ное сопротивление Йб и осуществляется форсировка возбуждения. Ток
в обмотке возбуждения ОВ генератора регулируется током в обмотке воз-
буждения подвозбудителя, который, в свою очередь регулируется реоста-
том Й. После возбуждения генератора все готово к проведению опыта. Клю-
чом управления с пульта подается команда на запуск ПАУ. Выходные
блоки ПАУ и его синхронизирующее устройство выдают в заранее установ-
ленной временной последовательности импульсы на срабатывание элемен-
тов синтетической схемы. Первый импульс от блока / ПАУ подается на
включение магнитного осциллографа МО. Затем от блока II ПАУ подается
импульс на контакторы в цепи возбуждения генератора в последователь-
ности, зависящей от выбранной схемы испытания. Следующей операцией
является создание короткого замыкания в цепи статора. Эту задачу выпол-
няют включающие аппараты ВА-12, установленные в каждой фазе генера-
тора, механически не связанные между собой и установленные в отдельных
шкафах управления. При опыте используется один из аппаратов, так как
в большинстве случаев производится двухфазное короткое замыкание гене-
ратора. Соответственно этому используется один из блоков III, IV и V
ПАУ, которые выдают импульсы на шкаф управления включающим аппа-
ратом. Первый импульс обеспечивает подключение предварительно заря-
женного конденсатора С (см. рис. 47) через контактор К2 шкафа управле-
ния ВА-12 к включающей катушке В К, а второй импульс отпирает тира-
трон Т, и конденсатор С разряжается на обмотку включающей катушки
по цепи: земля—конденсатор С — блок-контакты Ка — включающая
катушка ВК. — тиратрон Т — земля. Включающая катушка обеспечивает
замыкание контактов ВА-12 (см. гл. I). Таким образом, при включении
ВА-12 (рис. 132) цепь тока замыкается по цепи: ударный трансформатор
Тр — точка А — шина А — точка N — испытуемый выключатель ИВ —
точка М — шина В — точка Д — отключающее устройство ОУ — точка
Е— шина С — точка F — ударный трансформатор Тр. Через испытуемый
выключатель ИВ и отключающее устройство ОУ протекает ток короткого
замыкания от ударного трансформатора Тр. Далее, от выходного блока
VII ПАУ подается импульс на отключающую катушку ИВ и одновременно
от блока VIII ПАУ подается импульс на отключающую катушку ОУ. От-
ключающее устройство и испытуемый выключатель в цепи тока включены
последовательно и при отключении на их контактах горят дуги. При испыта-
нии выключателя с длительным горением дуги можно искусственно затя-
нуть время горения дуги на испытуемом выключателе при помощи бата-
реи затягивания дуги С*. Любая ступень батареи Ci может быть подключена
через управляемый дуговой промежуток УДП1 к испытуемому выключателю
через отключающее устройство ОУ. Батарея Ci, как указывалось, может
220
, Ж
У разряднику
Схема. по9жшшвщеи цстреОстйа
/1з
Гд
-127
4F
Ъ
В-20
5Ц4С
£
I ТФН
Пусковая схема
ТГ-МДз
Выход Выход
I Л
Рис. 133. Схема управления и поджига управляемого дугового промежутка УДП3
синтетической схемы испытания выключателей.
—-------

Грп
_1А
I Н.З.1Pf
ВхоО
Синхрони-
зирующее
устройство
дать для повторного зажигания дуги четыре импульса напряжением 35 кв,
три импульса напряжением 70 кв и два импульса напряжением 140 кв.
В зависимости от необходимого числа импульсов надо взять такое же коли*
чество управляемых дуговых промежутков УДП1. Импульсы на поджиг
этих промежутков УДПг выдаются синхронизирующим устройством (вы-
ходы 3, 4, 5 и 6). Электрический импульс с выхода синхронизирующего
устройства подается на клемму «Запуск» управляющего устройства, в ко-
тором преобразуется в световой импульс, запускающий поджигающее
устройство. После ионизации промежуток УДПг пробивается под действием
приложенного напряжения батареи Сл. Батарея С4 поджигает дугу в ИВ
и ОУ и ток протекает по цепи: батарея С4 — УДГД — шина С — точка Е —
ОУ — точка Д — точка М — ИВ.
Рис. 134. Конструкция и вза-
имное расположение элемен-
тов управляемого дугового
промежутка УДП:
I — конденсатор типа КМ-19-30;
2 — поджигающее устройство; 3—
управляющее устройство.
ТФН-116
ВВН-110
П77$?7777?Т7777$7777П
Дальнейший ход опыта зависит
от выбранной схемы испытания..
При испытании по схеме с пода-
чей восстанавливающегося на-
пряжения в нуль тока при пе-
реходе тока через нуль происхо-
дит деблокировка синхронизи-
рующего устройства и контур
восстанавливающегося напряже-
ния подключается к испытуемо-
му выключателю.
Контур подключается через
управляемые дуговые проме-
жутки УДП2 и УДП3 и регу-
лируемый дуговой промежуток
РДП (рис. 132 и рис. 136). Ду-
говые промежутки УДП2 и УДП3
управляются при помощи им-
пульсов, получаемых с выходов
1 и 2 синхронизирующего
устройства соответственно. При
срабатывании УДП% напряжение
заряженной батареи Са прикла-
дывается полностью на регулируемый дуговой промежуток РДП и послед-
ний пробивается. Батарея Са разряжается по цепи: земля — УДП2 — бата-
рея Са — РДП — контур LaC3 — УДП3—точка Д — шина В — точка М —
ИВ — земля. Таким образом, при переходе тока короткого замыкания
через нуль к контактам ИВ прикладывается высокое восстанавливающееся
напряжение. Импульс на поджиг УДП3 подается от выхода 1 СУ на управ-
ляющее устройство УДПг (клемма «Запуск»). Работа схем управления и
поджига УДП3 аналогична работе УДП^. Управление и поджиг У ДПа
происходит несколько иначе, поэтому рассмотрим его схему. С выхода СУ
импульс подается на реле ЗР (рис. 133), которое, срабатывая, замыкает его
нормально открытые блок-контакты ЗР в пусковой схеме, в результате
чего открывается тиратрон Jh и конденсатор разряжается через тиратрон
на катушку (пусковая схема). Возникший при разряде импульс через
изолирующий трансформатор типа ТФН-220 подается на сетку триода Л3,
усиливается и отпирает тиратрон Л3 в схеме поджигающего устройства.
При отпирании тиратрона Л3 батареи Сч разряжаются через него на транс-
форматор Три, на вторичной обмотке которого наводится высоковольтный
импульс, достаточный для пробоя вспомогательного промежутка ВП. При
пробое ВП конденсатор С3, предварительно заряженный через трансформа-
тор Тр» и кенотрон Л3, разряжается на сопротивление параллельно
которому включен трубчатый разрядник РТ, встроенный в УДП3. Проме-
222
жуток между его полусферами ионизируется выхлопными газами при сраба-
тывании РТ и УДПа и пробивается под действием приложенного напряже-
ния от батареи С2 через контур L2—С3 (рис. 132). Изоляция поджигающего
устройства по отношению к земле осуществляется разделительным транс-
форматором, типа измерительного трансформатора тока ТФН-220 или
ТФН-110-0,5. Так как разделительный трансформатор имеет раздельные
первичные обмотки и сердечники то один из трансформаторов выполняет
задачу передачи питания поджигающему устройству, а другой — передачу
управляющего импульса. Последняя измерительная обмотка замкнута
на катушку Llt с небольшим индуктивным сопротивлением, которое при
частоте 50 гц соответствует короткому замыканию обмотки. Импульс напря-
жения, подаваемый на эту обмотку, трансформируется во вторичную об-
мотку. Кроме того, в обмотке разделительного трансформатора, замкнутой
на Li, непрерывно воздействует переменное напряжение промышленной
частоты и лишь в момент испытания
на это напряжение накладываются
импульсы управляющего напряже-
ния. Переменное напряжение (2,5 в)
трансформируется через Tp-i до 120 в
и питает схему поджига. Сетевая об-
мотка шунтирована емкостью Сг, ко-
торая защищает схему поджига от по-
падания помех, появляющихся в пи-
тающей сети. Конструктивное выпол-
нение дугового промежутка показано
на рис. 134. Управляющее устройство
служит для создания светового луча,
запускающего поджигающее устройст-
во. Регулируемый дуговой промежуток (РДП) включен последовательно
с управляемым дуговым промежутком. РДП и УДП укреплены на изоли-
рующей колонке воздушного выключателя. Схема двухстороннего управ-
ляемого дугового промежутка УДПа (рис. 134) с двумя трубчатыми разряд-
никами РТ, выхлоп которых направлен в сторону электродов РДП, пока-
зана на рис. 135. Если испытания выключателя производятся по двухчас-
тотной схеме, то подача восстанавливающегося напряжения на ИВ осуще-
ствляется за 200—300 мксек до прохождения тока короткого замыкания
через нуль.В этом случае, когда в ИВ и ОУ еще горит дуга, синхронизирую-
щее устройство с выхода / дает импульс на поджиг УДПа (как и в предыду-
щем случае).
В заключение, на рис. 136 представлена принципиальная электри-
ческая схема синтетической установки, объединяющая все элементы синте-
тической схемы на базе ударного генератора ТИ-100-2: установки машин-
ного зала лаборатории, зала искусственной схемы, открытого распреде-
лительного устройства ОРУ и испытательной камеры.
От поджигающего устройств
Рис. 135. Схема двухстороннего управляе-
мого дугового промежутка с двумя труб-
чатыми разрядниками РТ.
§ 42. Научно-исследовательский центр
по испытанию высоковольтной аппаратуры в Бескудниково
Для испытания сверхмощного высоковольтного электрооборудования
и проведения научных исследований в Москве, рядом с территорией Бес-
кудниковской подстанции 500 кв, создан и в 1964 г. введен в эксплуатацию
научно-исследовательский центр (НИЦ) по испытанию высоковольтных
аппаратов. Как показано в [112], НИЦ в Бескудниково стоит на уровне
лучших зарубежных лабораторий больших мощностей. Это пример приме-
223
Рис. 136. Принципиальная электрическая схема синтетической установки.
нения достижений отечественной науки. НИЦ в Бескудниково создавался
и проектировался при участии крупнейших научных, проектных и про-
мышленных электротехнических организаций: головного электротехниче-
ского НИИ страны — ВЭИ им. В. И. Ленина, ВНИИЭ, Московского элек-
трозавода, заводов «Электроаппарат» и «Уралэлектротяжмаш», «Энерго-
сетьпроект» и др. организаций. Ведущая роль в разработке и исследова-
нии наиболее важных вопросов испытания высоковольтных аппаратов при-
надлежит ВЭИ. Отличительной особенностью НИЦ является применение
трех основных типов испытательных установок: установки для сетевых
испытаний, в системе «Мосэнерго»; ударных синхронных генераторов; син-
тетических схем. Расположение основных зданий и оборудования на терри-
224
тории НИЦ показано на рис. 137. Кроме того, на рис. 137 показано основное
оборудование, расположенное на территории НИЦ: 1 — ударные генера-
торы; 2 —возбудительный агрегат; 3 — защитный выключатель; 4 —
включающий аппарат; 5 — ударные повышающие трансформаторы; 6 —
ударные понижающие трансформаторы; 7 — трансформаторы собствен-
ного расхода; 8 — разъединитель 500 кв; 9— выключатель 500 кв; 10 —
трансформаторы тока 500 кв; 11 — разъединитель 220 кв; 12 и 13 — воз-
душные выключатели; 14 — трансформатор тока 220 кв; 15 — трансформа-
тор напряжения 220 кв; 16 — повысительные трансформаторы 12/220 кв;
17 _ конденсаторная батарея Cj и реакторы для схемы синтетических
испытаний; НИЦ состоит из следующих основных элементов; главное зда-
ние, здание управления, блок сетевых камер, открытое распределительное
8 9-173
225
Рис. 137. Расположение основных зданий и оборудования на территории НИЦ в Бес-
кудниково:
/ —машинный зал в главном здании (нумерация дана в кружках); 2 — шинно-измерительный коридор;
3 — распределительное устройство 10 кв\ 4 — испытательные камеры; 5 — лаборатория больших токов;
6 — аккумуляторная и двигатель-генераторная; 7 — главный щит управления; 8 — комнаты для наблю-
дений и измерений при испытаниях; 9 г- рабочая комната; 10 — лаборатория тепловых испытаний: 11 —
помещение для подготовки к испытаниям аппа-
Рис. 138. План и рас-
положение оборудования
главного здания НИЦ в
Бескудниково:
/ — ударные генераторы; 2 —
возбудительные агрегаты; 3 —
защитные выключатели; 4 —
синхронные замыкатели; 5 —
ударные повышающие транс-
форматоры; 6 — ударные по-
нижающие трансформаторы;
7 — трансформаторы собствен-
ного расхода; 8 — синхронизи-
рующие реакторы.
устройство и вспомогательные сооружения. Рассмотрим основное оборудо-
вание главного здания.
Главное здание. Основные помещения главного здания сле-
дующие: машинный зал, шинно-измерительный корридор, распределитель-
ное устройство 10 кв, четыре испытательные камеры, зал больших токов,
с прилегающей мастерской для сборки испытуемых аппаратов, аккумуля-
торная и мотор-генераторная часть. План и расположение оборудования
главного здания НИЦ показаны на рис. 138. Цифровые обозначения
даны на рис. 137. На рис. 139 дан разрез главного здания по генерато-
ру № 2.
Принципиальная однолинейная схема первичной коммутации НИЦ
дана на рис. 140.
Машинный зал,главного здания. Основное оборудо-
вание машинного зала составляют три ударных генератора 1 (рис. 138),
из которых два являются генераторами типа ТИ-100-2, производства за-
Рис. 139. Разрез главного здания по генератору № 2:
7 — ударный генератор; 3 — главный защитный выключатель; 4 — синхронный замыкатель; 9 — опера-
тивный защитный выключатель; 10 — регулировочные реакторы; 11 — емкостные делители напряжения.
вода «Электросила» имени С. М. Кирова (см. гл. I). Вращение ударных
генераторов производится асинхронным двигателем с фазным ротором
типа АТФМ-2500-2 мощностью 2000 кет, напряжением 6 кв, со скоростью
вращения 2985 об!мин. В распределительном устройстве находятся поме-
щения, где размещены пусковые сопротивления (рис. 138). Время разгона
генератора ТИ-100-2 до номинальных оборотов — 4 мин, а время выбега
составляет 45 мин. 'Каждый из генераторов ТИ-100-2 имеет по два агрегата
возбуждения: первый для работы в режиме ударного возбуждения и удар-
ного возбуждения с форсированием, а второй — для работы в режимах
внезапного короткого замыкания при номинальном и форсированном на-
пряжениях.
223
Рис. 140. Принципиальная однолинейная схема первичной коммутации НИЦ в Бескудниково:
1Тр и 2Тр — две группы ударных повышающих трансформаторов ОМГИ 3 х 33333 ква\ ЗТр — трансформаторы ОМГИ 3 X 20000 ква 220/12 кв, щт.
Q
испытаний холостых линий; ~ — одна секция конденсаторной батареи на шинах генераторного напряжения для регулирования скорости восстанов-
ления напряжения (уточненная схема НИЦ приведена в работе [112]; ЯС-100 — активное сопротивление; С± — конденсаторная батарея на шинах
35 — 220 кв для регулирования скорости восстановления напряжения; Са, Са. С4, £а —элементы схемы синтетических испытаний (см. рис. 136); 3 —
защитный выключатель; 4 — короткозамыкатель; 8 — синхронизирующий реактор; // — емкостный делитель напряжения; 12 — токоограничивающий
реактор в сети 500 кв\ 13 — токоограничивающий реактор в сети 15 кв.
Через крышу главного здания осуществляется 'ввод двух фаз высокого
напряжения. Осмотры и мелкие ремонты аппаратов в процессе испытаний
должны производиться непосредственно в испытательной камере, для чего
камеры оснащены грузоподъемными кранами.
Синхронизирующие реакторы. Для обеспечения электрической связи
между двумя генераторами ТИ-100-2 при включении их на параллельную
работу и для удержания их в синхронизме до момента начала опыта корот-
кого замыкания (или до момента подключения генераторов к сборным
шинам) применяются синхронизирующие реакторы 8 (рис. 140). Назначение
их —- ограничить аварийный ток, который может возникнуть при испыта-
ниях в момент включения ударных генераторов на параллельную работу
или на короткое замыкание. Исходные данные для выбора синхронизирую-
щего реактора 8 (рис. .140) можно получить из сопоставления: потерь в гене-
раторах, работающих параллельно, и вращающих моментов их приводных
двигателей. По данным опыта, потери в ударном генераторе принимаются
равными Р„ = 2000 кет. Взяв предельный случай, можно принять, что
отклонение от нормы потерь одного генератора ДРГ = +10%, а у другого
ДРГ =—10%. Следовательно, возможная разница потерь составит:
Рг = Дд- • Рп = 0,2 • 2000 — 400 кет. Отклонение вращающих момен-
тов приводных двигателей генераторов принимается равным ±25%. Так
как момент пропорционален мощности (М = IUC), то разница вращающих
моментов вызывает соответствующую разницу мощностей. При мощности
разгонного двигателя Рд=2000 кет, для предельного случая возможная
разница составит: Р'л = Дрд • Р = 0,5 • 2000 = 1000 кет. Так как гене-
раторы, по условию, включены параллельно для работы на общие испыта-
тельные шины, то разница в потерях генераторов, а также разница в мощ-
ностях, получаемых за счет разницы в моментах двигателей, приводит
к появлению уравнительных токов, протекающих через синхронизирующий
реактор, включенный между шинами двух генераторов. Синхронизирующий
реактор для взятого предельного случая должен иметь мощность
Рр = V~3 Ul cos <р = 400 + 1000 = 1400 кет.
Ток реактора, при <р = 0, cos <р = 1 и предельном напряжении генератора
12 кв
, _ рР _ 1400 _ о л
In — г-— — . — С7,о о.
р V 3U 1/3-12
По значению тока выбирается реактор. В случае аварийного короткого
замыкания на шинопроводе одного генератора другой будет посылать ток
в точку короткого замыкания через синхронизирующий реактор, поэтому
следует выбирать реактор с увеличенной индуктивностью Lo, чтобы огра-
ничить ток короткого замыкания в этом случае. Следует, однако, отметить,
что ограничение тока короткого замыкания необходимо не для генератора,
так как генератор рассчитан на работу в режиме короткого замыкания,
а прежде всего для самого реактора. Электродинамическая устойчивость
реактора обычного типа невелика. Поэтому можно выбрать реактор бетон-
ный (10 кв, 150 а, хр =8%, типа РБ-10-150-8). Далее необходимо рассчи-
тать ток короткого замыкания и проверить реактор на электродинамиче-
скую устойчивость. Для этого определяется мощность короткого замыкания
генератора за защитным выключателем при учете сопротивления ударного
генератора и сопротивления участка шинопровода до указанной точки
короткого замыкания. Определив эту мощность короткого замыкания и
приняв значение ее в качестве базисной мощности при данном базисном
напряжении определяют значение базисного тока. Далее составляется схема
замещения и производится проверка реактора по ударному току. Если
230
по ударному току реактор не проходит, тогда принимается к установке
два реактора РБ-10-150-8 на фазу. Повторяется расчет тока короткого
замыкания и проверка реактора на ударный ток, которая показывает,
что в этом случае по ударному току реактор проходит. Затем произво-
дится расчет реактора на термическую устойчивость, который показывает,
что в этом случае по термической устойчивости реактор проходит.
При наличии указанного синхронизирующего реактора угол между
э. д. с. двух генераторов (рис. 141) определяется следующим образом.
Как видно из рис. 141, для sin у, можно написать:
. б
Sin 2 2U2 •
Падение напряжения на синхронизирующем ре-
акторе
Рис. 141. Диаграмма напря-
жений для определения угла
между э. д. с. ударных гене-
Д[/ =
Рх
Гщ'
где Р - мощность, создающая уравнительный
ток через реактор, а х — реактивное сопротив- визирующего реактора.
ление реактора на фазу. Подставляя значение
ДС/ в выражение для угла между э. д. с. генераторов 1 и 2, получим
2 “2/3At/s’
где Uj и Uz — напряжения генераторов 1 и.2.
Для величины sin ~, при значениях Ру = 1000 ква, сопротивлении
реактора хр = 5,88 ом, (при двух реакторах), напряжении генераторов
иг и U2, равном 12 кв, получим
sin — = РуХр = 1000 • 108 • 5,88
2 2 2 /Т • 144 • 10»
= 0,118.
Тогда у =40'; 6 = Г2Г, то есть угол между э. д. с. двух генераторов
является допустимым. Приближенный расчет, производившийся в «Лен-
гидэп» при проектировании испытательных установок, оказался практиче-
ски оправданным. При испытаниях в НИЦ в Бескудниково ток через син-
хронизирующий реактор при параллельной работе двух генераторов ТИ-
100-2 достигал значения 40 а.
Сетевые испытания. При сетевых испытаниях в -НИЦ источниками
мощности являются вводы линий 100, 220 и 500 кв, подведенные от подстан-
ции 500 кв «Мосэнерго» в Бескудниково. Длины подводов от шин подстан-
ции до сборных шин НИЦ составляют: для 110 кв — 0,6 км, для 220 кв —
1,2 км и для 500 кв — 0,1 км. Симметричные составляющие токов корот-
кого замыкания на шинах НИЦ, согласно работе [112], равны: для сети
110 кв — 26 ка и 22 ка — для однофазного и двухфазного короткого замы-
кания; для сети 220 кв — 14 и 22 ка — для однофазного и двухфазного ко-
роткого замыкания; для сети 500 кв — 6,5 и 7 ка — при однофазном и двух-
фазном коротком замыкании. Схема первичной коммутации участка сете-
вых испытаний НИЦ показана на рис. 140. На сетевом стенде НИЦ произ-
231
водятся испытания по отключению неудаленных коротких замыканий
в сети ПО ка. В сети 220 кв испытывается только половина полюса^! 121.
Открытое распределительное устройство НИЦ (ОРУ). ОРУ служит:
1) для подачи напряжения 110, 220 и 500 кв от вводов линий подстан-
ции на 500 кв в Бескудниково в испытательные камеры блока сетевых ка-
мер (рис. 140);
2) для электрической связи (при напряжении до 220 кв) главного зда-
ния и блока сетевых камер, что дает возможность проводить испытания
в сетевых камерах от ударных генераторов, а в главном здании — от сети
110—220 кв; i
3) для связи источника восстанавливающегося напряжения синтети-
ческой схемы с любой испытательной камерой;
4) для проведения испытаний по отключению холостых линий.
Распределительное устройство 500 кв (ранее 400 кв) имеет две системы
шин. На рис. 137 и 140 обозначено следующее оборудование.
Блок сетевых камер. Блок сетевых камер, как видно из рис. 137, со-
стоит из 5 испытательных камер 4, лаборатории тепловых испытаний 10;
лаборатории испытания электродвигателей 11; компрессорной 12; механи-
ческой мастерской 13; зала конденсаторных батарей С2 и С4 синтетической
схемы 14. Все испытательные камеры размещены на расстоянии, примерно
равном 30—50 м, и фронтом обращены к зданию управления опытом. Это
обеспечивает удобство наблюдения за испытательной камерой из окна на-
блюдательно-измерительной комнаты.
Здание управления. В здании управления (рис. 137) расположены:
главный щит управления 7, девять наблюдательно-измерительных комнат 8
и рабочие комнаты 9. Против каждой испытательной камеры в, здании управ-
ления предусмотрена отдельная наблюдательно-измерительная комната,
в которой имеется комплект осциллографов и пост для подачи команды на
включение короткозамыкателей. Увеличение числа комплектов осцилло-
графов необходимо для повышения производительности лаборатории. Одно-
временно возможно производить четыре испытания от четырех независимых
источников питания (трех ударных генераторов и сети). В связи с этим
в схеме автоматического управления опытом можно установить на каждый
источник мощности четыре командных прибора ПАУ. Наличие 9 испыта-
тельных камер позволяет свести к минимуму простой оборудования, так
как наладку и установку испытуемого выключателя можно проводить за-
благовременно в резервных камерах.
Вспомогательные сооружения. К числу вспомогательных сооружений,
необходимых для нормальной работы лаборатории, относятся: 1) градирня,
для охлаждения масла в системе смазки ударных генераторов и двигателей;
2) крановая эстакада; 3) открытый маслосклад и материальный склад.
Для транспортировки испытуемых аппаратов построены железнодорож-
ные пути.
Схема маслосмазки и охлаждения ударных генераторов. Необходимо
в самом сжатом виде рассмотреть весьма важный для нормальной работы
ударных генераторов вопрос о схеме маслосмазки и охлаждения ударных
генераторов. Масляное хозяйство каждой лаборатории мощности отключе-
ния должно обеспечить ряд потребностей: подачу чистого сухого масла на
сборочную площадку в кабины испытуемых выключателей, а также пере-
качку отработанного масла из аппаратов и помещений. Установки масля-
ного хозяйства испытательного стенда должны обеспечить заполнение и от-
качку масла из выключателей за промежуток времени, не превышающий
0,5-1 ч.
Емкость маслохозяйства должна определяться из расчета хранения
чистого масла для наполнения по крайней мере трех наиболее крупных
масляных выключателей на напряжение ПО, 220 или 500 кв, а также для
232
Выхлоп
выхлоп
4*2UU
d=200
d*250
4=250
4*200
rCZJK
flf«300
4-250
d*300
4*200 4*100
М=л
Пар
• Конденсатор______
d*200
"|| 4*200
От циркуляционных насособ
нас
НОР
нОР

, 4*200
4=250
Генератор
N2
В промлибнебую
канализацию
? 4*125
«гг» I
3» d*125
4-100)
Сетчатый
фильтр
150 Впромлионедую .
..— канализацию
4*100
/?х/ен |
наела И
из цистерны
Выдача,
наслав
цистерну
К градирне
Рис. 142. Схема маслосмазки и охлаждения двух ударных генераторов типа ТИ-100-2:
/— вихревой насос типа 2ЛК-20-22 производительностью 45 лс’/ч; 2* — электродвигатель насоса типа Д-62-42, мощностью 14 кет, 380 е, 1500 об/мин; 3 — мае-
лонасос с электродвигателем 3' типа ПН-100, мощностью 15 кет, 220 а, 1600 об/мин; 4 —фильтр масляный типа ФМ-150, 70 м*/ч; 5 — маслоохладитель типа
МГЬ-37; 6 — центрифуга типа НСМ-3, 1500 я/ч; 7 —сливной бак емкостью 20—30 м*; 8 — напорный бак емкостью 5 — 7 л<8; 9 — воздухоочистительный фильтр
ОРГРЭС, размер 4, на 5 кг силикагеля; 10 — подшипники двух ударных генераторов ТИ-100-2 и генераторов на 75 тыс. кеа; 11 — подшипники возбудительных
агрегатов (пять); 12 — воздухоохладитель.
Ориентировочные данные о расходе масла
на охлаждение подшипников ударного
генератора и его возбудительного агрегата
и отводимых потерях в подшипниках
Тип ударного генератора Расход масла Потери в подшип- никах, кет
л!сек, AfMUH м*]ч
ТИ-100-2 10 610 37 220
ТИ-25-2 7,5 450 27 180
приема негодного масла из трех аналогичных выключателей после испыта-
ний на стенде. Должна быть предусмотрена соответствующая сеть масло-
проводов и аппаратура для очистки и сушки масла. Помимо этих общих
задач маслохозяйства большого испытательного стенда, рассмотрим более
детально схему масляного хозяйства собственно ударных генераторов типа
ТИ-100-2. Схема маслосмазки и охлаждения ударных генераторов, распо-
ложенных в машинном зале НИЦ, показана на рис. 142. Подшипники удар-
ных генераторов 10 и возбудительных агрегатов 11 смазываются маслом,
циркулирующим под давлением 0,5—0,6 атм. Для этой цели предусмотрено
масляное хозяйство машинного зала. Поступление масла к подшипникам
указанных агрегатов производится централизованно от общего напорного
бака 8. Два рабочих маслонасоса 2, производительностью по 45 м31ч каж-
дый, обеспечивают подачу масла в напорный бак 8, емкость которого доста-
точна для параллельной работы двух ударных генераторов ТИ-100-2. При
аварии в сети переменного тока и остановке электродвигателя 2, для того
чтобы обеспечить маслосмазку под-
шипников ударных генераторов на
время выбега, предусмотрен резер-
вный маслонасос с двигателем по-
стоянного тока 3, питаемым от ак-
кумуляторной батареи. Маслонасо-
сы забирают масло из сливного ба?
ка 7 и через сетчатые фильтры 4 и
маслоохладители 5 перекачивают
в напорный бак 8. Из напорного
бака масло самотеком по напорной
линии подаетсяв подшипники 10 и
11. Из подшипников масло самоте-
ком поступает через сливную линию в сливной подземный бак-7. На входе и
выходе из сливного бака предусмотрена возможность присоединения масло-
очистительной аппаратуры (центрифуга, адсорбер, фильтрпресс). Напорный
бак установлен на высоте 9 м от уровня пола машинного зала. Для слива
-масла из напорного бака 8 в сливной бак 7 предусмотрена труба для пере-
лива масла. От всасывающего и напорного коллекторов маслонасосов /,
2 и 3 отходят трубопроводы к железнодорожному пути для выдачи или
йриема масла из ж.-д. цистерны. Сливной и напорный баки связаны само-
течной системой с ближайшими приемными колодцами промливневой кана-
лизации для осуществления, при необходимости, аварийного опорожнения
масляных резервуаров. Ориентировочные данные о расходе масла' ,на ох-
лаждение подшипников ударного генератора и его возбудительного агре-
гата (суммарно), а также данные об отводимых потерях в подшипниках
приведены в табл. 20.
На схеме маслохозяйства (рис. 142) показаны два маслоохладителя
типа МП-65, с расходом масла 35—40 л®/ч, воды — 70 ж8/ч, с отводимыми
потерями 130 кет каждого, что должно обеспечить одновременную работу
ударных генераторов. Емкость напорного масляного бака 8 принята рав-
ной 7л8. Наличие напорного бака создает условия устойчивой равномер-
ной подачи масла к подшипникам ударных генераторов при работе насосов.
Емкость сливного бака в 30 м3 обеспечивает слив масла из всей системы
маслохозяйства машинного зала и прием масла из ж.-д. цистерн. Масляное
хозяйство размещается в торце машинного зала (рис. 138). Маслонасосы
и сливной бак распложены в приямке на отметке —4 м-, маслоохладители
и фильтры — на отметке 0,0; напорный бак — на отметке +9 м. На от-
метке —4,0 м, в подвале, рядом с маслохозяйством расположена насосная
охлаждающей воды. Напорные и сливные магистрали маслопроводов
и водопроводов охлаждающей воды расположены в туннеле, идущем вдоль
234
фронта ударных генераторов (рис. 139), с ответвлениями к каждому
агрегату.
Туннель сообщается с приямком маслохозяйства. Охлаждение удар-
ного генератора осуществляется по замкнутому циклу от двух вентиля-
торов, установленных на верхней площадке корпуса статора, как это
показано на рис. 28. Для осуществления вентиляционного цикла к корпусу
статора пристраивается воздухонаправляющий кожух, в котором по обеим
сторонам статора располагаются по две секции воздухоохладителей 12.
Температура охлаждающей воды 30° С, общий расход воды через воздухо-
охладители генератора 750 м3/ч. Охлаждающая вода после выхода из масло-
охладителей 5, а также по выходе из воздухоохладителей 12 статоров
ударных генераторов подается в градирню, размещенную снаружи главного
здания (рис. 137).
Глава viii Испытательные установки
и методы испытания аппаратов
высокого напряжения на термическую
и электродинамическую устойчивость
§ 43. Основные законы теплового излучения
При нагревании тела часть тепловой энергии превращается в лучистую
энергию. Количество лучистой энергии зависит от температуры тела, кото-
рая является основной причиной появления сложных внутриатомных воз-
мущений и перехода части тепловой энергии в лучистую. Проявлением
и носителем лучистой энергии являются электромагнитные колебания.
Световые и инфракрасные лучи (длина волны 0,5-20 лиси), энергия которых
при поглощении телами вновь переходит в тепловую, характеризуют теп-
ловое излучение или лучеиспускание.
Световые (видимые) лучи имеют длину волны’0,4-0,8 мкм, а тепло-
вые — 0,8-400 л«сл.
Количество лучистой энергии Q, эквивалентное одной большой калории,
принимается за единицу и выражается в ккал/ч. Количество энергии,
излучаемое в единицу времени единицей поверхности, называется лучеис-
пускательной способностью тела и обозначается
Е = ^-ккал/м2 ♦ ч. (VIII-1)
Если какое-либо тело полностью поглощает всю падающую лучистую
энергию, то такое тело называется абсолютно черным.
Закон изучения Стефана — Больцмана
Закон этот был установлен опытным путем Стефаном в 1879 г. и тео-
ретически обоснован Больцманом в 1881 г. на основании термодинамических
начал из максвелловского светового давления. Детальное изложение во-
проса дано в книге М. Планка [75].
Рассмотрим в кратком изложении вывод этого закона.
Даны основные уравнения:
р = у; (VIII-2)
и = vu, (VIII-3)
где р — максвелловское световое давление;
и — объемная плотность излучения;
U — величина энергии излучения;
v — объем.
Далее, из первого начала термодинамики вытекает, что
dU + pdv-Q = 0, (VIH-4)
236
где dU — приращение энергии;
pdv — работа, производимая рассматриваемой системой при увеличении
объема на dv;
Q — бесконечно малое количество тепла, получаемого пространством,
заполненным излучением.
При рассмотрении процесса, характеризующегося равновесным состо-
янием,
dS-£ = 0, (VIII-5)
где S — энтропия;
Т —температура.
Из (VIII-4) имеем:
Q = dU + pdv. (VIII-6)
Подставляя это значение Q в (VIII-5), получим:
dS = 2- = jr (dU + pdv). (VIII-7)
Из (VIII-3) находим значение dU:
dU = d (vu) = vdu + udv = v^fdT 4- udv. (VIII-8)
Подставляя (VIII-8) и p no (VIII-2) в (VIII-7), находим:
dS = ± (v^.dT + udv + у 1 (y^dT + ±udv). (VIII-9)
Так как в общем случае полный дифференциал выражается через частные
производные в виде
= +
то в данном случае из (VI П-9) получаем:
dS _ р du .
дТ~ T'dT;
dv 3UT *
Взяв частную производную от (VIII-10) по о, получим:
s _ as* _ 1 du
до\дТ] ~ dTdv~ Т ' <П"
а частная производная от (VIII-11) по Т
du
д (dS\ asg 4 а_(и\— d. dL—d. JL
dT\dv) ~ додТ ~ 3 * дТ\т) ~ 3 ’ Т 3 ' Тгг
так как
u = f(T).
Приравнивая правые части (VIII-12) и (VIII-13), получаем:
1 du 4 1 du________4_ и_
Т ’ dT~ 3 ' Т ' dT 3 'Г”
откуда
1 1 du 4и
3 ‘ Т ' dT~ 3 ‘Т*
(VIII-10)
(VIII-11)
(VIII-12)
(VIII-13)
237
и окончательно:
du 4и
dT~T '
Разделив переменные и проинтегрировав,
f du А CdT
J7 = 4J Г-
получим:
ln« = In Г4 + Ina,
откуда окончательно находим:
и = аТ*.
(VIII-14)
(VIII-15)
Закон Планка
Излучательная, или лучеиспускательная способность тела Е, характе-
ризуется количеством энергии, которая излучается единицей поверхности
в единицу времени для всех длин волн от X = О до X = оо. Наряду
с этим необходимо также знать закон распределения энергии излучения
в функции к длин волн 'при разных температурах, то есть зависимость:
Ех = ф (X, Т). Спектральная интенсивность (или интенсивность излучения)
й-д (VIII-16)
характеризует излучательную способность тела для длин во^н от X до
(X dX), отнесенную к указанному интервалу длин волн dX. Интенсивность
излучения абсолютно черного тела зависит только от длины волны X
и абсолютной температуры тела Т. Интенсивность излучения абсолютно
черного тела определяется законом План-
ка, установленным им в 1901 г. на базе
квантовой теории:
Еох = , (VIII-17)
Рис. 143. Зависимость интенсивности
излучения абсолютно черного тела от
длины волны при различных темпера-
турах.
где X — длина волны, мкм;
Т — абсолютная температура тела,
•К;
е — основание натуральных лога-
рифмов;
Ci — постоянная, равная 3,17 • Ю-1’
ккал/м* ч;
^ — постоянная, равная 1,43 10“*
мкм, ° К-
На рис. 143 представлен график за-
висимости интенсивности излучения абсо-
лютно черного тела от длины волИы при
различных температурах Т, в соответ-
ствии с законом Планка (VIII-17). Как
видно из рис. 143, при Х = 0 энергия
излучения равна нулю. При увеличении
длины волны значение (VIII-17) возрас-
тает, затем при определенном значении Хмакс — достигает максимума, а при
X = оо будет равна нулю. Как видно из рис. 143, при увеличении темпера-
туры максимум излучения смещается в область более коротких длин волн.
Закон смещения Вина, вытекающий из закона Планка, устанавливает
связь между Т и Хмакс, при которых наблюдается максимум интенсивности '
излучения абсолютно черного тела. Из закона Планка
Еут = (Л - 1)“* (VIII-18)
можно найти длину волны, при которой имеется максимум изотермической
кривой. Дифференцируя (VIII-18) по X и приравнивая производную нулю,
получим:
_. с .г«/хмакс7' ]
- °- <vnbl9)
Корнем уравнения (VIII-19) является величина
ХМТ = 0,28978 см • град К 2898 мкн град К, (VIII-20)
которая выражает закон смещения Вина (рис. 143).-
Обозначив ХМТ = const = 2900 мкн • град К = Ь, можно определить
Хм = £. (VIII-21)
На рис. 143 заштрихованная площадка, ограниченная кривой Т = const,
осью абсцисс, ординатами X и X 4- dX, определяет количество энергии
dE0 = EoxdX, которое излучается участком длин волн dX.
Полное излучение, создаваемое всеми длинами волн, будет
х-~
Ео = f EoxdX. (VIII-22)
х-о
Интегральное излучение (VIII-22) определяет лучеиспускательную способ-
ность абсолютно черного тела. Полная излучательная способность абсо-
лютно черного тела при температуре Т равна площади, ограниченной кри-
вой Ехл = <р (X) и осью абсцисс:
Ео = f* £xfdX= f -^2-dX = ^^7’4 = a0T4 ккал/м* • ч,
] I е’ с,
Х-0 Х-0
(VIII-23)
где о0 = 4,96 • Ю-8 ккал/м* • ч • * К4 — является константой излучения
абсолютно черного тела.
Уравнение (VIII-23), вытекающее из закона Планка, представляет
рассмотренный выше закон Стефана — Больцмана.
В применении к техническим расчетам, равенство (VIII-23) можно
написать в следующем виде:
(VIII-24)
где с0 = в0 • Ю8 = 4,96 ккал/м2 • ч *К4 — является коэффициентом луче-
испускания абсолютно черного тела. Таким образом, согласно (VIII-24)
энергия излучения пропорциональна четвертой степени абсолютной тем-
пературы.
Изменение интенсивности излучения в функции от X и Т для. тел,
применяемых в технике, определяется при экспериментальном* изучении
239
их спектра. Если спектр излучения непрерывен и зависимость Ех = <р
подобна кривой для абсолютно черного тела, при такой же температуре,
и отношение
X
в— = const
сом
постоянно для всех длин волн, то такие тела называются серыми. Боль-
шинство материалов, применяемых в технике, являются серыми телами.
Закон Стефана — Больцмана будет строго справедлив только для
абсолютно черного тела. Исследования показали, что этот закон применим
и для серых тел в виде
/ Т \4
£=сЫ •
(VIII-25)
где с — коэффициент лучеиспускания имеет значения всегда меньшие с0
и изменяется в границах от 0 до 4,96.
Таблица 21
Коэффициент, определяющий степень черноты, для полного излучения
некоторых материалов
Материал Температура, °C Коэффициент е
Алюминий полированный » шероховатый » окисленный при 600° С ...... Железо полированное » окисленное » литое необработанное Сталь листовая шлифованная » окисленная при 600° С Чугун, окисленный при 600° С. . . Латунная пластина тусклая Латунь, окисленная при 600° С Медь полированная, электролитная > окисленная при.600°С Никель чистый полированный Никелевая проволока Никель, окисленный при 600° С Хромоникель Олово, луженое листовое железо Платиновая лента * Ртуть чистая • . . . . Свинец, окисленный при 200° С Серебро полированное чистое Цинк, окисленный при 400° С Оцинкованное листовое железо Асбестовый картон . Асбестовая бумага Бумага тонкая, наклеенная на металлическую пластину Вода Дуб строганый Лак черный матовый Масляные краски различных цветов Мрамор серый полированный Резина серая мягкая шероховатая Стекло гладкое Фарфор глазурованный 225—575 26 200—600 425—1020 100 925—1115 940—1100 200—600 200—600 50—350 200—600 80—115 200—600 225—375 185—1000 200—600 125—1034 25 925—1115 0—100 200 225—625 400 28 24 40—370 19 0—100 20 40—95 100 22 24 22 22 0,039—0,057 0,055 0,11—0,19 0,144—0,377 0,736 0,87—0,95 0,55—0,61 0,80 0,64—0,78 0,22 0,61—0,59 0,018—0,023 0,57—0,87 0,07—0,087 0,096—0,186 0,37—0,48 0,64—0,76 0,043—0,064 0,12—0,17 0,09—0,12 0,63 0,0198—0,0324 0,11 0,228 0,96 0,93—0,945 0,924 0,95—0,963 0,895 0,96—0,98 0,92—0,96 0,931 0,859 0,937 0,924
240
Отношение энергии излучения серого тела к энергии излучения абсо-
лютно черного тела, с той же температурой,
(VIII-26)
называется степенью черноты, или относительной излучательной способ-
ностью. Значение е лежит в пределах от 0 до 1. Для часто встречаю-
щихся в технике материалов значения е даны в табл. 21. Наличие значе-
ний е позволяет рассчитать энергию излучения по (VIII-25):
Е — еЕ0 — ес0 (jqq') — е • 4,96 (100) .
(VIII-27)
Для газов спектр излучения имеет характер полос, с различными интен-
сивностями каждой, полосы, но не превышающими интенсивности излу-
чения абсолютно черного тела при тех же значениях
К и Т. Полное излучение определяется в этом случае
суммой излучений всех отдельных полос спектра.
Таким образом, коэффициент е (VIII-26) и коэф-
фициент лучеиспускания с0 (VI П-24) различны для
разных тел и зависят от структуры тела, состояния
поверхности и температуры.
Лучистый обмен между двумя поверхностями опре-
деляется при помощи закона Кирхгофа. Рассмотрим связь
между излучательной и поглощательной способностями
тела. Две параллельные поверхности (рис. 144), из кото-
рых одна серая, а другая абсолютно черная, располо-
жены на небольшом расстоянии друг от друга, что де-
лает возможным взаимный обмен излучениями. Пусть
температура, излучательная и поглощательная способ-
ности этих поверхностей будут: Т, Е, А и То, Ео и
= 1, при этом Т >Т0. Составим энергетический ба-
ланс для серой поверхности. В единицу времени еди-
ница поверхности серого тела излучает энергию вели-
чиной Е ккал/м2 • ч, которая, попадая на поверхность
Рис. 144. Лучевой
обмен между серой
и черной паралле-
льными поверхно-
стями.
черного тела, полностью поглощается. Энергия, излучаемая черной поверх-
ностью, равна Ео ккал/м2 • ч; попадая на поверхность серого тела, частично
поглощается ею — АЕ0, где А характеризует поглощательную способность
серого тела, а остальная часть
Е0-АЕ0 = (1-А)Е0
(VIII-28)
отражается и, снова падая на поверхность черного тела, полностью погло-
щается здесь. Таким образом, баланс лучистого обмена для серой поверх-
ности
q = Е — АЕ0 ккал/м2 ч., (VIII-29)
где Е — расход;
Л£о — приход лучистой энергии.
Обмен излучениями между поверхностями может происходить и при
Т = То, при этом система будет находиться в подвижном тепловом равно-
весии и значение q будет равно нулю. Тогда, из уравнения (VIII-28) можно
написать:
Е = АЕ0
241
или
£___р
А ~Ь°-
Относя последнее соотношение к любым телам, можно написать:
I: = t=а=• • • = £=(vin-3o)
Уравнение (VIII-30) является законом Кирхгофа: отношение лучеиспуска-
тельной способности к поглощательной одинаково для всех тел и равно луче-
испускательной способности абсолютно черного тела при той же темпера-
туре и зависит только от температуры.
Подставляя (VIII-10) в (VIII-30), можно написать:
£ = £ = •?,-•-“С* <vnMI>
Из последнего следует, что С, = ЛХСО и т. д. Имея в виду (VIII-27),
можно показать, что А = е, и, следовательно, поглощательная способность
и степень черноты данного тела имеют одинаковое значение.
Для серых тел поглощательная способность всегда менее единицы.
Для монохроматического излучения закон Кирхгофа (VIII-30) (относящийся
к интегральному излучению) может быть написан в виде:
= ^ = £ох = ?(Х, Т),
Лох
(VI П-32)
£1Х __
Рис. 145. .Схема многократных
отражений и поглощений при
лучистом теплообмене между
двумя плоскими параллель-
ными поверхностями 1 и 2.
то есть отношение лучеиспускательной способ-
ности тела для определенной длины волны к его
поглощательной способности при той же длине
волны для всех тел одно и то же и является
функцией только длины волны X и темпера-
туры Т.
На основе закона излучения, поглощения и
отражения, а также зависимости излучения от
направления, можно получить формулы для лу-
чистого теплообмена между телами. Рассмотрим
простой случай теплообмена между двумя парал-
лельными поверхностями, представляющий про-
цесс многократных поглощений й отражений.
Обозначим лучеиспускательную и поглощатель-
ную способности и температуры поверхности 1
и 2 (рис. 145): £х Л! и Тх, £2, Л2 и Т2.
Пусть поверхность 1 излучает — Еъ По-
верхность 2 будет поглощать — £ХЛ2 и отражать
обратно: Ег — EiAz = £х (1 — Л2). Из этого коли-
чества поверхность 1 будет поглощать:
Е1(1 -Л2)ЛХ
(а)
и отражать, в направлении поверхности 2:
Ег (1 - Л2) - Е. (1 - Л2) At = Ег (1 - Л2) (1 - Лх). (б)
Поверхность 2 опять будет поглощаты
£1(1 — Л2)(1 — Лх)Ла (в)
242
и отражать:
£i(l - A)d -А)-£1(1 - А)(1 -ЛО A^EJl -Л^а -Лх). (г)
Из этого количества лучистой энергии поверхность 1 опять будет погло-
щать количество энергии, равное
£1(1 - А)2(I- А) А- (д)
Этот процесс будет продолжаться до бесконечности. Мы исходили из коли-
чества лучистой энергии Еи излучаемой поверхностью 1. Аналогичный про-
цесс будет происходить, и при излучении Ё2 поверхности 2 (рис. 145).
Для определения энергии qu, которую путем лучеиспускания поверхность 1
передает поверхности 2, надо из начальной величины энергии излучения
вычесть:
а) сумму выражений (а), (д) и т. д., т. е. энергии, поглощаемой
поверхностью /;
б) энергию, поглощаемую из излучения Еа поверхности 2. Для суммы
значений (а) и (д) получим:
Е1(1-Л2)Л14-Е1(1-Л2)«(1-А)А =
£1 (1 - А) - А [1 + (I - А) (I - А)]. (е)
Обозначив величину
а-л^ц-ло^п (€)
и подставив в (е), получим:
£i(l+n)(l-A)A, (ж)
а для суммы многократных отражений и поглощений можно написать:
Е1(1 +л + п2+ -Л2) А. (е')
Сумма бесконечно убывающей- геометрической прогрессии (причем п< 1)
будет
1+„ + п8+ ... = □-.
Подставляя это значение в (е), можно написать:
(з)
1 — п ' '
Второе вычитаемое, характеризующее поглощение из излучения Еа, с уче-
том обозначения (е) будет
E2A(l+n + na+ = (к)
Вычитая из величины £\, энергии излучения поверхности 1, значения (з)
и (к), получим: '
Яи = £1 - - гй • (VI П-32)
После подстановки в (VIII-32) значения п согласно (к) и приведения к об-
щему знаменателю для (VI П-32) окончательно напишем:
<VIIb33>
243
Согласно (VIII-25), для значений Ei и Е2 можно написать:
= АС0 (fog) и Е2 == Л2С0 (•
Вводя эти значения в (VIII-33), получим:
Л1С°(кю) Ла~Л*с°(кю)
Разделив числитель и знаменатель (VIII-35) на Л1Л2, получим:
(VIII-34)
(VIII-35)
(VIII-36)
(VIII-37)
Обозначив
“i------------------------------<----= Лт,
Vt,-1
для (VI П-36) можно написать:
Г / 7* / 'Г' \4
п — Д Г I '1 ) ___I /а I
912 — ^тс0 [Дюоу \юо/
В соответствии с законом Кирхгофа (VIII-30), можно написать, что
Сщ — Ат = Сд
и тогда для (VIII-37) окончательно получим:
= <vnl-38>
где
С — 1
Ст~ 1 J_______1J
С1 + С2 Со
Уравнение (VIII-38) представляет расчетную формулу для определения
лучистого теплообмена между двумя параллельными плоскостями 1 и 2.
Коэффициенты Ст и Ат называются приведенными коэффициентами луче-
испускания и поглощения системы тел в ходе лучеиспускательного тепло-
обмена.
Отвод тепла при помощи конвекции
Если нагретое тело окружено газом или жидкостью с более низкой
температурой, то происходит отбор тепла от нагретого тела частичками
газа или жидкости. Находясь в движении, эти частицы окружающей среды,
омывая нагретое тело,, отбирают от него часть тепла. В этом случае отдача
тепла происходит путем конвекции. Конвекция может быть естественной
и искусственной, создаваемой при помощи вентиляторов, в случае газовой
охлаждающей среды, или насосов, в случае жидкой среды.
Количество тепла, отводимого конвекцией в единицу времени (1 сек),
определяется уравнением
Рк = т)к(62-Л)$ вт, (VIII-39)
где 0а — температура нагретой поверхности, °C:
244
6i — температура охлаждающей среды (газа или жидкости), °C;
S — поверхность охлаждения, м2;
% — коэффициент теплоотдачи, вт/ ®С • м2\ который характеризует то
количество тепла, которое отводится в единицу времени (1 сек) от 1 м2
нагретой поверхности, при разности температур нагретой поверхности
и охлаждающей среды в 1®С.
Таблица 22
Значения коэффициента теплоотдачи при отводе тепла конвекцией
Форма охлаждаемой поверхности при отводе тепла конвекцией
Горизонтальный цилиндр, охлаждаемый трансформаторным
маслом
Вертикальная поверхность, охлаждаемая в трансформатор-
ном масле
Вертикальная стенка (шероховатая), омываемая потоком
воздуха со скоростью движения v = 5 м/сек
Вертикальная стенка (плоская), обдуваемая свободным пото-
ком воздуха
Горизонтальные цилиндры, омываемые потоком воздуха (при
диаметре цилиндра d= (10-4-80) мм
Приближенные значения
коэффициента т]к
^=160^4-0!
Чк= (384-48)^/57^0?
т)к == 6 + 4,2а
Чк = 2,55|/ё^в;
v-.o/V
Коэффициент теплоотдачи tjk зависит от плотности и вязкости охлаж-
дающей среды, ее температуры, а также от формы и расположения поверх-
ности, которая охлаждается. Поэтому коэффициент т)к определяется для
каждого отдельного случая. В табл. 22 приведены приближенные значения
коэффициента т)к, согласно [70], при отводе тепла конвекцией. В приведен-
ных формулах: — температура охлаждающей среды, °C; 62—темпера-
тура охлаждаемой поверхности, °C.
§ 44. Допустимые температуры нагрева токоведущих элементов
и изоляции при длительно протекающем номинальном токе
и при кратковременных токах короткого замыкания
При длительном протекании номинального тока токоведущие части
электрических аппаратов и изоляция их нагреваются выделяющейся теп-
ловой энергией. Действующими стандартами установлены допустимые тем-
пературы нагрева элементов аппаратов. Для изолированных токоведущих
частей, согласно ГОСТ 8865—58, значения допустимых температур для
основных видов изоляции даны в табл. 23. Температура нагрева согласно
стандарту ограничивается нагревостойкостью изоляции. По нагревостой-
кости изоляция разделена на семь классов.
Превышение допустимых температур нагрева будет приводить к уско-
ренному старению изоляции и снижению срока службы в эксплуатации.
Допустимые температуры нагрева частей электрических аппаратов пред-
ставлены в табл. 24. Эти температуры характеризуют режим длительного
нагрева. В качестве расчетной температуры окружающей среды прини-
мается 35® С.
При другом значении температуры окружающей среды — 0О допусти-
мый ток нагрузки на аппарат можно определить по формуле
/ = TJ=3S- (V'n'40)
где /д — допустимый ток нагрузки при 60 = 35®С.
4
245
Таблица 23
Допустимые температуры в .наиболее нагретых точках при длительной работе
для основных видов изоляции (по ГОСТ 8865—58)
Обозначе- ние класса нагрево- стойкости Температура, характеризую- щая нагрево- стойкость материалов данного класса, °C Краткая характеристика электроизоляционных материалов, соответ- ствующих данному классу нагревостойкости
У 90 Не пропитанные ц не погруженные в жидкий электроизоля- ционный материал волокнистые материалы из целлюлозы и шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов (текстильные мате- риалы на основе: хлопка, натурального шелка; целлюлозные электроизоляционные бумаги; картоны и фибры, древесины, пластмассы с органическим наполнителем и т. д.)
А 105 Пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляцион- ный материал волокнистые материалы из целлюлозы или шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов (материалы класса У, лако- ткани и лакочулки на основе хлопчатобумажной пряжи, нату- рального шелка, лакобумаги и т. д.)
Е 120 Некоторые синтетические, органические пленки, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов (пластмассы с органическим наполни- телем, слоистые пластики на основе целлюлозных бумаг и тка- ней и т. д., пропитанные термореактивными смолами и т. д.)
В 130 Материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органи- ческими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов (стеклолакоткани и стеклочулки, щипан- ная слюда, асбестовые волокнистые материалы с органическим связующим шеллаком, глифтальбакелитовым лаком т. д.)
F 155 Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, при- меняемые в сочетании с синтетическими связующими и пропи- тывающими составами, а также соответствующие данному классу 'другие материалы и другие сочетания материалов (мате- риалы на основе щипанной слюды без подложки или с неор- ганической подложкой, стекловолокнистая и асбестовая изоля- ции проводов, пропитанных соответствующими данному классу по нагревостойкэсти лаками и смолами, кремнийорганические лаки и смолы и т. д.)
180 Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, при- меняемые в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие дан- ному классу другие материалы и другие сочетания материалов (асбоцемент, асбестовые материалы, пряжи, ткани, бумаги, материалы на основе щипанной слюды без подложки или с не- органической подложкой, пропитанных кремнийорганическими лаками и т. д.)
С Более 180 Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяе- мые без связующих составов или с элементоорганическими связывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
246
В режиме короткого замыкания ток короткого замыкания протекает
кратковременно, порядка нескольких секунд, поэтому допускаются более
высокие предельно допустимые температуры нагрева, как это видно из
табл. 25..
Таблица 24
Допустимые температуры нагрева частей аппаратов (ГОСТ 8024—56 и 2758—53)
Наименование частей аппаратов Наибольшая допусти- мая температура на- грева. ° с Превышение темпера- туры над темпера- турой окружающей среды. °C
в воздухе в масле в воздухе в масле
Токоведущие и нетоковедущие части, не изолированные и не соприкасающиеся с изоля- ционными материалами НО 90 75 55
Токоведущие и нетоковедущие металличе- ские части, изолированные или соприкасаю- щиеся с изоляционными материалами, а также детали из изоляционных материалов при изо- ляционных материалах классов: 80 45
Е 95 90 60 55
F 110 90 75 55
Масло трансформаторное в верхнем слое: а) при использовании в качестве дугогася- щей среды 75 40
б) при использовании в качестве изолирую- щей среды — 90 — 55
Гибкие соединения: а) медные ленточные или плетеные .... 85 50
б) то же, но с лужеными контактными по- верхностями 95 — 60 —
Токоведущие шины и перемычки в местах присоединения: а) медные или латунные • . 90 55
б) то же, но с лужеными контактными по- верхностями 100 — 65 —
Предельно допустимые температуры нагрева частей аппаратов
токами короткого замыкания
Таблица 25
Токоведущие части аппаратов Предельно допустимые темпе» ратуры при коротком замыка- нии, °C
Медь Алюминий Сталь
Токоведущие и нетоковедущие металлические части, изолированные или соприкасающиеся с изоляционными материалами, а также детали из изолирующих мате- риалов, при изоляционных материалах классов: Е . . . 250 200 250
F . . . 300 200 300
Неизолированные токоведущие части, погруженные в компаунд 200 200 200
Неизолированные токоведущие части, расположенные в воздухе . 300 200 300
247
Элементы электрического аппарата рассчитываются на ток короткого
замыкания, который выдерживается аппаратом без превышения допусти-
мой температуры нагрева и соответствует стацдарту.
§ 45. Расчет допустимой плотности тока короткого замыкания
Тепло, сообщаемое некоторому телу в процессе нагрева, расходуется
следующим образом: одна часть тепла идет на повышение температуры
тела, а вторая часть отдается нагретым телом в окружающую среду.
Как известно, в начале процесса нагрева практически все тепло рас-
ходуется на повышение температуры тела, а в конце —все сообщаемое
телу тепло отдается в окружающую среду (установившееся состояние).
Действительно, в начальный период температура тела незначительно отли-
чается от температуры окружающей среды, вследствие чего передача тепла
от тела в окружающую среду незначительна и решающую роль играет
процесс повышения температуры тела. Известно [87], что в течение вре-
мени до 0,1 от тепловой постоянной времени Т данного тела (t < 0; 17)
процесс нагрева практически можно рассматривать без учета отдачи тепла
в окружающую среду. ,
Тепловая постоянная времени 7* для электрических аппаратов имеет
величину порядка сотен и тысяч секунд [70]. Поэтому при расчете плот-
ности тока в режиме короткого замыкания, который продолжается не
свыше нескольких секунд, вполне допустимо не учитывать отвода тепла
в окружающую среду.
Обозначая удельную теплоемкость тела через с (дж/град • а) и удель-
ный вес через -[(г/сл8), получаем, что для нагревания единицы объема
тела на температуру необходимо затратить следующее количество энер-
гии dw:
dw = cyft. (VIII-41)
Если плотность тока в проводнике равна 8К, а удельное сопротивле-
ние проводника равно р, то мощность тепловых потерь в единице объема
Ро определяется произведением:
Ро = АдР8®, (VIII-42)
где Ад — коэффициент добавочных потерь, учитывающий увеличение потерь
при переменном токе вследствие поверхностного эффекта и эффекта бли-
зости [70].
Величина Ад лежит в пределах 1,0—2,0. Некоторое количество энер-
гии dw выделится в проводнике за определенное время dt:
dw = Podt (VIII-43)
или согласно (VHI-42)
dw = АдрВкЛ. (VIII-44)
Удельное сопротивление проводника р является функцией температуры 6:
Р = Ро(1+«в), (VIII-45)
где ро — удельное сопротивление при температуре 0ч С;
а—температурный коэффициент сопротивления.
Подстановка (VIII-45) в (VIП-44) дает:
dw = Ад?» (1 + ав) 8® dt. (VIII-46)
248
Как отмечалось выше, можно считать, что количество энергии, затрачивае-
мой на нагрев проводника, равно количеству энергии, выделяемой в про-
воднике, т. е. можно не учитывать отвод тепла в окружающую среду.
Следовательно, можно приравнять между собой правые части равенств
(VIII-41) и (VIII-46):
qd6 = йдРо (1 4- аб) dt. (VIII-47)
В уравнении (VIII-47) две переменные величины: температура 0 и время t.
Разделив переменные в уравнении [70], можно написать:
1 + ав q
(VIII-48)
Обозначим температуру проводника в начальный момент t = 0 через 6Н
(начало процесса нагрева), а через некоторое время короткого замыкания
/к — через 6К. Проинтегрируем дифференциальное уравнение (VIII-48) в пре-
делах от 0 = 0н при t = 0 до 0 = 0к при t — tK:
f do
J l+«6“ q Jar
«н О
В результате интегрирования можно написать:
1 |’к
_ *дРо\ .
q "
или в окончательном виде
а 1 + а0н q
(VIII-49)
Из уравнения (VIII-49) находим допустимую плотность тока 8К:
_£L_in!±5
“1 + a6H
(VIII-50)
Кроме того, на основании формулы (VIII-50) можно написать:
1п1 + <
«*ДР<4 l + »V
(VIII-51)
Из уравнения (VIII-51) для определения температуры нагрева проводника
0к за время tK протекания по проводнику тока короткого замыкания
получаем:
».*дР.фк 1
6к = ||(1+<)е -1 . (VIII-52)
Таким образом, формула (VIII-50) позволяет по допустимой плотности
тока рассчитать элементы аппарата, а по формуле (VIII-51) можно рас-
считать, а затем сопоставить эти величины с допустимыми по ГОСТ.
249
§ 46. Основы расчета термической устойчивости
Под термином «термическая устойчивость» следует понимать способ-
ность электрического аппарата выдерживать в течение заданного проме-
жутка времени протекание тока короткого замыкания без нарушения даль-
нейшей пригодности аппарата к работе, т. е. без перегрева аппарата
свыше определенной допустимой температуры.
Формулу (VIII-51) можно записать следующим образом:
In
1 + авн
(VIII-53)
—- ' ®к*к»
CJ к к
Из уравнения (VIH-53). следует, что температура нагрева проводника 0К
в конце короткого замыкания зависит от произведения квадрата плотности
тока 8К на время протекания тока tK. Следовательно, нагрев электриче-
ского аппарата в целом при коротких замыканиях зависит от произве-
дения квадрата тока короткого замыкания /к на время его протекания tK.
Поэтому термическая устойчивость аппарата характеризуется величиной
^к4,
где /к — гарантируемое значение тока термической устойчивости, а;
/к —длительность протекания тока /к, сек.
Термическая устойчивость аппарата указывается в его паспортных
данных величиной или величиной_/к V4. Например, если для дан-
ного аппарата известна величина IKV t = 10000, то это означает, что
аппарат может выдержать без нагрева свыше допустимой температуры
следующий ток:
в течение 1 сек ток
4 = = 10000 а
V t V 1 сек
то есть ток односекундной термической устойчивости равен 10000 а;
в течение 5 сек ток
4// = юооо = юооо =
V t сек 2»24
4460 а,
то есть ток пятисекундной термической устойчивости равен 4460 а и т. д.
Время 4 при расчетах выбирается из соображений удобства рав-
ным 1,5 или 10 сек (односекундная, пятисекундная или десятисекундная
термическая устойчивость).
Пересчет на другое время ta или другой ток короткого замыкания
осуществляется по формуле
4*4 = /X (VIII-54)
или _ _
IKVtK = InVtn. (VIII-55)
Аналитически величина /к4 может быть рассчитана с помощью следующей
формулы:
Л4 = (58к)8 4 = S«$K, (VI П-56)
где 5 — поперечное сечение проводника.
250
Входящее в (VIII-56) произведение $tK определяется из формулы
(VIII-53):
<VIII-57>
Если о.бмотка состоит из р параллельных проводов, причем поперечное
сечение каждого провода равно q, то величина S, входящая в (VIII-56),
определяется произведением:
S = qp (VIII-58)
и формула (VIII-56) принимает вид
l*tK = (qpKtK. (VIII-59)
С учетом (VIII-57), взамен (VIII-59) можно получить:
(Уш-®»
которая учитывает все основные параметры и характеристики проводника.
Пример расчета термической устойчивости шинопровода
При протекании по шинопроводу токов короткого замыкания ударного генератора
происходит нагрев шин. Определение температуры шин производим по формуле (VIII-52),
выведенной в § 45:
Лдавр»5к*к
в«‘ = _Н(1 + “ОвН)е СТ -1
(VIII-52)
где а0 — температурный коэффициент увеличения сопротивления в 1/° С, для темпера-
туры 0°С;
kA — коэффициент добавочных потерь;
Ро — удельное сопротивление материала шинопровода при 0° С;
&к— плотность дока короткого замыкания, а/мм2;
tK — время протекания тока короткого замыкания, сек;
6Н — температура шин в момент начала короткого замыкания, °C;
с — теплоемкость проводника, дж/град • а;
7—удельный вес материала шин, а/см9.
1. При расчете термической устойчивости зададимся значениями следующих основ-
ных величин:
а) аварийный ток короткого замыкания при коротком замыкании перед включаю-
щим аппаратом ВА-12 I = 226 ка, при соединении фаз ударного генератора в треугольник;
б) продолжительность протекания по шинам тока' короткого замыкания принимаем
равной 0,15 сек.
Полагаем, что процесс нагрева шин является адиабатическим, так как в короткий отре-
зок времени протекания по шинам тока короткого замыкания отводом тепла в окружаю-
щую среду можно пренебречь;
в) начальную температуру шин принимаем равной -]-35оС;
ч » I 226000 11О . 2
г) плотность тока короткого замыкания Ьк = = х—гт-—= ИЗ а/мм2;
40 & • 1U • IvU
д) для шины, выполненной из меди: ; р0 = 0,0165 ом • мм2/м; с »
= 0,395 дж/град • г; 7 = 8,89 г/см9.
При принятых значениях величин по уравнению (VIII-52) для температуры нагрева
шины после первого короткого замыкания получим:
0,0165 . 113» 0,15
ек = 235 [(1+ X Зб) е . °-395 • 8-89 -1 ] =
Л L \ / j
= 235 [(1 +0,149) е0,0883—1] =42,4° С.
251
Произведем расчет шинопровода на термическую устойчивость при испытаниях
в режиме ударного возбуждения. Как известно, по техническим условиям на ударный
генератор ТИ-100-2 ток короткого замыкания при работе по этой схеме не должен пре-
вышать 65 ка эф. Продолжительность короткого замыкания — 2 сек. Пауза между опы-
тами должна быть 15 мин. При соединении обмоток статора в треугольник принимаем
величину симметричного тока короткого замыкания
I = /"3 • 65 ка = 113 ка.
Так как опыт продолжается сравнительно долго (2 сек), то необходимо учесть выделение
тепла в окружающую среду и влияние этого фактора на температуру шин. При проте-
кании по шине тока короткого замыкания /=113 ка тепловыделение за время испыта-
ния t = 2 сек составит
Д6 = Prt = 113* • 10е • 1,35 • 10“7 • 2 = 3460 вт • сек.
За время испытания температура шин достигнет
Д0 = ________3460_____ =
kcm 4,18 • 0,0928 • 177,8 ’
где k = 4,18 дж/кал — переходный коэффициент;
с = 0,0928 теплоемкость, кал/г • град;
т = 8,89 г/см* -1 см • 1 см • 10 см • 2 = 177,8 г — масса единицы длины шины.
При начальной температуре шин 4-35° С, после первого испытания продолжитель-
ностью 2 сек, температура шин достигнет значения:
= 35+49 = 84° С.
Нагретая шина будет излучать тепло в виде тепловых лучей (лучеиспускания). Тепло-
отдача лучеиспусканием единицы длины шины, за время паузы между опытами 900 сек,
составит:
Двл = з*1 Кеср - Л4 - (0окр + Л4] » • Ю“1а =
= 3,1 [(68+273)* — (35—273)*] 24 • 900.10“1а = 323 вт • сек,
где 6ср — средняя температура шины в период остывания;
Т — абсолютная температура, °C;
S — периметр шины, см;
t — время остывания, сек;
0ОК — температура окружающей среды, °C.
Теплоотдача единицы длины шины путем конвекции за период паузы между опы-
тами составит:
= 0,8 - 3,56 • 10-4 (68—35)*>2524 • 900 = 484 вт-сек,
где А = 3,56 • Ю-* — коэффициент;
S = 24 см — периметр шины;
t = 900 сек — время остывания шины в период паузы.
Суммарное тепловыделение за период паузы между испытаниями составит
A= 323 + 484 = 807 вт • сек.
За период паузы шина остывает на
AQ == ----— = 12° С.
Постыв kcm 4>18 . о,О928 • 177,8
Тогда температура шины в конце 15-минутной паузы
®остат = 84 — 12 = 7^2 °C.
Конечная температура шины после второго испытания
0к = 72 + 49= 121 °C.
Теплоотдача лучеиспускания за период второй паузы между испытаниями составит!
Д(?л = 3,1 [(105 + 273)* —(35 — 273)* 24.900 • Ю-12] = 1140 вт • сек.
252
Теплоотдача конвекцией:
Д(?к1 = 0,8 • 3,56(105 — 35)1,26 24 • 900 = 1050 вт • сек.
Суммарное тепловыделение за период второй паузы составит:
ДОостыв = 1140 + 1050 = 2190 вт •сек-
За период второй паузы шина остынет на
да ____________________________________2190_______ „„о с
"остыв 4>i8.0,0928 • 177,8
Конечная температура шины к концу второй паузы
0к2 = 121 — 32 = 89° С.
Конечная температура шины после третьего испытания достигнет значения
ек3 = 89 + 49 = 138° С < 150° С.
Таким образом, шинопровод по термической устойчивости позволяет производить три
испытания в режиме ударного возбуждения, при токе в 113 ка, продолжительностью
2 сек и с паузами в 15 мин.
Определение устойчивости выключателя при сквозных токах короткого замыкания
Термин устойчивости выключателя при сквозных токах короткого
замыкания определяет способность выключателя выдерживать во вклю-
ченном положении его контактов воздействие тока короткого' замыка-
ния. Для определения этой характеристики выключателей, согласно
ГОСТ 687—67 должны указываться следующие гарантируемые заводом-
изготовителем величины:
а) 1П. т = /п. о. с — предельный ток термической устойчивости т,
равный по величине предельному симметричному току отключения выклю-
чателя /п. о. с;
б) предельный сквозной ток, определяемый начальным эффективным
значением его периодической составляющей /п. с. с, которое должно быть
не ниже величины /п.о. с и амплитудой, которая должна быть не менее
1,8-уЗ./асс;
в) время tn. т протекания тока, равного /п.т, которое должно иметь
значения: для выключателей с номинальным напряжением до 35 кв вклю-
чительно— не менее 4 сек, а для выключателей с номинальным напряже-
нием ПО кв и выше — не менее 3 сек.
После протекания через контакты выключателя токов указанной вели-
чины температура токоведущих частей выключателя не должна быть выше
допустимых значений при токах короткого замыкания: 250* С — для токо-
ведущих частей (кроме алюминиевых), соприкасающихся с изоляцией из
органических материалов или с маслом; 300* С — для токоведущих частей
из меди и ее сплавов, которые, не соприкасаются с изоляцией из орга-
нического материала или с маслом; 200* С — для токоведущих частей
из алюминия. У выключателя не должно быть повреждений, препятствую-
щих его исправной работе при выполнении цикла надлежащих операций.
Если время короткого замыкания t больше времени /п. т (но не пре-
вышает 10 сек), то величину наибольшего допустимого среднеквадратич-
ного значения тока lt за время t находят по формуле
253
Согласно ГОСТ 687—67 среднеквадратичное значение тока Л,, за
некоторый промежуток времени 11г определяется по формуле
',,=К
где 7~t — эффективное значение периодической составляющей в момент
времени I;
— значение апериодической составляющей в момент времени t.
Значения и /_< определяются для нескольких (около 10) равноотстоя-
щих точек (в пределах общего промежутка /t) построением огибающих
кривой изменения тока короткого замыкания.
§ 47. Методы расчета электродинамических усилий
Расчет электрических аппаратов на электродинамическую устойчи-
вость должен определить: сможет ли данный аппарат выдерживать без
повреждения воздействие электродинамических сил, возникающих при
протекании предельного сквозного тока короткого замыкания.
При определении электродинамических сил, действующих между про-
водниками с током, можно пользоваться двумя методами: первый —ис-
ходя из закона Био — Саварра— Лапласа и второй — исходя из уравнения
Максвелла, основанного на изменении запаса энергии системы.
Закон Био — Саварра — Лапласа. В 1820 г. Био и Саварра нашли, что
напряженность магнитного поля прямолинейного проводника с током про-
порциональна току и обратно пропорциональна расстоянию от провод-
ника г:
Н = 4- (VIII-61)
На основании опытов Био и Саварра Лаплас показал, что если исходить
из того, что каждый элемент длины проводника создает свое поле и сум-
марное поле слагается из этих элементарных полей и что сила взаимо-
действия между элементом длины dl и полюсом т подчиняется закону
dF = ^sinp, (VIII-62)
где (согласно рис. 146, а) г — расстояние между срединой элемента длины
dl и полюсом т\
р — угол между dl и направлением г, то резуль-
тат вычислений совпадает с опытными дан-
ными.
Величина
т ы
= н (VIII-63)
представляет напряженность магнитного поля от полюса т в середине
элемента dl. Тогда сила, с которой магнитное поле действует на элемент
тока, будет в соответствии с (VIII-62)
dF = idlH sin р, (VII1-64)
где i — ток, протекающий через отрезок dl-,
р — угол между направлением силы поля Н и направлением тока
в отрезке dl.
Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном
поле, показано на рис. 146, б и может быть определено при помощи
правила левой руки.
i
254
Таким образом, для определения электродинамической силы dF, со*
гласно (VIП-64), необходимо найти для каждого отрезка dl значение Н
и угол 0 (рис. 146, б). Полное значение силы F, ^&Ъ.ствукяа^Ъ. на провод
конечной длины, будет
F = f dF = f Hidlsin0. (VII1-65)
7 I
Найдем значение силы взаимодействия между двумя криволинейными
проводниками Zx и /2 (рис. 146,в), по которым протекают токи it и i2.
В соответствии с законом Био — Саварра — Лапласа напряженность маг-
нитного поля dH в месте расположения отрезка провода dl2, обусловлен-
ного отрезком провода с токаи dllt будет
dtf=^isina, (VIII-66)
где р —расстояние между указанными отрезками проводников;
а —угол между направлением отрезка dli и р (рис. 146,в).
Рис. 146. Схемы для расчета э. д. у.:
а — расположение полюса т, элемента длины dl и направление тока /; б — направление
силы, действующей на проводник с током в магнитном поле; в — схема взаимного располо-
жения элементов провода dlx и dlt для расчета силы взаимодействия F между проводниками.
Угол между направлением тока в отрезке dl2 и направлением поля
в месте расположения отрезка dl2 равен 90е, поэтому sin = 1.
Значение пондеромоторной силы dF между двумя бесконечно малыми
отрезками и dl2 получим, умножив величину dH (VIII-66) на элемент
тока i2dl2:
dF = dHi2dl2 = dhdl2 sin a. (VIII-67)
Согласно (VIII-66) значение напряженности магнитного поля в месте рас-
положения dl2 (от всего провода /х (рис. 146,в), будет:
dHi = J^-sina. (VIII-68)
11
Силу, действующую на элемент dl2 от всего провода /ь определим, под-
ставив значение (VI П-68) в (VIII-67). Тогда
dF2 = dHti2dl2 = i2d/2 J sin a. (VIII-69)
Чтобы получить силу взаимодействия между проводами /х и 12, необходимо
проинтегрировать dFx(VIII-69) по длине второго провода /2:

d/jdZ-jSina.
(VIII-70)
256
Принимая постоянными значения токов для обоих проводов по всей длине
их и вынося и i2 за знак интеграла, для (VIJI-70) можно написать:
F = IS V^Sina = Cili* (VIII-71)
Коэффициент С в каждом данном случае зависит от геометрической кон-
фигурации и взаимного расположения проводов данной системы.
Второй метод расчета электродинамических усилий основан на урав-
нении Максвелла:
dW = Fdx, (VIII-72)
где dW — изменение запаса энергии данной системы проводов (или обмо-
ток) при перемещении ее под действием силы F в направлении х.
Если принять мгновенное значение тока короткого замыкания iK не-
изменным [74] на протяжении времени dt, то при соответствующих усло-
виях одна из обмоток за это время dt под действием силы F передвинется
на расстояние dx. Работа, произведенная при этом,
dA = Fxdx. (VIII-73)
Такое передвижение обмотки приведет к изменению ее индуктивности LK
и магнитной энергии на величину
^=4 & <*.
Суммарная энергия, получаемая от сети,
d1Fc = dA 4- dW = eiKdt,
где e — э. д. с., наведенная в обмотке при передвижении ее, в
поле.
Изменение потока при передвижении обмотки на dx Ъущгх
dL.
йФ — igdLiQ — in dx.
Для изменения потока за время dt можно написать:
Подставив в (VIH-75) значения (VIII-73) и (VIII-77), получим
1 dL
eiKdt = dA + dW = dWc = Fxdx + ~ -£dx.
Из последнего уравнения находим:
F
x~ 2 dx ~ dx
(VI11-74)
(VIII-75)
магнитном
(VIII-76)
(VIII-77)
(VIII-78)
(VIII-79)
При сложных контурах, каким является обмотка трансформатора,
лучше пользоваться уравнением Максвелла. При определении э. д. у. между
элементами одного контура лучше пользоваться уравнением Био — Саварра —
Лапласа. В большинстве практических случаев материал токоведущих эле-
256
ментов электрических аппаратов при воздействии электродинамических сил
работает на изгиб. Напряжение на изгиб определяется формулой
^ИЗГ / о
а = -^~ кг!см2.
(VIII-80)
водниках; б—
в — направление 1
для обмоток ВН и НН одинаковой высоты, ра-
стягивающих внешние катушки и сжимающих
внутренние катушки обмотки, и направление
внутренних сил F^, сжимающих катушки ВН и
НН по длине обмотки; г — разложение на
две взаимно нормальные составляющие сил,
действующих между обмотками / и //; Fj, Fq —
продольная и поперечная составляющие, с при-
ложением равнодействующей силы, возникающей
в сечении обмотки, к центру тяжести сечения
обмотки.

где Мизг — представляет максимальный изгибающий момент, кг • см\
W — момент сопротивления, см3.
При расчетах электрических аппаратов на механическую устойчивость
следует считать, что данный проводник будет устойчивым при воздействии
электродинамических сил при усло-
вии, что допустимое напряжение на
изгиб (од) для данного материала
провода будет больше напряжения
(а), воздействующего на материал.
Механические усилия между
проводниками с током, возникаю-
щие при коротком замыкании, ха-
рактеризуются следующими законо-
мерностями: при одинаковом на-
правлении токов в проводниках
(рис.' 147,а) механические силы F
будут направлены в сторону сбли-
жения проводников; при разном
направлении токов, обтекающих
проводники, силы F будут оттал-
кивать проводники друг от друга
(рис. 147,6).' Аналогичные силы
будут и между проводниками об-
моток трансформатора. Так, если
катушка обмотки трансформатора
состоит из нескольких проводов,
в которых протекает ток одного
направления, то все витки одной
катушки будут притягиваться друг
к другу. Между трансформаторными
обмотками будут действовать ме-
ханические усилия отталкивания в
'связи с.тем, что токи в первичной
и вторичной обмотках направлены
противоположно. На рис. 147, в ка-
тушки обмоток ВН и НН имеют
одинаковую высоту. Здесь внешняя
поперечная сила Fq будет растяги-
вать каждую внешнюю катушку и
сжимать внутренние катушки. Так как обмотки ВН и НН одинаковы по высоте,
то продольная внешняя сила равна нулю. Внутренние силы Fb в каждой ка-
тушке будут сжимать катушки по длине обмотки. Силы F, действующие
между обмотками / и II трансформатора (рис. 147,а), для облегчения исследо-
ваний разлагают на две взаимно нормальные составляющие: Fi — продоль-
ная составляющая, с направлением вдоль канала рассеяния, и Fq — попе-
речная составляющая. Картину механических сил взаимодействия при
’ коротком замыкании можно качественно определить, если применить
приближение, согласно которому равнодействующая всех сил, возникаю-
щих в сечении обмоткр, будет приложена к центру тяжести сечения
обмотки, как это показано на рис. 147,г. Различное взаимное располо-
Рис. 147. Определение
механических усилий
между проводниками с
током при коротких
замыканиях:
а — при одинаковом на-
правлении токов в про-
при разном направлении токов;
внешних поперечных сил Fq
*/4 9 9-173
257
жение первичной и вторичной обмоток будет определять различные вели-
чины механических сил. Расчет электродинамических усилий в обмотках
трансформаторов рассмотрен в книге проф. Г. Н. Петрова [74]. Метод
расчета величин коэффициента С, в уравнении (VIII-71), для разных слу-
чаев расположения проводов токоведущих систем выключающих аппара-
тов приведен в книге А. Я- Буйлова [25]. В монографии Г. Б. Холяв-
ского [94] систематически рассмотрено большинство практически встре-
чающихся случаев расположения проводов и даны расчетные формулы
для определения э. д. у.; рассмотрен также графоаналитический метод
расчета. Расчет э. д. у. освещен также в книге проф. А. М. Залесского
[45]. В связи с наличием указанной литературы мы ограничимся, для при-
мера, в следующем разделе лишь расчетом электродинамического усилия
для ударного понижающего трансформатора ОМИ-10000/10 производства
Московского электрозавода, применяемого для испытаний на термическую
и электродинамическую устойчивость электрических аппаратов.
§ 48. Ударный понижающий трансформатор ОМИ-ЮООО/Ю
Для испытания выключателей, разрядников, реакторов, трансформа-
торов и других аппаратов на термическую и электродинамическую устой-
чивое! и применяется ударный понижающий трансформатор типа
ОМИ-ЮООО/Ю производства Московского трансформаторного завода.
Основные параметры трансформатора ОМИ-ЮООО/Ю: трансформатородно-
фазный, двухобмоточный. Полная мощность трансформатора Р = 10 000 ква.
Напряжение обмотки ВН составляет 10000 в ±2,5%, испытательное на-
пряжение—35 кв. Напряжение обмотки НН: 500 в, 250 в и 125 в, испы-
тательное напряжение — 3 кв. Схема и группа соединений — 1/1-12. Транс-
форматрр предназначен для внутренней установки.
Трансформатор ОМИ-10000/10 предназначен для получения больших
токов. Трансформатор отличается от нормального силового трансформа-
тора следующими особенностями: а) обеспечивает высокие значения номи-
нального тока на стороне НН\ б) обладает повышенной механической
прочностью крепления обмоток и отводов, рассчитанных на частые корот-
кие замыкания; в) позволяет изменять напряжение путем переключения
катушек обмотки НН.
Работа в режиме короткого замыкания во внешней цепи обмотки
низшего напряжения трансформатора оказывает большое влияние на кон-
струкцию этой обмотки и ее отводов. Для получения токов в десятки
и сотни килоампер обмотки и отводы низкого напряжения трансформа-
тора ОМИ-10000/10 разделяются на большое число параллельных ветвей,
что возможно при применении специальных конструкций обмоток и слож-
ных шинных отводов.
На рис. 148 показана конструкция и расположение отводов обмоток
НН трансформатора ОМИ-ЮООО/Ю. Эти отводы выведены на крышку
бака трансформатора. На рис. 149 показаны обмотки НН трансформа-
тора ОМИ-10000/10, вид сбоку. Трансформатор ОМИ- ЮООО/10 стержневого
типа. На сердечниках х и А размещены обмотки низкого напряжения НН
и высокого напряжения \ВН, которые намотаны в чередующейся после-
довательности, как это показано на рис. 150.
Обмотки называются чередующимися, если обмотки высшего и низ-
шего напряжений выполняются в виде цилиндров с одинаковыми средними
диаметрами , и располагаются на стержне одна над другой в осевом на-
правлении стержня, как это видно из рис. 148. Обмотка трансформатора
ОМИ-ЮООО/Ю выполнена круглой: внутренний диаметр ее — 700мм, внеш-
ний—984 мм. Круглая форма обмотки более простая в конструктивном отно-
258
шении и является более прочной в механическом отношении по сравнению
с прямоугольной формой. Для уменьшения возникающих при коротком
замыкании осевых механических сил обе обмотки разделены на четыре
чередующиеся группы на каждом стержне, как это показано на рис. 150, а и б.
В одной группе имеется две двойные катушки низкого напряжения,
между которыми размещены две двойные катушки высокого напряжения,
соединенные между собой последовательно (рис. 150, б). Две соседние
группы обмотки ВН соединены между собой последовательно, а эти две
пары групп соединены между собой параллельно (рис. 150,а). Изменение
Рис. 148. Отводы обмоток низшего напряжения трансформатора типа
ОМИ-ЮООО/Ю.
числа групп позволяет также в широких пределах (5—25%) изменять
реактивную составляющую напряжения короткого замыкания — увели-
чивающуюся с уменьшением числа групп и уменьшающуюся с их уве-
личением.
Для уменьшения радиальных механических сил необходимо выдержать
для обеих обмоток одинаковые внутренние диаметры и размеры. В чере-
дующейся обмотке приходится рассчитывать на испытательное напряже-
ние обмотки ВН несколько промежутков — горизонтальных каналов между
ВН и НН. Число этих промежутков растет с ростом числа групп, на
которые разбита обмотка. У трансформатора ОМИ-10000/10 изоляцион-
ных каналов между группами имеется три, а между обмотками НН
и ВН — восемь (рис. 150). Поэтому чередующиеся обмотки будут менее
*/«9*
259
Рис. 149. Крепление отводов обмотки НН транс-
форматора типа ОМИ-10000/Ю к шинопрово-
ду обмотки НН.
Рис. 150. Схемы соединений обмоток ВН транс-
форматора типа ОМИ-10000/10:
о — на сердечниках х и А; б—соединений одной группы.
компактны, чем концентричес-
кие. К недостаткам чередую-
щихся обмоток следует отнес-
ти наличие значительного чис-
ла паек соединений каждой из
обмоток в процессе сборки
трансформатора, в то время
как конструкция концентриче-
ских обмоток допускает изго-
товление всей обмотки ВН и
НН на один стержень непосред-
ственно на обмоточном станке,
одним проводом, или группой
проводов без применения
пайки.
В связи с тем, что на низ-
кой стороне ОМИ-10000/10
необходимо получить значи-
тельные испытательные токи,
в этом случае решающим об-
стоятельством является удоб-
ство параллельного соедине-
ния ряда катушек низкого на-
пряжения—вне обмотки, на
крышке бака трансформато-
ра. Изоляционные промежутки
при напряжении 10 кв сравни-
тельно невелики: изоляцион-
ные расстояния между катуш-
ками НН и ВН равны 48 мм,
а расстояния между группа-
ми — 12 мм. На одном стерж-
не между катушками ВН и НН
имеется восемь прокладок
из электрокартона шириной
70 леи (рис. 150, б). На каждом
стержне трансформатора уста-
новлены восемь катушек низ-
кого напряжения (рис. 151),
начало и конец каждой из
которых с помощью пакетов
шин сечением 100 X 10 вы-
водится на крышку трансфор-
матора. Шины изолированы
друг от друга клицами из
дельтадревесины. В зависимо-
сти от необходимости получе-
ния различных напряжений
на стороне низкого напря-
жения изменение ступеней
НН достигается путем пере-
ключения начала и концов
катушек НН, выведенных на
крышку бака трансформатора
(рис. 151).
Для получения напряже-
но
Рис. 151. Схема соединения катушек
низшего напряжения на сердечнике А и
х трансформатора типа ОМИ-ЮООО/Ю:
at . . . а9 и . . х9 — выводы на крышку
тра нсформатора.
ийя 500 в на стороне НН необходимо соединить четыре катушки после-
довательно (рис. 152). В свою очередь, четыре последовательно соединенные
катушки образуют четыре группы и соединяются параллельно. В одной
двойной катушке низкого напряжения имеется два витка, а в каждом
витке — десять параллельных проводов.
Трансформатор ОМИ-ЮООО/Ю имеет два ввода высокого напряжения
(рис. 154) и 32 ввода низкого напря-
жения. Вводы высокого напряжения
установлены на задней стенке бака,
а вводы , низкого напряжения — на
крышке трансформатора. Вводы низ-
кого напряжения разделены на две
группы по 16 штук: левая и правая
сторона. Начало и конец катушек
НН выводятся на крышку транс-
форматора и отделены друг от друга
прокладкой из дельта-древесины. От-
воды от катушек НН до крышки
бака трансформатора выполняются
в виде пакета шин сечением 100х
X 10 км каждая. Во избежание ви-
браций и уменьшения электродинами-
ческих усилий все они скреплены
клипами. Данный трансформатор
предназначен для работы при отно-
сительно коротком времени — 5 сек
с перерывами между опытами 15 мин. Во время'перерывов тепло, выделяе-
мое в обмотках и сердечнике, отводится в окружающую среду через
масло и гладкие стенки бака. Для учета изменения уровня масла в усло-
виях эксплуатации при колебаниях температуры над крышкой установлен
в
маслорасширитель. Объем расширителя — в пределах 10% объема масла
в баке. На трансформаторе ОМИ-ЮООО/Ю установлены контактные термо-
метры, которые указывают температуру масла и включают сигналы при
чрезмерном перегреве.
Напряжение короткого замыкания ударного понижающего трансформатора
Рассмотрим необходимые для расчета основные данные и размеры
обмоток трансформатора ОМИ-ЮООО/Ю. Обмотка низкого напряжения
(НН)-, напряжение 500 в, витков 8 х 2 = 16, вольт на виток —62,5, кату-
9 9-173
261
шек — 8, обозначение катушек — НН. Обмоточный провод ПББО, размеры
10,8 X 2,83 голого провода и 11,75х 3,78 —с усиленной изоляцией. Вес
меди без изоляции — 825 кг, с изоляцией — 970 кг. Осевой размер катушки
НН 11,8 мм, ширина—142 мм. Размеры внутреннего и наружного диа-
метров показаны на рис. ,153. Расстояние между катушками — 12 мм, а от
ярма — 40 и 150 мм. На один стержень —8 катушек НН, левых. Обмотка
высокого напряжения (ВН): витков— 160, вольт на виток —62,5, кату-
шек— 16, стержней — 2. Марка обмоточного провода: 10,8 х 2,63/11,75 х
X 3,58. Вес меди с изоляцией — 440 кг. На один стержень — 8 двойных
катушек ВН, левых.
Параметры магнитопровода трансформатора приведены в табл. 26.
Таблица 26
Параметры магнитопровода трансформатора
Деталь Диаметр, мм Активное сечение. Расстоя- ние осей, мм Длина, мм Вес, ка Индук- ция, гс вт]кг
Стержень .... 888 2151 1050 1200 3900 13100 2,63
Ярмо — 2270 — — 5190 12400 2,39
Общий вес меди — 1837 кг, вес
стали — 9090 кг. Плотность тока —
4,65 а/мм2. Приведенный размер про-
вода [991]
I™1'81)
Рис.. 153. Основные размеры обмотки
трансформатора типа ОМИ-10000/10:
а — осевые размеры катушек; б — диаметры
обмотки.
где b — размер голого прово-
да, перпендикуляр-
ный потоку рассея-
ния, равный 1,08 см:
а — размер голого прово-
да, параллельный по-
току рассеяния, рав-
ный 0,283 см:
т„р = Ю — число проводов па-
раллельно потоку
рассеяния;
Яобы=3,83сл< — осевой размер обмот-
ки параллельно пото-
ку рассеяния;
ftp = 0,75 — коэффициент Рогов-
ского.
Подстайляя эти значения в
(VIII-81,), получим:
Ьи - - ш /от 0.75 - 0,78 см.
Напряжение короткого замыкания трансформатора
I -
где ед — 1,76% — активное падение напряжения.
262
Согласно [91], напряжение рассеяния
„ __ ^РфОсрЧдЛр nz
S - 796ЯгрЦАвм
(VIII-82)
где Лгр — число параллельных симметричных групп, рав-
ное 1;
бобы — радиальный размер обмоток, равный при чере-
дующемся расположении высоте обмотки —
14,2 см;
Впр — приведенный зазор;
kp = 0,75 — коэффициент Роговского;
©Ф — количество витков на катушку, равное 2;
/ф —ток, протекающий по обмотке НН, равный
5000 а;
Dcp = 84,2 см— диаметр средней линии обмотки;
Ua = 62,5 вольт/виток — напряжение на виток.
Определим приведенный зазор для чередующейся обмотки [91]
(рис. 153):
8пр = ^овм + -Ц-^ + 8в*1 + 8н^, (VIII-83)
где:
/в = лвах; 1я = п&; 1
(пв-1)(2«в-1) (Лд — 1)(2/jg — 1) I
--------4--------’ k*----------Ч------) • (VIH-84)
Значения этих величин:
4обм = 4,9 см — осевой размер от меди и до меди между группами
обмоток ВН и НН;
в] — осевой размер голого провода обмотки НН, равный
1,08 см; ,
Os= 1,08 см — осевой размер голого провода обмотки ВН;
пв = 2 —число катушек в группе обмотки ВН?
п„ = 2 — число катушек в группе обмотки НН.
Подставляя эти значения в (VII1-84) и (VII1-83), находим: >
/в = ПвОх — 2 • 1,08 = 2,16 см; 1а = ПцОз = 2 * 1,08 = 2,16 см;
к, _ Р-»*,2-1)- 0,25; к, - (2~')6(2;г-‘)- -0,25;
8пр = do6n 4— g 4- 4" bJh в
= 4,9 + + 0>25. 13 + о>25.1 ,з = 6,99.
Тогда, для численного значения напряжения рассеяние (VIII-82), находим:
_ Aj>“<i>Dcpbnp*P _ 2 • 5000 • 84,2 6,99 • 0,75 _ fi 940/
eS ТЭбл^У^д — 796 14,2 62,5 О,/Л‘
Для напряжения короткого замыкания получим:
«к = = /6,24а 4- 1,74а = 6,49%.
После выполнения трансформатора ОМИ-ЮООО/Ю напряжение короткого
замыкания оказалось несколько превышающим расчетное значение и рав-
ным 7,3%.
9»
263
Значения токов короткого замыкания
ударного понижающего трансформатора ОМИ-10000/10
Однофазный двухобмоточный трансформатор ОМИ-10000/10 с масля-
ным охлаждением предназначен для испытаний аппаратов большими
токами при определении термической и электродинамической устойчиво-
сти. Номинальные токи для однофазного трансформатора при разных зна-
чениях напряжения обмотки НН будут при напряжениях низковольтной
обмотки 125, 250 и 500 в соответственно равны: 80, 40 и 20 ка. Транс-
форматор предназначен для работы в режиме короткого замыкания. Уста-
новившиеся токи короткого замыкания не должны превышать значений,
указанных в табл. 27. По условиям термической устойчивости, число сле-
дующих друг за другом коротких замыканий не должно превышать 10.
Продолжительность короткого замыкания — 5 сек, перерывы между двумя
последовательными замыканиями — не менее 15 мин. Трансформатор может
работать при следующих режимах нагрузок:
а) холостой ход при 100% напряжения в течение 40 мин-,
б) работа при 50% тока и 50% напряжения от номинального значе-
ния в течение 3 ч;
в) при 25% тока и 50% напряжения, от номинальных значений,
допускается длительная нагрузка.
Таблица 27
Токи короткого замыкания трансформатора ОМИ-ЮООО/10
Соединение обмоток НН трансформатора Напряжение холостого хода обмотки НН, в Токи короткого замыкания
Ударный ток (амплитудное значение), ка Установившийся ток короткого замыкания, ка
Однофазное 125 800 320
250 400 160
500 200 80
Трехфазное в треугольник 125 1380 550
250 690 275
500 345 137,5
Трехфазное в звезду 215 800 320
430 400 100
860 200 80
Трансформатор должен выдерживать повторные внезапные короткие
замыкания, при значении ударных токов, указанных в табл. 27, без каких-
либо повреждений и остаточных деформаций. Величина потерь тока холо-
стого хода и напряжения короткого замыкания не нормируется.
Расчет электродинамических усилий
в обмотке ударного трансформатора ОМИ-10000/10
Найдем механические усилия в обмотках трансформатора. Так как
поток рассеяния в чередующейся обмотке направлен радиально, то меха-
нические силы в каждой магнитно уравновешенной группе будут направ-
лены параллельно оси обмотки и будут стремиться отделить обмотки
одной группы от другой. Поэтому механические силы Fo. с двух крайних
обмоток будут оказывать давление на верхнее и нижнее ярма, а все сред-
ние обмотки (рис. 150) будут испытывать сжимающие усилия [86]
Fa с = 10,2 BcpiK. ы<о/в • 10-« кг, (VI11-85)
264
где ВСр —средняя индукция радиального поля;
<о — число витков обмотки;
/в —средняя длина витка;
1к. м — мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания
одной обмотки.
Значение средней индукции
„ 0,4 л/ м<оЛр
Вср=------Е, (VIII-86)
где kP — коэффициент Роговского, равный 0,75;
/р — радиальный размер обмотки, равный tcD (где D—наружный диаметр
обмотки).
Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания
«к.м= 1,41Мк.Уа, (VIII-87)
где ku — коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока
короткого замыкания, равный единице;
/к.у —действующее значение установившегося тока короткого замы-
кания;
, г юо
/к.у = /НГт-а; (VIII-88)
/н — номинальное значение тока в обмотке трансформатора;
U'K — напряжение короткого замыкания.
Подставляя значение (VIII-88) в (VIII-87), получим:
1к. м = 1,41 /НЛМ. (VIII-89)
Введя значение (VIII-86) в (VIII-85), получим выражение для механичес-
кой силы, сжимающей обмотку трансформатора:
Во. с = 6,4 ю-e кг. (VIII-90)
‘р
Как показано в [86], при параллельном соединений обмоток различных
подгрупп, и числе их равном
па)пгр = а>', (VI П-91)
т. е. равном полному числу витков данной обмотки на одном стержне.
Ток 1к.м в этом случае будет в п раз меньше тока на один стержень:
1к.и = -^- (VIII-92)
С учетом (VIII-91) и (VIII-92) значение (VIII-90) примет вид:
Fo. с = 6,4(<к- "м)2гАр/в ю-e. (VI11 -93)
4р”
Подставив в (VIII-93) вместо 1к.м его значение (VIII-89), получим:
/ /„ \2 co2nd jfep
F0.c = 12,8LpM —10-4 кг. (VIII-94)
\икл J
По осевой силе Fo. c производится проверка механической прочности между-
катушечной изоляции и опорных конструкций обмотки. Сила Fo. с дейст-
вует на полную площадь витка катушки
S = ir/pdcp см*, (VII1-95)
где размеры /р, dcp, D и d— даны на рис. 153.
265
Рис. 154. План камеры удар-
ных понижающих трансформа-
торов типа ОМИ-10000/10 ла-
боратории больших токов НИЦ
в Бескудниково:
/ — ударные понижающие трансфор-
маторы; 2 — токопровод низкого на-
пряжения; 3 — ответвление токопро-
вода к объектам испытания; 4 — ши-
нопровод высокого напряжения; 6 —
опорные фарфоровые изоляторы.
Согласно [86, 94], давление, которое оказывает сила Fo.c на обмотку,
(VIII-96)
Подставляя в (VIII-96) значение (VIII-95), находим:
Р = (VHI-97)
Введя в (VIII-97) значение (VIII-94), получим:
fid №
Р = 12,8 -г^-] <о»йР . 1(Г*. (VIII-98)
Подставив численные значения величин, входящих в (VIII-98), найдем, что
Р= 1,28.16- 0,75[„-8 кг1см\
Зная давление на 1 ли* обмотки, величину суммарной силы F0.c находим
из уравнения (VII1-97):
с г> fis о 98,4®
Fo.c = 'kP-3-D =1С-8-д^
14,2 = 41000 кг = 41 т.
Рис. 155. Вид сбоку на ударный трансформатор и прилегающую камеру испытания
большими токами:
/ — ОМИ-ЮООО/Ю; 2 — токопровод) 3 — ответвления токопровода в камеру испытания.
267
§ 49. Испытательная установка НИЦ в Бескудниково
для испытаний на термическую и электродинамическую устойчивость
В гл. VII на рйс. 137 была представлена компоновка основных зда-
ний и оборудования научно-исследовательского центра в Бескудниково.
Здесь: 5 (обведенное кружком) — является лабораторией больших токов;
6 — три однофазных ударных понижающих трансформатора типа ОМИ-
10000/10, рассмотренные выше. Номинальная мощность фазы —10 Мва.
На рис. 154, в плане, показана камера ударных понижающих трансфор-
маторов. Здесь: 1 — ударные трансформаторы; 2 — токопровод низкого на-
пряжения, состоящий из 16 медных полос; 3 — токопровод, идущий
в испытательной камере к местам подсоединения к испытуемым аппаратам;
4 — шинопровод высокого напряже-
ния, для присоединения ОМИ-10.000/10
к питающей сети, или ударному ге-
нератору НИЦ; 5 — опорный изоля-
тор типа ОД-10. Токопроводы скреп-
лены специальными клицами из дель-
та-древесины. На рис. 155 показан
вид сбоку на ударный трансформа-
тор и прилегающую, справа, камеру
испытаний, с краном 4, для целей
монтажа испытуемых установок. Ка-
мера испытаний имеет размеры 10 х
X12 м и имеет: наблюдательный
пункт в углу испытательной каме-
_________________________________ ры, отграниченный от зала железо-
бетонной стеной, с узкими проемами
Рис. 156. Схемы установки для расчета дЛЯ наблюдения; площадку для испы-
токопровода:_____________________тания аппаратов 110—220 кв и осцил-
лографическую.
Электродинамическая устойчивость ударного трансформатора ОМИ-
10000/10 составляет 200 ка максимальных, а термическая устойчивость —
80 ка на протяжении 5 сек. В случае, если сопротивление нагрузки Z„ = 0,
то есть когда закоротка выполнена непосредственно на выводах транс-
форматора, от каждой фазы ударного трансформатора можно получить
ток 80 ка действующих, а при параллельном соединении трех фаз — 240 ка
действующих, или 338 ка максимальных. Следует отметить эффект сниже-
ния испытательного тока термической устойчивости, обусловленный влия-
нием величины полного сопротивления нагрузки ZH (рис. 156). Например,
при величине ZH = 20-5-30- 10-4 ом, по данным эксплуатации установки
[112], ток термической устойчивости снижается в 1,5—2 раза. Испытания
реакторов, трансформаторов и других аппаратов можно проводить на тер-
мическую. и электродинамическую устойчивость на напряжении ударных
генераторов, или на высоком напряжении, согласно схеме НИЦ (рис. 137).
Токопровод лаборатории больших токов
Подвод испытательного тока от выводов ударного понижающего транс-
форматора типа ОМИ-10000/10 до распределительного устройства и испы-
туемого аппарата осуществляется при помощи токопровода. Основным
требованием, предъявляемым к испытательной установке при испытании
на термическую и электродинамическую устойчивость, является получение
больших токов. В связи с этим токопровод должен обладать наименьшим
индуктивным сопротивлением, чтобы получить возможно больший ток
в цепи испытания. Необходимо выяснить, какие токи можно получить на
268
вторичной стороне понижающего трансформатора при применении различных
конструкций токопровода. В настоящее время имеется два типа токопровода: из
пакетов прямоугольных медных шин и токопровод типа «труба в трубе».
Расчет производится для начального момента короткого замыкания, по
схеме рис. 156,а где У Г — ударный генератора, Тр — ударный понижающий
трансформатор, ZH — сопротивление нагрузки. На рис. 156,6 дана схема
замещения испытательной цепи для этого случая. Общее реактивное со-
противление испытательной цепи
2общ — (ZreH Zb. и) *^2 F 2к -J- 2,-t Zh, (VIII-99)
где ZreH — реактивное сопротивление ударного генератора;
ZB н — сопротивление цепи высокого напряжения, без учета сопротив-
ления ударного генератора;
ZK — сопротивление короткого замыкания ударного трансформатора;
К — коэффициент трансформации;
ZT — реактивное сопротивление токопровода;
ZH — сопротивление нагрузки.
Зная величину Zo6m, можно определить ток в нагрузке I = t/H/Zo6in,
где Uя — вторичное напряжение понижающего трансформатора, а также
построить зависимость I = <р (ZH), то есть изменение величины испытатель-
ного тока при различном сопротивлении нагрузки. При испытании на
термическую и электродинамическую устойчивость для получения боль-
ших токов применяется также схема параллельного включения испыта-
тельных трансформаторов. В этом случае влияние сопротивлений токопро-
водов на величину тока будет меньшим, а влияние сопротивления нагрузки
возрастет. Для схемы параллельного включения ударных понижающих транс-
форматоров общее реактивное сопротивление испытательной цепи
/общ = (ZreH + Zb. н) -р- + + 2н. (VIII-100)
Как показали расчеты токов в нагрузке в зависимости от сопротивления
нагрузки, проведенные отделом дальних передач (ОДП) института «Тепло-
электропроект», при наиболее часто встречающемся сопротивлении нагрузки
порядка от 8 • 10-4 до 15 • Ю"4 ом для токопровода типа «труба в трубе»
можно получить ток на 4% больший, чем для токопровода из пакета
прямоугольных шин. Конструкция токопровода «труба в трубе» имеет
меньшее реактивное сопротивление шин. В этом случае снижаются дина-
мические нагрузки между шинами и почти полностью уничтожается внеш-
нее поле. Однако технология изготовления медных труб с необходимыми
допусками (ГОСТ 617-53) является более сложной по сравнению с изго-
товлением пакетных токопроводов. Кроме того, для токопровода «труба
в трубе» расход меди на каждый токопровод составляет 2,15 т, по сравне-
нию с 1,27 т на пакетный токопровод. В связи с большими динамичес-
кими и термическими нагрузками основные узлы и детали токопровода,
а также пайка или сварка должны быть выполнены весьма тщательно.
Пайка производится припоями, выдерживающими температуру не ниже
400° С. Токопровод лаборатории больших токов без искусственного охлаж-
дения допускает проведение трех опытов короткого замыкания, при /«, =
= 320 ка, при 4.з = 5 сек, с интервалами 15 мин. Если необходимо про-
извести большее количество опытов при тех же значениях тока, то надо
применить воздушное охлаждение.
Пример методики расчета токопровода по участкам дан в гл. II.
269
§ 50. Испытание электрических контактов на сваривание
при протекании больших токов
Испытание электрических контактов и контактных материалов на
сваривание заключается в установлении опытным путем того минимального,
или граничного тока /гр, при котором происходит сваривание контактов.
Токи сваривания обычно очень большие и протекание их через контакты
длительное время нежелательно, так как они могут привести к недопусти-
мому накаливанию и расплавлению контактов. Чтобы исключить указан-
ную опасность, обычно применяют при исследованиях импульсные токи.
При этом ток сваривания контактов зависит от амплитуды, длины волны
и скорости нарастания тока, что затрудняет сравнение и оценку резуль-’
татов исследований различных лабораторий, применяющих различные па-
раметры волн. Проф.
О. Б. Брон и Н. Г.
Мясникова [23] пред-,
дожили для испыта-
ния контактов на сва-
ривание метод испы-
тания при установив-
Рис. 157. Аппарат для
испытания контактов на
сваривание:
8 и 6 — неподвижный и по*
движный контакты; 2 — ры-
чажная система, вращающая-
ся вокруг оси /; 3 — груз;
5 —труба для охлаждающей
воды; 4 — испытуемый кон-
тактный материал, укреплен-
ный на насадке 7 контакто-
держателя.
шемся тепловом режиме. Этот метод испытания стал возможен при при-
менении водяного охлаждения контактов. В этом случае через контакты
могут протекать большие токи, не приводя к опасному перегреву их.
При этом принудительное водяное охлаждение контактов не влияет на
температуру контактных площадок, где будет происходить сваривание
(область стягивания). При нагревании контактов можно различать сред-
нюю температуру всего контакта и температуру контактной площадки.
Начало процесса сваривания контактов связано с плавлением металла кон-
тактной площадки, поэтому важным вопросом, требующим опытного под-
тверждения, является возможность сваривания контактов при низкой
средней температуре всего контакта. Опыт, изложенный в работе [23],
показал, что при водяном охлаждении контактов на контактной площадке
можно получить температуры, при которых происходит плавление металла
при холодном состоянии контакта. Для опытной проверки метода был
сконструирован специальный аппарат для испытания контактных материа-
лов на сваривание [23], показанный на рис. 157. Аппарат имеет два полых
цилиндрической формы охлаждаемых контакта: неподвижный 8 и подвиж-
ный 6. Подвижный контактодержатель связан с рычажной системой 2,
которую можно поворачивать вокруг оси /, с перемещающимся, по необ-
ходимости, грузом 3, который, находясь на плече АВ, прижимает, с опре-
деленной силой, контакт 8 к контакту 6. Если груз будет перемещаться
на плече АС, то можно определить силу Р, которая будет отрывать кон-
такт 8 от контакта 6, после их сваривания. Предложенный способ дает
270
возможность определить ток сваривания контактов при длительном про*
хождении испытательного тока, а также определить ток сваривания
в функции давления в контактах и найти силу отрывания-сваривающихся
контактов Ротр* Для создания установившегося теплового режима в области
между контактной площадкой и всей охлаждаемой водой контактной по-
верхностью, при котором будут справедливы полученные в [23] выводы,
при испытаниях необходимо увеличивать ток, протекающий через контакты
с определенной скоростью. Такая граничная скорость была определена
экспериментально измерением токов сваривания контактов /гр при разных
скоростях изменения тока . В результате опыта [23] получено, что при
di -
< 4 ка/сек
ток сваривания контактов не зави-
di
сит от , ибо при этом значении
скорости нарастания тока насту-
пает установившийся тепловой ре-
жим. При значении 4г > 4 ка/сек
at
ток сваривания возрастает с уве-
личением скорости изменения тока,
так как стационарный теплбвой
режим не успевает установиться.
Рис. 158. Характеристики сваривания
металлокерамических контактов ЦГ-1
при давлении Р = 5 кг.
а — осциллограмма тока / и напряжения
Дб7к; б — зависимость сопротивления контак-
тов Z?K от падения напряжения на них ДС/К.
Рис. 159. Зависимость тока
сваривания = <p (Г) и си-
лы 'отрывания сварившихся
контактов Ротр = <р (F) от
давления F.
На рис. 158 даны, согласно работе [23], характеристики сваривания
металлокерамических контактов из композиции ЦГ-1, состоящей из 82%
Ag -f- 17%ZnO+ 1% С. Осциллограмма тока I в цепи -и падения напря-
жения в контактах Д£/к (рис. 158,а) показывают характер изменения их.
Здесь область АВ характеризует разогрев контактов и увеличение /
и Д{/к; область ВС характеризует область сваривания контактов, причем
в точке В протекает ток сваривания /гр и ему соответствует наибольшая
величина ДС/К. Область CD характеризует процесс остывания контактов,
когда ток / и Д{Д уменьшаются. По диаграммам тока / и Д//к вычис-
ляется сопротивление контактов R = hUtJl. Зависимость R = <р (UK) пока-
зана на рис. 158, б, где участок АВ соответствует возрастанию тока, когда
сопротивление контактов возрастает с увеличением температуры и ДС/К.
Точка В, соответствует температуре контактной площадки, при которой
наступает плавление металлическогб контакта. Сопротивление контактов
271
на участке ВС резко падает, а Д6/к остается практически постоянным.
Сопротивление контакта и величина ДС/К в точке С начинают уменьшаться.
Участок CD характерен уменьшением тока, что указывает на процесс осты-
вания контактов после сваривания. Ток сваривания контактов /гр является
функцией давления между контактами F и возрастает с увеличением дав-
ления (рис. 159) для контактов из серебра. Для тех же контактов на
рис. 159 показана зависимость силы Ротр, необходимой для отрыва кон-
тактов друг от друга после их сваривания.
Таким образом, можно сделать основные выводы, вытекающие из
предложенного в работе [23] метода испытания контактов на сваривание:
а) испытание контактов в установившемся тепловом режиме позволяет
отказаться от испытания импульсами тока и упростить методику испы-
тания;
б) применение водяного охлаждения практически не оказывает влия-
ния на значение тока, при котором происходит сваривание контактов, и на
температуру контактных площадок.
Для исключения возможности сваривания контактов электрических
аппаратов при протекании больших токов существуют два пути: разра-
ботка конструкции контактов, которые исключают чрезмерное выделение
тепла в контактах при протекании предельных токов, и подбор компози-
ций для металлокерамических контактов с такими свойствами составляю-
щих материалов, которые не свариваются при протекании через контакты
предельных для аппарата токов, или могут свариваться лишь при весьма
больших значениях токов.
Глава IX
Основные измерения
при испытании выключающих Аппаратов
высокого напряжения
§ 51. Измерения в лаборатории мощности отключения
Схема измерений в лаборатории мощности отключения показан^ на
рис. 160. Схема измерения позволяет при помощи катодного осцилло-
графа записать напряжение на дуге, горящей в выключателе, и восстанав-
ливающееся напряжение. В этом случае напряжение измеряется при помощи
Рис. 160. Схема измерений лаборатории мощности отключения:
ЗВ — защитный выключатель; ОВ — оперативный выключатель; L — индуктивность токоограничи-
вающего реактора; ИВ — испытуемый выключатель; ТТ — трансформатор тока; TH — трансформа-
тор напряжения; ДН- делитель напряжения; ДД — датчик давления: Р — регистратор хода кон-
тактов ИВ; СВ — соленоид включения ИВ; СО — соленоид отключения ИВ; ПАУ — прибор автома-
тического управления опытом.
омического делителя напряжения ДН, а не трансформатора напряжения,
так как напряжение на дуге несинусоидально и не может трансфор-
мироваться (в течение полупериода оно практически постоянно), а вос-
станавливающееся напряжение имёёт высокую частоту и трансформиру-
ется измерительным трансформатором с большими погрешностями. Вос-
станавливающееся напряжение подводится к ординатным пластинам осцил-
лографа непосредственно от делителя напряжения, так как его величина
273
Рис. 161. Щит для сборки схемы измерений
при испытаниях:
/ — ©снова щита из диэлектрика (литая эпоксидная
смола); 2 — вертикальные шинки; 3 — горизонталь*
ные медные шинки) 4 — перемычка; 5 — клеммы^
достаточна для отклонения луча. Напряжение на зажимах дуги имеет зна-
чительно меньшую величину и поэтому подводится к ординатным пластинам
через ламповый усилитель. Когда гаснет дуга в выключателе и напряжение
дуги переходит в восстанавливающееся напряжение, которое во много раз
больше, наступает насыщение лампового усилителя. В связи с этим на-
пряжение на выходе усилителя не увеличивается во столько же раз, а только
в 2-3 раза, что допустимо по условию изоляции отклоняющих пластин
осциллографа. При этом луч, который записывает напряжение на дуге,
уходйт за пределы экрана и не мешает записи восстанавливающегося на-
пряжения. На магнитном (девятишлейфовом) осциллографе записываются:
а) ток короткого замыкания при помощи трансформатора тока ТТ 2000/5 а,
который представляет проходной одновитковый трансформатор тока и дает
достаточно точные измерения переходного тока;
б) ток короткого замыкания
при помощи "ГГ-бОО/б — трансфор-
матора тока катушечного типа (ТКФ),
который дает более точные измере-
ния установившегося тока;
в) восстанавливающееся напря-
жение при помощи трансформатора
напряжения TH 35/0,1 кв. Это
позволяет измерить с большой точ- •
ностью восстанавливающееся напря-
жение промышленной частоты, а
также судить о ходе процесса га-
шения дуги в выключателе. В этом
случае можно также определить
фазу включения короткозамыкате-
ля, так как напряжение записыва-
ется и перед появлением тока ко-
роткого замыкания;
г) давление в баке или камере
выключателя при помощи датчика
одавления ДД;
д) показания регистратора хода контактов выключателя Р. Эти пока-
зания необходимы для получения зависимости хода контактов от времени,
т. е. для определения скорости Движения контактов и расстояния между
ними в любой момент времени. Регистратор состоит из неподвижного диска
с ламелями и соединенной с подвижными частями выключателя щетки..
При отключении или включении выключателя щетка движется по ламелям
и разрывает или замыкает цепь тока, проходящую через магнитный осцил-
лограф. При этом на осциллограмме записываются прямоугольные импульсы,
по расстоянию между которыми судят о скорости движения контактов
и о расстоянии между контактами;
е) ток в соленоиде включения ИВ, протекающий от ПАУ через маг-
нитный осциллограф. Если соленоид включения СВ требует слишком боль-
шого тока, которого не может дать ПАУ, то устанавливается промежуточный
контактор и тогда ток от ПАУ протекает через магнитный осциллограф
контактор и тогда ток от ПАУ протекает через
и катушку включения контактора;
ж) ток в соленоиде отключения ИВ. Знание
токов необходимо для улучшения конструкции
а также для определения причины несрабатывания
При испытаниях требуется измерять различные величины, поэтому
при изменении характера испытания надо заново собирать схему измерений.
Для экономии времени и удобства измерений применяется специальный щит
(типа «Швейцарский коммутаторх). Щит (рис. 161) состоит из изолированных
величины и формы этих
приводов выключателя,
выключателя.
274
друг от друга вертикальных и горизонтальных медных шинок. К вертикаль-
ным шинкам присоединяются выводы всех ТТ и TH, оперативные напря-
жения 110, 220 и бе, а также соленоиды включения и отключения. К го-
ризонтальным шинкам присоединены несколько выходных цепей ПАУ
и шлейфы магнитного осциллографа. Соединение шинок в месте пересечений
при помощи специальной перемычки позволяет собрать схему измерений
и управления измерениями.
§ 52. Особенности осциллографирования апериодической составляющей
тока короткого замыкания при больших токах отключения
Осциллографирование токов, содержащих апериодическую составляю-
щую, имеет некоторые особенности. Использование трансформаторов тока
с железом для осциллографирования апериодической составляющей встре-
чает трудности в связи с быстрым насыщением железа трансформатора,
что вызывает большие погрешности измерения. Стремление к уменьшению
погрешностей приводит к неоправданному увеличению размеров трансфор-
матора тока с железом. Для получения напряжений, находящихся в фазе
с током, и его производной применялись активные и реактивные шунты,
включаемые в цепь испытательного тока. Измерения при помощи шунтов
давали хорошие результаты в лабораторных измерениях при величине
токов короткого замыкания до 20 ка. С ростом испытательного тока вклю-
чение шунтов в цепь испытания выключателя стало нецелесообразным ввиду
следующих обстоятельств:
1) трудность создания шунтов с достаточной устойчивостью к тер- '
мическим и электродинамическим воздействиям при весьма больших испы-
тательных токах;
2) увеличение потерь и затухания в цепи испытательного тока;
3) увеличение помех от синхронизирующего устройства, присоеди-
ненного к цепи испытательного тока (см. рис. 132, 136). Измерение весьма
больших токов переходного режима, как показали опыты ВЭИ, можно
с достаточной точностью производить с помощью воздушных трансформа-
торов тока без железа (ВТТ). Получаемая на вторичной обмотке ВТТ э. д. с.
пропорциональна производной тока, которая затем интегрируется конту-
ром RC. Напряжение на емкости такого контура усиливается при помощи
лампового усилителя и записывается электромагнитным осциллографом.
Рассмотрим основные параметры ВТТ, разработанного ВЭИ.
Расчет основных параметров ВТТ
Рассмотрим в качестве примера воздушный трансформатор тока (ВТТ),
для которого, расчетный измеряемый ток равен 200 ка при 12 кв. Мини-
мальную величину измеряемого тока можно выбрать равной Юка, так
как меньшие значения тока можно измерять при помощи трансформатора
с железом. Мгновенное значение напряжения вторичной обмотки ВТТ
(7a = AlB^MBJ, (IX-1)
так как l0= i\. При синусоидальном токе
(/м sin a>t) = o>7u cos <irf. (IX-2)
Поэтому, учитывая (IX-2), для действующего значения напряжения получим:
t/a = Л4в<о/, (IX-3)
275
но, как известно,
(1Х-4)
где Тв =?= RC — постоянная времени интегрирующей цепи.
Ток в шлейфе электромагнитного осциллографа, включенного через
усилитель с крутизной преобразования S, при учете (IX-3)
U = C/cS = £ S = S = ^SI. (IX-5)
Таким образом, ток в шлейфе осциллографа, выраженный через первичный
ток, не зависит от частоты измеряемого тока, поэтому на осциллограмме
запишется как периодическая, так и апериодическая, составляющая тока
короткого замыкания. Минимальным током шлейфа, дающим удовлетвори-
тельную запись на осциллограмме, является ток 10 ма. Следовательно,
ВТТ должен дать 1 ма при 1 ка (1 ма на выходе усилителя постоянного
тока при измеряемом токе в 1 ка). Точность измерения должна быть не ниже
точности измерения по магнитной осциллограмме, то есть 5% при по-
стоянной времени апериодической составляющей в токе отключения 0,05 сек.
Постоянная времени интегрирования Т, при содержании в токе апериоди-
ческой составляющей с постоянной времени затухания Та, определяется
из уравнения
у = 1008-®—*, (IX-6)
т
где 7 — погрешность, %; 8 = =-. При значениях Та = 0,05 сек и 7 = 5%
* а
получаем значение Т > 1 сек. Как показал опыт, для надежной работы
усилителей с выходным током
до 50 ма крутизна преобразова-
ния не должна превышать 5Ус =
= 70 ма!в. Теперь из (IX-5) мож-
но определить коэффициент вза-
имоиндукции первичной и вто-
ричной обмоток ВТТ:
лл __‘шлТ___ 1 сек • 10 ма
Мв~ SI ~ 70ма/в • 10 • 108а —
= 14,3 мкгн.
В качестве первичной обмотки
____________________________ЛЛ . ВТТ используется шина токо-
провода. Э. д. с. вторичной об-
иапряжми* * мотки при частоте 50 гц и мак-
Рис 162 Схема измеоения пои помощи воз- симальном токе в 200 кя в соот-
трансформатора тока (ВТТ): Ветствии С (IX-3) будет
рд-16 — подводящий кабель; С — интегрирующая ем- __ = 14 3 • 10~6 -314 X
К0СТЫ X 200 • = 900 в.
Пробои изоляции в обмотке возможны из-за появления пиков при срезах
токов. Усиление же изоляции в месте стыка крайних витков обмотки нару-
шает симметрию тока, что увеличивает погрешность измерения. Вторич-
ная обмотка ВТТ выполняется из провода высокого сопротивления. Вели-
чина этого сопротивления должна быть достаточной для интегрирования
производной с заданной постоянной времени при замыкании обмотки на
емкость С (рис. 162). Так как полное сопротивление вторичной обмотки
276
ВТТ равно 516 ком, то для получения постоянной времени интегрирования,
равной 1 сек, вторичную обмотку ВТТ надо замкнуть на емкость
С = = 516 • ^^^МКФ-
Вторичная обмотка с высоким сопротивлением дает возможность избе-
жать опасных для изоляции напряжений на стыках слоев. Кроме того,
при этом исключается влияние емкости подводящего кабеля, значительная
длина которого увеличивает погрешность измерения. Кабель, соединяющий
выводы ВТТ с интегрирующей емкостью С (рис. 162), для защиты от помех
экранируется. Измерительная цепь ВТТ градуируется введением в цепь
вторичной обмотки калибровочной э. д. с. Во время градуировки зазем-
ленная жила кабеля отсоединяется от заземляющего провода и в рассечку
подключается источник калиброванного напряжения промышленной частоты.
Для измерения токов при помощи ВТТ применяется усилитель постоян-
ного тока с такими параметрами: ток на выходе — до 70 ма, крутизна
преобразования — порядка 130 ма/в, входное сопротивление — более 2 Мом.
§ 53. Измерения давления
в дугогасительных камерах выключателей
В процессе создания и испытания масляных или воздушных выключа-
телей важным вопросом является измерение давления в камере или баке
выключателя. Измерение давления связано с некоторыми трудностями, так
как при коммутации давление в вы-
ключателе быстро меняется и может
достигать больших значений. Изме-
рение быстро меняющихся больших
давлений ' в электротехнической
практике встречается сравнительно
редко. В ВЭИ разработан измери-
тель давлений в баках и камерах
масляных и воздушных выключате-
лей. Рассмотрим измерение быстро-
переменных давлений индукцион-
ными • датчиками [19, 66]. Изме-
ряемое давление должно быть за-
писано на осциллограмме, так как
ото изменяется с большой скоростью
Рис. 163. Схема измерения давления в вы-
ключателе при помощи индукционного
датчика ВЭИ:
/ — стальная мембрана; 2 — якорь, закрепленный
на мембране; 3 — магнитопровод; 4 — индуктив-
ная катушка; 5 — механическая развертка осцил-
лографа; 6 — источник света; 7 — зеркальце;
8 — шлейф осциллографа; Дб — прогиб мембраны;
1В — воздушный зазор; Д/в — изменение воздуш-
ного зазбра магнитопровода; / — ток в шлейфе
осциллографа.
и простое наблюдение (как за показанием манометра) невозможно. Следо-
вательно, изменение давления должно быть преобразовано в изменение тока,
протекающего через шлейф магнитного .осциллографа. Это преобразование
происходит так, как это показано на схеме рис. 163. Процесс измерения
277
протекает следующим образом: с изменением давления Др меняется величина
прогиба А8 стальной мембраны 1. На мембране закреплен якорь 2, благо-
даря которому меняется воздушный зазор Д/в магнитопровода 3, на кото-
ром насажена катушка 4. Это вызывает изменение индуктивности AL ка-
тушки, что в свою очередь вызывает нарушение равновесия мостовой схемы,
в одно плечо которой включена рассматриваемая катушка. При этом
в диагонали моста появляется ток небаланса I, который и регистрируется
магнитным осциллографом (луч отклоняется на расстояние х). Таким обра-
зом, сокращенно схему взаимодействия можно записать так: х — f, (i);
/ = /«(£); L=/s(4); /в = Л(8); 8 = /5(р). Следовательно, х = <?(р). Рас-’
смотрим зависимость индуктивности катушки от величины воздушного за-
зора магнитопровода —L = fa (/в). Индуктивность
L = * = ♦ (IX-7)
где w — число витков, а Ф — магнитный поток, вызванный током I. В свою
очередь, значение величины
Ф = (К-8)
где магнитное сопротивление
Здесь /. и /„ — длина пути магнитного потока в воздухе и стали;
{*в и р-ст — магнитные проницаемости воздуха и стали;
Зв и 3„ — площади поперечного сечения потока в воздухе и стали.
Так как Рв, а величина воздушного зазора значительна, -можно
магнитным сопротивлением железа пренебречь:
Тогда можно принять, что
Л. Я 4-. (IX-11)
Гв°В
Подставляя значение (IX-11) в (IX-8), получим
Ф = ^- = ^5. (IX-12)
Ям /в
Тогда значение (IX-7) при учете (IX-12) будет:
L = «y=^B. (IX.I3)
Таким образом, индуктивность катушки обратно пропорциональна вели-
чине воздушного зазора:
L = ± (IX-14)
Величина прогиба стальной мембраны прямо пропорциональна давлению:
8==р (IX-15)
(точнее 8 » Ар, где А = const), а изменение воздушного зазора равно изме-
нению прогиба мембраны: Д/в = —AS, причем конструктивно (рис. 163)
278
датчик давлений выполнен так, что при увеличении давления воздушный
зазор уменьшается, поэтому принят знак минус. Следовательно,
/в = /во— Ар (IX-1-6)
и тогда для (IX-13) можно написать:
, “’VbSb
Ь-/Вв-Яр-
(IX-17)
Кривая L = <p1(p) дана на рис. 164. Одновременно с изменением индук-
тивности будет меняться и активное сопротивление за счет потерь в же-
лезе (так как меняется магнитный поток).
Однако основную роль играет индуктивность,
поэтому закон изменения активного сопро-
тивления не рассматривается. Для обеспече-
ния чувствительности прибора необходимо
иметь значительную величину индуктивного
сопротивления, чтобы изменение этого сопро-
тивления было ощутимым для мостовой схемы.
Поэтому в приборе применено напряжение с ча-
стотой 1000 гц. Для повышения чувствительно-
сти в датчике использован резонанс напряжений
(последовательно включены L и С, настроенные
Рис. 164. Кривая зависимости
индуктивности катушки с изме-
нением давления в выключателе.
в резонанс при частоте 1000 гц). При "этом
выигрыш в чувствительности получается не за
счет повышения напряжения на L и С, которое
имеет место при резонансе напряжений, а за
счет того, что в исходном режиме (при р=0)
сопротивление такой цепи минимально. Следо-
вательно, при той же абсолютной величине из-
менения индуктивности относительное измене-
ние сопротивления будет максимальным. В мос-
товой схеме прибора в двух плечах (рис. 165)
включены обмотки трансформатора, включен-
ные на выходе генератора 1000 гц. Блок-схема
прибора для измерения давлений показана
на рис. 166. Прибор состоит из блока пита-
ния, общего задающего генератора, генери-
рующего синусоидальные колебания с часто-
той 1000 гц, двух усилителей мощности,
двух мостовых схем и двух нулевых инди-
каторов. Конструкция датчика давления
Рис. 165. Мостовая схема при-
бора для измерения давления:
Тр — трансформаторы в двух плечах
моста; Д —датчик в третьем плече
моста; С, R и L — емкость, сопро-
тивление и индуктивность четвертого
плеча (резонансного).
показана на рис. 167. Датчик состоит из
двух разъемных частей: головки 3 и стакана 6. В головке датчика поме-
щена мембрана 4 с закрепленным на ней якорем 5. Имеющиеся в головке
пазы при соединении ее со стаканом фиксируют якорь в строго опреде-
ленном положении по отношению к магнитопроводу (параллельно ему).
В стакане размещена катушка 2, которая закреплена на магнитопроводе /
Ш-образной формы, и конденсатор 7 с С = 0,25 мкф. Каждое деление,
нанесенное на головке, соответствует зазору между якорем и сердечником
в 0,03 мм. При зазоре 0,6 мм индуктивность датчика и емкость 0,25 мкф
находятся в резонансе при частоте питающего напряжения 1000 гц. Для
установки зазора 0,6 мм головка ввинчиваётся в стакан до упора (нулевой
зазор), вывинчивается назад 1 на двадцать делений (20 • 0,03 = 0,6 мм)
и закрепляется стопорным винтом 8. Отметим основные технические харак-
теристики прибора. Прибор может одновременно измерять давление в двух
точках двумя датчиками. Показания прибора фиксирует осциллограф,
279
имеющий шлейфы с величиной сопротивления 1-2 ом и собственной часто-
той колебаний не ниже 3 кгц (так как давление записывается на осцил-
лограмме в виде модулированных по амплитуде колебаний частоты 1 кгц).
Прибор для измерения давления имеет набор датчиков на номинальные
давления 5, 20, 50 и 100 ати. Толщины мембран: на 5 ати— 0,5 ми;
на 20 ати — 1 мм; на 50 ати — 1,5 мм и на 100 ати — 2 мм. Диапазон
измеряемых давлений для каждого датчика (находится) в предёлах от 0,1
до 1,1 номинального значения. При номинальном давлении каждого датчика
прибор имеет на выходе ток порядка
50 — 60 ма. Настройка прибора на нуль
производится двумя ручками; уста-
новленными на лицевой панели прибора
(L и /? моста). Степень настройки при-
бора на нуль определяется по нуль-
индикатору. Перед работой с прибором
надо выбрать датчики в соответствии
с ожидаемым давлением и отградуи-
3
з
Сиенм —7—1 Ш/teilcpr
отдатчи-
ка!
Сигнал
от датчан-
ка Ц
Рис. 167. Конструкция датчика для из-
мерения давления:
1 —'источник питания; 2 — генератор несу-
щей частоты; 3 — нуль индикатора; 4 — мост;
5 — усилитель мощности.
/ — магнитопровод; 2 — катушка; 3 — головка
датчика; 4 — мембрана датчика; 5 — якорь; 6 —
стакан датчика; 7 — конденсатор 0,25 мкф; 8 —
стопорный винт.

4
Рис. 166. Блок-схема прибора для из-
мерения давлений:
ровать прибор.Для этого надо присоединить датчики к прибору и сбалансиро-
вать мосты (левую и правую половины) по нуль-индикаторам (ручками LviR
моста). Затем для получения желаемого отклонения на осциллограмме вместе
с шунтами включаются шлейфы магнитного осциллографа. После этого
при помощи градуированного пресса для каждого датчика устанавливают
номинальное давление и выбирают необходимое отклонение шлейфа, то есть
нужный шунт. Градуировочный пресс давления имеет нарезные отверстия
для ввинчивания датчика давления и манометра. Индуктивный датчик дав-
ления, ввинченный в пресс, соединен с сбалансированным измерительным
мостом переменного тока. Поднимая давление в прессе, по манометру опре-
деляют его величину и снимают осциллограмму с вибратором измеритель-
ного моста. Таким образом, получают зависимость отклонения луча х
(рис. 163) от давления Р. После градуировки отключают шлейфы, дат-
чики устанавливают на испытуемом аппарате и соединяют с прибором
коаксиальными экранированными кабелями типа РК. Затем включают
шлейфы и подстраивают нули, контролируя отклонение на экране осцил-
лографа более точно, чем по нуль-индикатору. Экранирующую оболочку
кабеля подключают к заземленной клемме прибора.
280
§ 54. Ступенчатый линейный и дисковый регистраторы хода
Назначением прибора (рис. 168) является регистрация хода подвижных
частей аппаратов с записью на магнитоэлектрическом осциллографе. Рейка 7
регистратора хода устанавливается на корпусе или раме — неподвижной
части выключателя. Каретка 4 с роликом 5, имеющая возможность дви-
гаться по направляющей 6, шарнирно связана изолирующей тягой 3 с под-
вижной частью аппарата. При работе выключателя тяга перемещает ка-
ретку с роликом, который при этом скользит по поверхности рейки,
набранной из чередующихся изоляционных и металлических пластин. Ме-
таллические пластины связаны между собой сопротивлениями гь г2 и г3.
К точкам А и В через добавочное сопротивление /? присоединяется источ-
ник напряжения 2 (3—5в) и вибратор осциллографа 1. При движении
Рис. 168. Ступенчатый линейный реги-
стратор хода:
1 — вибратор осциллографа; 2 — источник напря-
жения; 3 — тяга; 4 — каретка; 5— ролик; 6—
направляющая; 7 — рейка; 8 — изоляционные
пластины; 9 — металлические пластины; rt, rt и
г. — сопротивления.
Рис. 169. Ступенчатый дисковый ре-
гистратор хода:
1 — диск; 2 — втулка; 3 — металлические пла-
стины; 4 — держатель; б — ролик; 6 — вибра-
тор осциллографа; 7 — источник напряжения.
ролика по направляющей вибратор осциллографа записывает ступенчатую’
кривую, причем амплитуда ступеней определяется напряжением аккумуля-
торной батареи и величинами активных сопротивлений, а ширина ступе-
ней — скоростью движения ролика. Длина рейки регистратора хода — 250,
350, 500 и 1000 мм, а ширина металлических и изоляционных пластин'
(соответственно длине рейки) — 3; 3, 5; 10 и 60 мм. Величина активных,
сопротивлений 60 ом. Металлические и изоляционные пластины рейки
регистратора хода, связаны между собой двумя изолированными шпиль-
ками. Для обеспечения соприкасания ролика и рейки в одной точке диа-
метр ролика не должен превышать 15 лл и прижиматься к рейке пружи-
ной. Регистратор хода имеет два изолированных от корпуса вывода: от
ролика и от металлических пластин через сопротивление /?. Металлические
пластины изготовляются из меди и латуни, а изоляционные пластины—из
текстолита или гетинакса.
Ступенчатый дисковый регистратор хода. Регистратор имеет такое же
назначение, как и предыдущий. Конструктивно изоляционный диск реги-
стратора хода (рис. 169) имеет на своем торце металлические пластины,
врезанные в диск. При повороте вала ролик скользит по торцу диска,
касаясь попеременно металлических пластин и торца диска. Металлические
пластины связаны между собой сопротивлениями гь г2 и г3. Диаметр диска
1500—200 мм. Виброграф также предназначен для регистрации хода по-
движных частей аппаратов с записью на бумаге. Катушка вибрографа-
286
питается от источника напряжения 220 в. Магнитная система катушки имеет
воздушный зазор, образованный сердечником из трансформаторной стали
и пластиной из пружинной стали. При включении питания катушки пластина
колеблется с частотой 100 гц. К пластине крепится карандаш, который
своим острием пишет кривую на бумаге, связанной с системой аппарата
так, что ее движение происходит перпендикулярно движению карандаша.
Амплитуда колебаний пластины — 5—10 мм.
§ 55. Подготовка и проведение испытаний выключателя
и измерение основных параметров при осциллеграфировании
' При подготовке выключателя к испытаниям на отключающую способ-
ность необходимо предварительно провести ряд мероприятий, обеспечива-
ющих правильное и полноценное проведение опыта. Рассмотрим основные
из них.
1. При испытании на отключающую способность . опытного образца
выключателя или при контрольных испытаниях известных конструкций
необходимо предварительно отрегулировать и проверить работу механи-
ческой части выключателя, а также состояние включающего и расцепля-
ющего устройств. Такая предварительная проверка должна быть проведена
до монтажа выключателя в испытательной камере. При предварительной
проверке надо получить осциллограммы движения контактов, установить
момент размыкания контактов, знать кривую скорости движения контактов
на их пути, а для воздушного выключателя — скорость истечения воздуха
и проверить работу клапанов, состояние контактов и т. д.
2. После предварительной наладки, регулировки и механического
опробывания исследуемый выключатель монтируется в испытательной ка-
мере по схеме, предусмотренной программой. Ошиновка и расположение
объекта испытания в камере выполняется так, чтобы исключить возмож-
ность повреждения зажимов, нагрева шин, соприкосновения их между
собой ~ под влиянием термического или электродинамического воздей-
ствия. ' ,
3. Перед началом испытания выключателя надо проверить с пульта
-управления через ПАУ правильность сборки схемы и нормальный ход про-
цесса испытания 'во времени (по отношению к осциллографу и оператив-
ному выключателю). Лишь после этого можно начинать включение машин
и проведение испытания.
Порядок проведения испытаний в основных чертах должен заключа-
ться в 'следующем:
1) испытание должно проводиться по заранее разработанной и утверж-
денной программе. В программе должна быть указана желательная схема
включения основных агрегатов, а также ступени реактора, или ступени
токов и напряжений и последовательность их включения. Программа должна
предусматривать основные параметры, подлежащие регистрации, и тип
осциллографа (катодный или электромагнитный), применяемого при изме-
рениях;
2) при испытании выключателя на отключающую способность обяза-
тельно должны регистрироваться следующие величины:
а) скорость движения контактов выключателя при помощи контроль-
ной рейки, или шайбы. При этом должны быть установлены: момент рас-
хождения контактов, момент выхода из камеры или трубки и т. п.;
б) ток в цепи выключателя при помощи электромагнитного осциллографа.
Нормально сила тока должна измеряться при помощи шунтов. При испы-
тании выключателя в трехфазном режиме сила тока регистрируется по край-
ней мере в 2 фазах;
282
в) напряжение на расходящихся или сходящихся контактах выключателя
при помощи электромагнитного и катодного осциллографов. На электро-
магнитный осциллограф МО (рис. 170) измеряемое напряжение подается
от омического делителя гх—г2 (менее желательно от трансформатора на-
пряжения), на катодный осциллограф /СО (рис. 170) — от емкостного
делителя Cj—С2. При испытаниях по схеме фаза—земля (вторая фаза за-
землена) 'емкостный и омический делители подключаются между соответ-
ствующей фазой и землей. При испытаниях на междуфазовом напряжении,
при отсутствии заземления, омический и емкостный, делители включаются-
между фазами (рис. 170) с заземлением средней точки около элемента,,
с которого снимается на осцилло-
граф измеряемое напряжение. При
этом надо включить два равных
измерительных" элемента, для устра-
нения влияния емкостных токов че-
рез емкости Сь присоединенные пе-
ред реактором! (рис. 170);
г) давление в баке или дуго-
гасительных камерах масляных или
воздушных выключателей при по-
а
Рис. 170. Схема измерения на-
пряжения магнитоэлектрическим
осциллографом МО от омическо-
го делителя напряжения гх — га
и катодным осциллографом КО
от емкостного делителя напря-
жения Сх — С2. .
Рис. 171. К определению восста-
навливающегося напряжения:
а — осциллограммы" восстанавливающего-
ся напряжения промышленной частоты;
б — осциллограммы восстанавливающе-
гося напряжения высокочастотных коле-
баний; 00' — момент окончательного по-
гасания дуги во всех фазах.
мощи индукционного датчика повышенной частоты (1000 гц) и электро-
магнитного осциллографа. При измерениях надо иметь в виду, что соб-
ственная частота колебаний шлейфа должна быть не менее 5000 гц;
3) градуировка шлейфов электромагнитного осциллографа произво-
дится от специальных контуров, жестко смонтированных на осциллографе.
Градуировка должна периодически проверяться. Размах шлейфа определяется1
всегда между осями зайчика (линий). Нормальные расшифровки осцилло-
грамм должны включать следующие величины:
1) по току: отключаемая сила тока — эффективное значение симметрии-.
ной составляющей в период, непосредственно следующий за размыканием
контактов выключателя, в амперах. Отключаемый ток принимается равным
эффективному значению тока короткого замыкания I, в момент расхожде-
ния контактов с учетом апериодической составляющей и определяется
по формуле
/е = Г/а2'+/с2', (1Х-18>
где /а — эффективное значение апериодической составляющей за первый'
период после расхождения контактов;
283-
I с — среднее значение периодической составляющей за первый период
после расхождения контактов.
Для многополюсного выключателя величина отключаемого тока при-
нимается равной среднему арифметическому значению отключаемого тока
в различных полюсах;
2) по напряжению:
а) напряжение до замыкания (в случае цикла ВО). За напряжение
до замыкания принимается эффективное напряжение в период, непосред-
ственно предшествующий замыканию цепи испытуемого выключателя;
б) восстанавливающееся напряжение промышленной частоты. Для трех-
фазной цепи восстанавливающееся напряжение промышленной частоты опре-
деляется как среднее арифметическое значение восстанавливающегося
напряжения для трех фаз. Его величина определяется по осциллограмме
для промежутка времени между первым и вторым полупериодами после
погасания дуги во всех фазах как расстояние по вертикали между пиком
второй полуволны напряжения и прямой, соединяющей пики предыдущей
и последующей полуволн (рис. 171). Эффективное значение восстанавли-
вающегося напряжения
{/в=-1з+2^Л/3> ОХ-19)
Как видно из рис. 171, а, в фазе 2 напряжение равно амплитуде как раз
в момент GjQi. В этом случае, согласно ГОСТ 687-41, измерение амплитуды
напряжения производится в следующий полупериод в момент G.2G2. За ампли-
туду восстанавливающегося напряжения принимается максимальное значе-
ние напряжения после угасания дуги в переходном процессе, то есть пер-
вая амплитуда после гашения дуги;
в) скорость восстанавливающегося напряжения после гашения дуги.
За среднюю скорость восстановления напряжения после гашения дуги при-
нимается частное от деления амплитуды напряжения высокочастотного
переходного процесса 1/маКс на половину периода Т высокочастотных коле-
баний (рис. 171,6):
= ^макс = . ю_в в/мксек> (IX-20)
С₽ Т
где f — частота колебаний переходного процесса, гц.
Глава X Прибор автоматического управления
опытом (ПАУ) и синхронизирующее устройство
$ 56. Прибор автоматического управления опытом (ПАУ)
Современная синтетическая схема испытания выключающих аппаратов
невозможна без совершенной автоматики, обеспечивающей синтез во вре-
мени основных цепей (цепи тока короткого замыкания и цепи восстанав-
ливающегося напряжения), а также требуемую последовательность во вре-
мени остальных измерительных, управляющих и вспомогательных цепей.
Прибор автоматического управления опытом предложен Н. М. Черны-
шевым (ВЭИ) и описан в работах Н. М. Чернышева, А. М. Арзяева
и В. Д. Ляшенко [18, 99, 101, 107]. Включение элементов испытательной
цепи (выключателей ОВ, ЗВ и ИВ, возбуждения, форсировки и развозбужде-
ния ударного генератора), а также включение приборов в измерительной
и вспомогательной цепях производится путем посылки серии импульсов, вы-
рабатываемых ПАУ, в строго определенной и регулируемой временной последо-
вательности, требуемой условиями опыта. ПАУ обеспечивает регулировку
установок выдержек времени с точностью до 0,01 сек с разбросом, не пре-
вышающим тысячных долей секунды, при возможности получения наиболь-
шей выдержки времени порядка 2,5 и 5,1 сек. Такая точная регулировка
выдержек времени позволяет резко повысить производительность испыта-
тельной установки и свести к минимуму неполноценные опыты. Синхро-
низирующее устройство ПАУ позволяет использовать прибор в синтетиче-
ских схемах испытания для включения восстанавливающегося напряжения
в нуль тока и др. задач. Автоматические устройства для управления опы-
том при испытании выключателей, в виде автоматического контроллера
барабанного типа, вращаемого двигателем, или релейных схем, не могут
обеспечить полностью требуемую точность синхронизации включения отдель-
ных элементов синтетических схем испытания. В настоящее время ПАУ
является наиболее совершенным прибором автоматического управления
опытом и находит все большее применение в испытательных схемах лабо-
раторий СССР и других стран (ПНР, КНР и др).
Скелетная схема ПАУ. На рис. 172 представлена скелетная схема ПАУ.
В приборе автоматического управления опытом использован принцип счет-
ных устройств. За единицу измерения принимается полупериод напряже-
ния испытательного генератора или сети. Устройство отсчитывает заданное
число полупериодов, после чего дает на выходе импульс напряжения,
используемый для запуска элементов схемы испытания. ПАУ выполнен
по блочной схеме. На рис. 173 выделена часть блоков полной схемы,
иллюстрирующая принцип действия ПАУ без синхронизирующего устройства,
которое будет рассмотрено отдельно. На вход блока преобразования импуль-
сов и деления частоты подается от пилот-генератора, находящегося на одном
валу с ударным генератором, управляющее напряжение, изменяющееся
285
синхронно с напряжением испытательного генератора. На выходе блока
деления частоты появляется серия положительных прямоугольных унипо-
лярных импульсов напряжения, высшая частота которых равна частоте
управляющего напряжения, а далее частоты, вырабатываемые каждой по-
следующей бинарной ячейкой, уменьшаются в два раза. Запуск блока
sa ® и Сеть -2206

Ключ I________
упра6ления\____
опытом ц ______________
Блоки выдержек | времени (всего 22 блока)
______________УП3
? ? ? Пилот-гене-
----ш-------
Блок деления ^Запускблока де- г---
частоты ления частоты
Синхронизиру-
ющее .
=2206
ющер я
устройство
ГГПТЕ
Блок задержки
импульсов
Рис. 172. Скелетная схема прибора автоматического управления опытом (ПАУ) при
испытаниях.
Блок
питания
Вход В^од
s
Выходы СУ
Рис. 173. Блок-схема ПАУ без синхронизирующего устройства.
деления частоты осуществляется замыканием контактов /—2 (рис. 172)
за несколько секунд до замыкания ключа управления опытом 3—4. Начало
работы прибора определяется посылкой на все нуль-индикаторы деблоки-
рующего импульса, так как в состоянии покоя схемы нуль-индикаторы
заблокированы. В выходных блоках нуль-индикаторы являются суммирую-
286
щими элементами ПАУ. Роль нуль-индикатора выполняет реле типа РП-5,
которое подключено к шинам напряжений разных частот через переклю-
чающие тумблеры и диоды. По числу управляемых цепей схемы испыта-
ния выбирается количество суммирующих реле. Срабатывание суммирую-
щего реле после подачи деблокирующего импульса происходит через время,
определяемое числом включенных тумблеров в цепи нуль-индикатора. Та-
ким образом, выходные блоки подают импульсы-команды на срабатывание
выходных тиратронов с такими временными интервалами, которые соответ-
ствуют набранным, при помощи тумблеров уставок, диктуемых условиями
опыта. Выходные блоки выполнены по двум схемам: со ступенчатой и с плав-
ной регулировкой выдержек времени. Плавная регулировка выдержек вре-
мени обеспечивается фазоизбирательным устройством, действие которого
начинается после срабатывания нуль-индикатора. Целое число полупериодов,
определяющих выдержку времени, устанавливается включением тех или иных
тумблеров, а дробное — фазоизбирательным устройством. После срабатывания
тиратрона выходного элемента в управляемую цепь (обычно включающие
и отключающие катушки) подается оперативное напряжение. Ток в управ-
ляемых цепях не должен превышать 5 а при длительности импульса до 0,1 сек
и 1 а при больших длительностях импульса. В отдельных цепях при необхо-
димости можно установить контакторы, замыкающие цепь с током до 40 а.
Рассмотрим детально работу отдельных блоков схемы ПАУ.
Блок деления частоты
Получение различных выдержек времени в приборе1 автоматического
управления опытом осуществляется устройством, выполненным в виде
счетно-решающей схемы. Устройство такого рода обладает наибольшей
точностью из всех известных приборов, применяемых для автоматического
управления опытом, В основу счетно-решающей схемы положен принцип
суммирования импульсов разных частот. Как известно, применив двоичную
систему исчисления, можно, имея небольшое количество чисел, составляю-
щих ряд, например
1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128,
получить путем суммирования каких-либо членов этого ряда новые числа,
дежащие в пределах между единицей и конечным числом, определяемым
по формуле
N = —
где а = 2 — коэффициент пересчета двоичной системы исчисления;
п — количество чисел, составляющих ряд.
Для данного случая, когда ряд состоит из 8 чисел, таким наибольшим
числом будет число N = 2е — 1 = 255. Таким образом, имея устройство,
которое вырабатывает импульсы напряжения, длительность которых под-
чиняется закону двоичной системы исчисления, не трудно путем суммиро-
вания определенных импульсов, составляющих ряд, получать новые импульсы
требуемой длительности. Эти импульсы можно использовать для получения
определенной выдержки времени, если элемент схемы будет реагировать
на окончание таких импульсов. Действительно, если начало отсчета времени
вести от момента возникновения импульса напряжения, а конец отсчета
будет отвечать прекращению импульса напряжения, то мы получим вы-
держку времени, соответствующую длительности импульса. При испытании
выключателей на отключающую способность необходимо получить выдержки
времени в пределах до 2,5 сек. Такие выдержки времени можно получить,
если, приняв за единицу измерения 1 полупериод частоты напряжения
испытательного генератора, или сети, создать импульсы напряжения,
287
которые подчиняются двоичной системе исчисления и длительность их соот-
ветственно равна 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 полупериодам напряжения испы-
тательного генератора или сети. Из такого ряда импульсов напряжения,
путем их суммирования, можно получить импульс большой длительности
в пределах до 2,55 сек. Действительно, 1 полу период равен 0,01 сек. Наиболь-
шее число, которое можно получить из приведенного выше ряда, равно 255
полупериодам, что и соответствует 2,55 сек. В приборе автоматического
управления опытом получение импульсов напряжения, подчиняющихся за-
кону двоичной системы исчисления, осуществляется с помощью ряда дели-
тельных ячеек, соединенных последовательно. Канал деления частоты состоит
из формирующего каскада, в виде спусковой схемы и бинарных ячеек,
коэффициент деления которых k = 2. Элементами, которые формируют
импульсы напряжения в ячейках канала деления частоты, являются поля-
ризованные реле типа РП-4. На контактах этих реле формируются импульсы
напряжения, длительность которых равна 0,01, 0,02, 0,04, 0,08, 0,16, 0,32,
0,64 и 1,28 сек. Импульсы указанной длительности поступают на выходные
устройства, которые, срабатывая после истечения определенной установ-
ленной выдержки, дают импульс на срабатывание исполнительного эле-
мента схемы испытания.
Каскад формирования прямоугольных импульсов
Получаемое от пилот-генератора пятидесятипериодное напряжение 220 в
поступает на трансформатор Трх (рис. 174) и от него —на два идентичных
каскада формирования прямоугольных импульсов напряжения, работающих
по двухтактной схеме. Каскады собраны на лампах типа 6Н8С.
Рассмотрим работу одного каскада формирования прямоугольных импуль-
сов напряжения [107]. Левая половина лампы 6Н8С является ограничите-
лем и усилителем входного напряжения, правая — формирующая. В исход-
ном положении левая половина лампы 6Н8С заперта за счет смещения,
создаваемого на общем катодном сопротивлении /?9 анодным током правой
половины лампы, которая открыта благодаря нулевому потенциалу на ее сетке.
Емкость конденсатора Cj выбирается достаточно большой для того, чтобы
напряжение на ней оставалось практически постоянным в течение времени
288
работы устройства. Для получения прямоугольной формы выходного на-
пряжения постоянная времени G /?ю выбирается значительно больше пе-
риода частоты напряжения, поступающего на вход формирующего каскада.
Наличие жесткой связи анода левой половины лампы с сеткой правой
обеспечивает полную передачу всех изменений напряжения с анода
на сетку. Положительный полупериод напряжения, поступающий на сетку
Рис. 175. Формирующий каскад, преобразующий импульсы синусоидаль-
ного напряжения в прямоугольные импульсы:
а — схема формирующего каскада; б — эпюры напряжений, поясняющие работу форми-
рующего каскада; I — напряжение на входе; II — напряжение на сетке правой части
лампы; III — напряжение на аноде левой части лампы; IV— напряжение на аноде пра-
вой лампы.
Рис. 176. Релаксационное реле:
.а — схема бинарной ячейки; б — эпюры импульсов напряжения, формируемых реле Ра;
/, II — импульсы на выходе соответственно диодов Д,, Д4; /// — напряжение на аноде
левой лампы; IV — напряжение на аноде правой лампы; V — импульсы, формируемые
реле />,.
левой половины лампы от трансформатора Tplt открывает ее и ограничи-
вается. Роль диодного ограничителя здесь играет промежуток сетка — ка-
тод левой половины лампы. При открывании левой половины лампы 6Н86
конденсатор С\ начнет разряжаться через левую половину лампы и
чем запирает правую половину лампы, так как на сопротивлении /?10
создается большое падение напряжения, минус которого подается на сетку
правой половины лампы. Напряжение на аноде правой половины лампы
резко возрастает и остается неизменным в течение времени, пока напряжение
входного сигнала не станет ниже напряжения запирания лампы. При этом
289
левая половина лампы закрывается, напряжение на ее аноде резко возрастает
и конденсатор Съ заряжаясь, открывает правую половину лампы. Напряже-
ние на ее аноде резко падает. В результате такого цикла работы на аноде пра-
вой половины лампы сформируется прямоугольный положительный импульс
напряжения, длительность которого равна длительности полупериода вход-
ного синусоидального напряжения. Идеализированные эпюры напряжений,
характеризующие работу формирующего каскада, показаны на рис. 1756. Пря-
моугольные импульсы напряжения, получаемые на аноде правой половины
лампы длительностью 0,01 сек и частотой 50 импульсов в секунду, поступают
через дифференцирующую цепочку Cs/?u (рис. 174) на релаксационное реле
с двумя устойчивыми состояниями равновесия. Задача дифференцирующей
цепочки — получить из импульсов большой продолжительности кратковре-
менные импульсы с крутым фронтом, используемые для запуска релакса-
ционных' реле. Принцип работы дифференцирующей цепочки показан
на рис. 176, а и б.
Релаксационные реле с двумя устойчивыми состояниями равновесия
Остроконечные отрицательные импульсы напряжения (рис. 176), полу-
чаемые в результате дифференцирования, поступают на вход релаксацион-
ного реле (рис. 176, а)'. Так как в схеме канала деления частоты приме-
нено два каскада формирования прямоугольных импульсов (двухтактная
схема), то на вход релаксационного реле поступают остроконечные им-
пульсы напряжения, следующие друг за другом через время, равное
длительности полупериода синусоидального входного напряжения, то есть
через 0,01 сек. Релаксационные реле с двумя устойчивыми состояниями
равновесия являются пересчетными ячейками с коэффициентом пересчета К,
уменьшающими количество поступающих импульсов и дающими на выходе
число импульсов в К раз меньше, чем поступило на вход. Это так назы-
ваемые бинарные ячейки, для которых' коэффициент пересчета (деления)
К = 2. Весь канал деления частоты состоит из 8 бинарных ячеек, соеди-
ненных последовательно, с общим коэффициентом деления
К = № = 2» = 256,
где N = 2 — коэффициент деления одной бинарной ячейки;
8 —число бинарных ячеек.
Использование принципа деления числа входных импульсов позволяет
согласовать большую разрешающую способность электронных схем с малой
разрешающей способностью электромагнитных регистраторов поляризован-
ные реле типа РП-4. В анодных цепях бинарных ячеек включены катушки
поляризованных реле РП-4. По второй катушке реле Р4 постоянно про-
текает небольшой ток, поэтому эта катушка реле выполняет функцию
удерживающей пружины. Якоря этих реле колеблются с частотой сраба-
тывания данной бинарной ячейки. При замыкании контактов от до Р8
на выходе блока появляются положительные прямоугольные импульсы
соответствующей частоты. Для устранения влияния на работу бинарной
ячейки индуктивности обмоток реле катушки реле зашунтированы при
помощи емкости С6 (рис. 174). Время срабатывания поляризованного реле
в схеме — не более 0,003 сек и достаточно стабильно. Бинарные ячейки
связаны друг с другом элементами связи, в качестве которых используются
цепочки КС.
Рассмотрим работу бинарной ячейки. 'Для нормальной работы канала
деления частоты необходимо, чтобы все бинарные ячейки были установ-
лены в исходное положение. Таким исходным положением является
состояние, когда правые /Головины ламп бинарных ячеек заперты, а ле-
вые — открыты. Отрицательные спусковые импульсы подаются на аноды
390
ламп бинарной ячейки через полупроводниковые диоды ДГ-Ц24, которые
являются своеобразным коммутатором, позволяющим подавать отрицатель-
ные' спусковые импульсы только на сетку открытой лампы (рис. 176, а).
Действительно, когда правые половины ламп заперты, а левые — открыты,
анод Дз имеет потенциал катода, а напряжение на аноде Дл намного
ниже напряжения его катода. Под действием стартового сигнала отрица-
тельной полярности, который пройдет только через диод, Дв и попадет
на сетку левой половины 'лампы, она закроется, а правая половина
откроется.
До прихода стартового импульса правая половина лампы была заперта
за счет смещения, создаваемого анодным током левой лампы на катодном
сопротивлении Ru. При открывании правой половины лампы напряжение
на ее аноде резко снизится, через лампу потечет ток, который вызовет
замыкание контактов поляризованного реле Р3 (РП-4), находившихся
до этого в разомкнутом состоянии благодаря протеканию тока левой
половины лампы 6Н8С через левую катушку реле РП-4. Правая половина
лампы будет находиться в открытом состоянии, а реле РП-4 будет дер-
жать свои контакты замкнутыми до воздействия следующего стартового
сигнала, который пройдет уже через диод Д4 и попадет на сетку пра-
вой половины лампы. При этом правая половина лампы закроется, а ле-
вая откроется. Ток, протекающий через левую половину лампы, приведет-
к срабатыванию реле РП-4, которое возвратит свои контакты в исходное
положение, т. е. разомкнет. Схема бинарной ячейки очень чувствительна
к отрицательным спусковым импульсам, так как изменение потенциала
отпертой лампы определяется амплитудой спускового импульса и совпа-
дает с ним по знаку, а изменение потенциала на сетке запертой лампы —
амплитудой спускового импульса и импульса, действующего через цепь
обратной связи с анода отпертой лампы. Амплитуда импульса, действу-
ющего через цепь обратной связи, значительно превосходит амплитуду
спускового импульса, а полярность его противоположна полярности
последнего. Поэтому потенциал сетки запертой лампы равен разности
спускового импульса и импульса, действующего через цепь обратной связи.
Следовательно, при действии положительного спускового импульса потен-
циал сетки отпертой лампы повышается, а потенциал сетки запертой
лампы — понижается и опрокидывания схемы не происходит. При действии
отрицательного спускового импульса потенциал сетки отпертой лампы
понижается, а потенциал сетки запертой лампы повышается, и схема пере-
ходит в новое устойчивое состояние равновесия. Таким образом, в резуль-
тате одного цикла работы бинарной ячейки поляризованное реле РП-4
держит свои контакты замкнутыми в течение времени, равного периоду
следования отрицательных спусковых импульсов, то есть 0,01 сек. Поля-
ризованное реле своими контактами замыкает цепь напряжения, этим
самым формируется импульс напряжения длительностью 0,01 сек, начало
которого строго соответствует концу полупериода синусоидального напря-
жения. Благодаря работе 1-й бинарной ячейки мы имеем возможность
формировать импульсы напряжения с частотой 50 периодов в секунду,
то есть частота входных спусковых импульсов уменьшилась в два раза.
Когда на контактах реле РП-4 формируется положительный импульс
напряжения, на аноде правой половины лампы 1-й бинарной ячейки обра-
зуется отрицательный импульс напряжения, который через дифференци-
рующую цепочку C,Rn и полупроводниковые диоды поступает на вход
2-й бинарной ячейки (рис. 174). Так как дифференцируется отрицательный
импульс напряжения, то отрицательный ток, получаемый в результате
Дифференцирования, будет во времени строго соответствовать отрицатель-
ному пику напряжения, которым запускалась 1-я бинарная ячейка. Ё ре-
зультате дифференцирования будут образовываться отрицательные пики
291
левая половина лампы закрывается, напряжение на ее аноде резко возрастает
и конденсатор Съ заряжаясь, открывает правую половину лампы. Напряже-
ние на ее аноде резко падает. В результате такого цикла работы на аноде пра-
вой половины лампы сформируется прямоугольный положительный импульс
напряжения, длительность которого равна длительности полупериода вход-
ного синусовдального напряжения. Идеализированные эпюры напряжений,
характеризующие работу формирующего каскада, показаны на рис. 1756. Пря-
моугольные импульсы напряжения, получаемые на аноде правой половины
лампы длительностью 0,01 сек и частотой 50 импульсов в секунду, поступают
через дифференцирующую цепочку С8^14 (рис. 174) на релаксационное реле
с двумя устойчивыми состояниями равновесия. Задача дифференцирующей
цепочки — получить из импульсов большой продолжительности кратковре-
менные импульсы с крутым фронтом, используемые для запуска релакса-
ционных реле. Принцип работы дифференцирующей цепочки показан
на рис. 176, а и б.
Релаксационные реле с двумя устойчивыми состояниями равновесия
Остроконечные отрицательные импульсы напряжения (рис. 176), полу-
чаемые в результате дифференцирования, поступают на вход релаксацион-
ного реле (рис. 176, а)'. Так как в схеме канала деления частоты приме-
нено два каскада формирования прямоугольных импульсов (двухтактная
схема), то на вход релаксационного реле поступают остроконечные им-
пульсы напряжения, следующие друг за другом через время, равное
длительности полупериода синусоидального входного напряжения, то есть
через 0,01 сек. Релаксационные реле с двумя устойчивыми состояниями
равновесия являются пересчетными ячейками с коэффициентом пересчета /С,
уменьшающими количество поступающих импульсов и дающими на выходе
число импульсов в К раз меньше, чем поступило на вход. Это так назы-
ваемые бинарные ячейки, для которых' коэффициент пересчета (деления)
К = 2. Весь канал деления частоты состоит из 8 бинарных ячеек, соеди-
ненных последовательно, с общим коэффициентом деления
= № = 2» = 256,
где N = 2 — коэффициент деления одной бинарной ячейки;
8 —число бинарных ячеек.
Использование принципа деления числа входных импульсов позволяет
согласовать большую разрешающую способность электронных схем с малой
разрешающей способностью электромагнитных регистраторов поляризован-
ные реле типа РП-4. В анодных цепях бинарных ячеек включены катушки
поляризованных реле РП-4. По второй катушке реле Pt постоянно про-
текает небольшой ток, поэтому эта катушка реле выполняет функцию
удерживающей пружины. Якоря этих реле колеблются с частотой сраба-
тывания данной бинарной ячейки. При замыкании контактов от Рх до Р8
на выходе блока появляются положительные прямоугольные импульсы
соответствующей частоты. Для устранения влияния на работу бинарной
ячейки индуктивности обмоток реле катушки реле зашунтированы при
помощи емкости С6 (рис. 174). Время срабатывания поляризованного реле
в схеме — не более 0,003 сек и достаточно стабильно. Бинарные ячейки
связаны друг с другом элементами связи, в качестве которых используются
цепочки RC.
Рассмотрим работу бинарной ячейки. 'Для нормальной работы канала
деления частоты необходимо, чтобы все бинарные ячейки были установ-
лены в исходное положение. Таким исходным положением является
состояние, когда правые ^половины ламп бинарных ячеек заперты, а ле-
вые — открыты. Отрицательные спусковые импульсы подаются на аноды
290
напряжения, частота которых будет равна 50 пикам в секунду. Этими спу-
сковыми импульсами будет запускаться 2-я бинарная ячейка. Реле 2-й бинар-
ной ячейки будет держать свои контакты замкнутыми в течение одно-
го периода 50-периодного синусоидального напряжения. Таким образом,
на контактах реле 2-й бинарной ячейки формируются импульсы длитель-
ностью 0,02 сек. Во время формирования импульсов напряжения на кон-
тактах реле на аноде правой половины лампы образуются отрицательные
импульсы напряжения длительностью 0,02 сек, в результате дифференци-
рования которых образуются отрицательные пики напряжения, следующие
друг за другом с частотой, в четыре раза меньшей частоты следования
отрицательных спусковых импульсов, запускающих 1-ю бинарную ячейку,
но во времени строго им соответствующие. Этими спусковыми импульсами
запускается следующая бинарная ячейка. Работа канала деления частоты
показана на рис. 177. Работа последующих 6 бинарных ячеек идентична
работе рассмотренных выше ячеек. На выходе 8-й бинарной ячейки на кон-
тактах реле формируются импульсы напряжения, длительность которых
1ГГ~Т~У f У г у У У 1 У у ГДи
Рис. 177. Эпюры импульсов на-
пряжения, формируемых бинарны-
ми ячейками (от 1-й до 3-й) блока
деления частоты:
I — импульсы на входе 1 -й бинарной
ячейки; II — импульсы, формируемые 1-й
бинарной ячейкой; /// — напряжение на
аноде правой лампы 1-й бинарной ячей-
ки; IV — импульсы на входе 2-й бинар-
ной ячейки; V — напряжение на аноде
правой лампы 2-й бинарной ячейки; VI —
импульсы на входе 3-й бинарной ячейки;
VII — импульсы, формируемые 3-й би-
нарной ячейкой; VIII — напряжение на
аноде правой лампы 3-й бинарной ячейки.
равна 1,28 сек, а передний фронт во времени строго соответствует перед-
нему фронту импульса 1-й ячейки. Таким образом, в канале деления
частоты вырабатываются импульсы 8 частот, передний фронт которых
во времени строго совпадает с передним фронтом импульса, выработанного
1-й бинарной ячейкой. Такое положение возможно только тогда, когда
схема к началу работы будет приведена к исходному положению, которое
характеризуется, как было уже показано, тем, что правые половины ламп
бинарных ячеек заперты, а левые—открыты. При таком состоянии
1-й запускающий импульс, приходящий на 1-ю бинарную ячейку, приводит
к срабатыванию всей схемы канала деления частоты и к одновременному
формированию импульсов во всех бинарных ячейках. Только с этого момента
возможна правильная работа всей счетно-решающей схемы, создающей
выдержки времени. Следовательно, необходимо добиться, чтобы напряже-
ние, которое формирует импульсы на контактах поляризованных реле бинар-
ных ячеек, подавалось на контакты реле в момент, соответствующий сраба-
тыванию всех 8 бинарных ячеек или же, что то же самое, моменту сра-
батывания последней, 8-й бинарной ячейки.
Рассмотрим, как это осуществляется в канале деления частоты ПАУ.
Источником напряжения, формирующего импульсы на контактах поляризо-
ванных реле бинарных ячеек, является ток, протекающий через тиратрон
типа ТГ1-0,1/1,3 и создающий на катодном сопротивлении Р89 (рис. 174)
падение напряжения, которое и подводится к контактам реле. Работой
тиратрона управляют с помощью двух реле —реле Plo (PC-13-91) ирелеР9
(РП-4). Реле Р9 включено в анодную цепь лампы СН8С 8-й бинарной ячейки
последовательно с реле Р8 и является элементом, разрешающим работу
схемы только после достижения схемой исходного положения. Тиратрон
292
ТГ1-0,1/1,3 в нерабочем положении заперт отрицательным смещением
порядка 30—40 в, подаваемым от стабилизированного выпрямителя. Анод-
ная цепь его также отключена от источника питания благодаря разомкну-
тым контактам 1Р10 реле Pw, которое управляется ключом управления
опытом ПАУ (см. рис. 172). При включении ключа управления опытом ПАУ
катушка реле ₽10 получает питание и реле Pw замыкает свои контакты.
Контакты /Рю подключают анод тиратрона к источнику анодного напря-
жения, а контакты 2Р10 подводят к левому контакту Л реле Р9 напряже-
ние от заряженного конденсатора См, который заряжается через делитель
напряжения Р83—Р40 до напряжения 80 в. Если момент включения ключа
управления ПАУ совпадет с моментом, когда правая половина лампы 6Н8С
8-й бинарной ячейки открыта и через обмотки реле Ps и Рв протекает
ток, то якорь реле Р9 замкнет правый контакт реле (момент /ь рис. 178).
Но тиратрон подожжен не будет, так как на конденсаторе См (рис. 174)
не будет заряда, который бы
скомпенсировал отрицатель-
ное смещение на его сетке.
И хотя бинарные ячейки и
будут работать, импульсы
напряжения, формирующиеся
на контактах реле бинарных
ячеек, производиться не бу-
дут, так как к контактам реле
не подводится напряжение,
снимаемое с катодной нагруз-
ки тиратрона. Через некото-
рое время, когда 8-я бинарная
ячейка переходит из одного
устойчивого состояния в дру-
гое, т. е. когда правая поло-
Тат
f]
I
ii
Рис. 178. Эпюры импульсов напряжения, форми-
руемых 8-й бинарной ячейкой:
/ — стартовые импульсы, формируемые I-й бинарной ячей-
кой; II — импульсы, формируемые 8-й бинарной ячейкой)
III — напряжение на аноде правой лампы 8-й бинарной
ячейки.

вина лампы 8-й бинарной ячей-
ки закрывается, а левая открывается (рис. 178, момент /2)> через обмотку
реле Р9 протекает ток и реле замыкает свой левый контакт Л (рис. 174).
Конденсатор С1в заряжается через сопротивление до потенциала
порядка 50 в через делитель напряжения R^—Rw. В момент времени,
соответствующий отпиранию правой половины лампы 8-й бинарной
ячейки, благодаря протеканию тока через правую обмотку реле Р9 якорь
этого реле замкнется с правым контактом П (рис. 174) в момент /8
(рис. 178). Конденсатор С1в, разряжаясь через RM, создаст падение на-
пряжения, которое через С16 поступит на сетку тиратрона Л13 и по-
следний будет зажжен. На контактах поляризованных реле Рг— Р8 по-
явится напряжение и будут формироваться импульсы разных частот.
При этом начала первых импульсов, формируемых на контактах 8 реле
бинарных ячеек, строго соответствуют друг другу во времени, а также
первому пусковому импульсу, поступающему на 1-ю бинарную ячейку
(рис. 178). Если момент включения ключа управления опытом совпал
во времени с положением, когда левая половина лампы 8-й бинарной
ячейки открыта, а правая закрыта, то якорь Я (рис. 174) реле Р9
сразу же замкнет свой левый контакт и зарядит конденсатор С1в, который
при опрокидывании схемы (рис. 178, момент /«) разрядится на сопротивле-
ние RM и тиратрон откроется. Канал деления частоты будет работать
нормально. Если момент включения ключа управления опытом совпадает
с моментом, когда открыта левая "половина лампы 8-й бинарной ячейки,
и этот момент очень близок к опрокидыванию схемы (время до опрокиды-
вания схемы будет меньше, чем время, необходимое для зарядки конден-
сатора С1в до напряжения, достаточного для отпирания тиратрона), то при
10 9-173
293
опрокидывании схемы якорь реле Р» все же замкнет правый контакт.
При этом тиратрон не откроется и канал деления частоты не будет фор-
мировать импульсы напряжения (рис. 178, момент tt). В этом случае канал
деления частоты начнет нормально работать только после последующего
цикла работы бинарной ячейки, так как только теперь конденсатор заря-
дится до необходимого напряжения во время первого опрокидывания
схемы, а при втором опрокидывании, соответствующем началу работы
канала деления частоты, откроется тиратрон. Канал деления частоты будет
формировать импульсы разных частот. Так как канал деления частоты
может работать на различное число выходных блоков, то нагрузка, естест-
венно, будет меняться, поэтому будет изменяться и напряжение, форми-
рующее импульсы в канале деления частоты. Для поддержания этого
напряжения на необходимом уровне (порядка 60 в) в канале деления
частоты предусмотрен стабилизатор напряжения, собранный на двух лам-
пах типа 6ПЗС (Ли и Л12, рис. 174), соединенных параллельно. Вырабо-
танные каналом деления частоты импульсы напряжения через штепсельный
разъем подаются на суммирующие элементы выходных блоков.
Блоки выдержек времени
Импульсы разных частот, вырабатываемые каналом деления частоты,
через штепсельные разъемы по 8 каналам поступают на выходные блоки
ПАУ. В состав выходного блока входит:
1. Суммирующий элемент с переключателями, благодаря которым включа-
ются каналы'частот, требуемые для создания определенной выдержки времёни.
2. Электронное реле времени, служащее для регулирования длитель-
ности импульса, вырабатываемого блоком.
3. Выходной тиратрон, являющийся электронным реле, которое выра-
батывает импульсы напряжения, предназначенные для срабатывания испол-
нительных элементов схемы управления опытом, по истечении заданной
выдержки времени.
4. Сигнальное устройство, указывающее, что тиратрон выдал импульс
напряжения на исполнительный элемент схемы управления опытом.
Такой состав выходных блоков относится к выходным блокам со сту-
пенчатой регулировкой выдержек времени. В блоках с плавной регулиров-
кой выдержек времени, кроме этого, имеются: фазорегулятор для создания
плавной регулировки выдержек времени и' каскад, согласующий, работу
блока при получении плавной регулировки выдержек времени. Каждый
выходной блок имеет свое выпрямительное устройство, необходимое для
работы блока. Работа выходных блоков основана на том, что они выдают
импульс напряжения только после прекращения действия непрерывного
импульса напряжения на входе суммирующего элемента. Такой непрерыв-
ный импульс определенной длительности создается благодаря суммирова-
нию импульсов разной длительности, что достигается подключением к сум-
мирующему элементу через переключатели разных каналов 'частот, выра-
батываемых блоком деления частоты;
Выходной блок со ступенчатой регулировкой выдержек времени. Этот
тип выходного блока,- схема которого дана на рис. 179, позволяет осуще-
ствлять регулировку выдержек времени с точностью до 0,01 сек. Импульсы
разных частот и длительностью, равной соответственно 1, 2, 4, 8, 16, 32,
64, 128 полупериодам, через полупроводниковые диоды ДГ-Ц24 и пере-
ключатели П поступают на вход суммирующего элемента выходного блока.
Связь через диоды ДГ-Ц24 осуществляется для предотвращения обратной
связи между каналами деления частоты. Роль суммирующего элемента
в выходном блоке выполняет поляризованное реле Рх типа РП-5. Одна
из его катушек 1-2 все время обтекается током, так как к ее концам под-
294
водится постоянное напряжение от выпрямительного устройства. Этого тока
вполне достаточно для того, чтобы удерживать контакты 1Р^ реле Pi
в разомкнутом состоянии. На катушку 3-4 реле Pi с одной стороны пода-
ется напряжение от клеммы 3 канала деления частоты, а с другой —
напряжение импульсов разных частот, поступающих от канала деления
частоты через полупроводниковые диоды ДГ-Ц24 и тумблеры. Напряже-
ние, поступающее на катушку 3-4 реле Pi с клеммы 3 канала деления
частоты, поддерживается на катушке постоянно, начиная с момента под-
жигания тиратрона канала деления частоты и кончая моментом, когда
размыкается ключ управления опытом, то есть в течение проведения опыта.
1В0-
17 &
Рис. 179. Схема блока со
ступенчатой регулиров-
кой выдержек времени.
Напряжение на другом конце катушки 3-4 реле Pi поддерживается только
в течение заданной выдержки времени, которая определяется включением
тех или иных тумблеров, соединяющих частотные каналы с суммирующим
элементом выходного блока. При определенной выдержке времени это
напряжение будет исчезать в момент прекращения последнего из импуль-
сов, составляющих данную выдержку времени. В течение времени, пока
поступает импульс от канала деления частоты, на сопротивлении /?17
(рис. 179) будет вьщеляться падение напряжения, которое передается
на конец 3 катушки 3-4 реле Рх. А так как напряжение на конце 4 этой
же катушки по своей величине и знаку, как это показано на схеме сум-
мирующего элемента (рис. 180), соответствует напряжению на конце 3
(рис. 179) катушки, то катушка 3-4 реле Pt будет обесточена и контакты
lPt реле Р] будут разомкнуты. Как только прекратится последний из им-
пульсов, составляющий данную выдержку времени, напряжение на конце 3,
катушки 3-4, исчезнет и, так как напряжение на конце 4 этой катушки
существует, через катушку 3-4 будет проходить ток. При этом реле Pi
сработает, его контакты 1Р\ замкнутся и разомкнутся контакты 2Рг.
В связи с замыканием контактов /Рх снимается отрицательное напряжение
10»
295
Рис. 180. Схема включения реле
в выходных блоках:
/ — 2 и 3 —4 — концы обмоток поляри-
зованного реле, являющегося суммирую-
щим элементом выходного блока, соеди-
ненным с частотными каналами блока де-
ления частоты.
запирания с сетки тиратрона, подаваемое от выпрямителя, а благодаря
замыканию контактов 2Pj подготавливается работа реле Р3 (типа РС-13-10),
запускающего электронное реле времени. Тиратрон Jli поджигается и пода-
ется импульс напряжения на исполнительный элемент в испытательной
цепи. Одновременно срабатывает реле Р3 и загорается лампочка контроля
срабатывания Л3. При срабатывании реле Р8 запускается реле времени,
регулирующее длительность выходного импульса. Сопротивление Р18 явля-
ется токоограничивающим. Сопротивление P1S — гасящее. В обоих блоках
вьщержек времени, как со ступенчатой регулировкой, так и с плавной,
в анодных цепях тиратрона параллельно контактам 2Р< реле Р4 включены
конденсаторы и сопротивления.' Конденсаторы служат для облегчения
работы контактов 2Pt при работе тиратро-
на, препятствуя их обгоранию. По окон-
чании горения тиратрона конденсаторы Св
разряжаются через большое сопротивление
Р14. Это необходимо для того, чтобы к сле-
дующему опыту конденсаторы разрядились
и приняли на себя удар тока.
Выходной блок с плавной регулиров-
кой выдержек времени. Плавная регули-
ровка выдержек времени осуществляется
благодаря добавлению в выходной блок
со ступенчатой регулировкой спускового
устройства, на входе которого установлен
фазорегулятор Ф (рис. 181). С помощью
фазорегулятора можно плавно регулиро-
вать в пределах двух полупериодов управ-
ляющее напряжение с точностью до
0,001сек. Спусковое устройство, собранное
на лампе 6Н8С, срабатывает при поступ-
лении на его сетку положительного по-
лупериода управляющего напряжения, фаза
которого совпадает с фазой напряжения,
поступающего на вход канала деления
частоты. Работа спускового устройства
аналогична работе формирующего каскада
своим параметрам точно ему соответствует.
Так как фазы напряжений, поступающих на вход канала деления часто-
ты и спускового устройства, совпадают, то при угле поворота ротора
фазорегулятора, равном нулевому сдвигу фазы напряжения, спусковое
устройство сработает и выдаст импульс напряжения, передний фронт
которого соответствует заднему фронту импульсов, вырабатываемых
на контактах реле бинарных ячеек канала деления частоты (рис. 182).
Такое расположение этих импульсов по оси времени и используется для
получения плавной регулировки выдержек времени. Рассмотрим, как по-
лучить выдержку времени, равную 6 полупериодам управляющего напря-
жения. Для этого включим тумблеры на суммирующем элементе, соответ-
ствующие этой выдержке времени, то есть тумблеры с индексами 4 и 2
(рис. 181). После окончания действия на суммирующем элементе импульса
напряжения, соответствующего сумме этих двух импульсов напряжения,
сработает реле Рг и разомкнет свои контакты /Рг. Одновременно с этим
на спусковом устройстве выработается положительный импульс напряже-
ния, который через разделительный конденсатор С7 поступит на сетку
тиратрона и подожжет его. Так как выходной тиратрон представляет
собой электронное реле, то на его катодной нагрузке образуется импульс
напряжения. Этот сильноточный импульс напряжения и подается на испол-
канала деления частоты и по
296
ДГ-Ц24
10
11
Ра
100К
40
14*
2Мкф
lT1J/o,8
ЮМкф
Pa
8K
/?j
120K
Рис. 181. Схема выходно-
го блока с плавной регу-
лировкой выдержек вре-
мени.
220К
Rts
1К
^tOMKp
20К 7К
ок>
(МКЦЩ)^
—4
19 20
Rf
1,5К
WOK
1,3 Mom
220eK
IIIX < < >
(PC-frIO)
нительный элемент испытательной схемы в виде, например, отключающей
катушки ОК- В остальном, в этом случае, схема работает аналогично
блоку со ступенчатой регулировкой выдержек времени. Теперь осуществим
выдержку времени на 5,5 по-
лу периода управляющего на-
пряжения. Для этого на сум-
мирующем элементе включаем
тумблер с индексом 4, а фа-
зорегулятором осуществляем
сдвиг фазы напряжения, по-
ступающего на вход спуско-
вого устройства, равный 270°,
что во времени соответствует
1,5 полупериодам управляю-
щего напряжения. Теперь пе-
редний фронт импульса на-
пряжения, вырабатываемый
спусковым устройством, бу-
дет сдвинут относительно зад-
него фронта импульса, дей-
ствующего на суммирующий
Рис. 182. Эпюры импульсов напряжения при ра-
боте выходного блока с плавной регулировкой вы-
элемент, на 1,5 полупериода.
После окончания действия
импульса на суммирующем
элементе, соответствующего
выдержке времени в 4 полу-
периода, сработает реле Рх.
Его контакты 1РУ разомк-
держек времени:
I — импульсы 2-й бинарной ячейки; II — импульсы 3-й
бинарной ячейки; III — напряжение на фазорегуляторе
(сдвиг фазы 'г = 0); IV — импульсы спускового устройства;
V — напряжение на фазорегуляторе (сдвиг фазы <р = 270°);
VI — импульсы пускового устройства.
нутся. Однако тиратрон еще не зажжется, так как импульс напряжения,
которым он поджигается, будет выработан спусковым устройством только
через время, равное 1,5 полупериодам (рис. 182). Импульсы напряжения, ко-
297.
торыё вырабатывались спусковым устройством до момента размыкания
контактов lPt реле Pj, будут шунтироваться через конденсаторы, С7 и С4,
представляющие собой емкостный делитель напряжения. Поджиг тиратрона
произойдет только после истечения выдержки времени, установленной
фазорегулятором. Проградуировав шкалу фазорегулятора во времени,
можно легко устанавливать требуемую выдержку времени с точностью
до 0,001 сек. Таким образом, сочетание счетного и фазоизбирательного
устройств позволяет получить необходимую точность работы прибора.
Для этого, помимо ступенчатого регулирования выдержек времени, кото-
рое измеряется в полупериодах управляющего напряжения, каждый выход-
ной блок для плавной регулировки выдержек времени снабжается фазо-
избирауельным устройством.
Электронное реле времени
При проведении испытаний в лаборатории мощности отключения
подача напряжения оперативного тока в управляемые цепи выполняется
при помощи тиратрона ТП-1/0,8, зажигание которого начинается при
замыкании контактов lPt (рис. 179), снимающих отрицательное напряже-
ние с сетки тиратрона. • Однако иногда необходимо произвести отсечку
импульса, посылаемого в управляемую цепь. Это необходимо, например,
при испытании выключателя по циклу АПВ, когда посылки импульсов
должны следовать быстро друг за другом. Кроме того, при испытаниях
по одному из заданных циклов В—О также необходимо применить отсечку
импульсов, посылаемых на соленоиды управления выключателя. Длитель-
ность выходного импульса можно регулировать при помощи электронного
реле времени, которое работает на принципе разряда емкости С4 на регу-
лируемое сопротивление Р3 (рис. 179). Работа его происходит следующим
образом. В исходном состоянии тиратрон ТП-1/0,6 заперт, левая половина
лампы 6Н8С открыта и проводит ток, так как ее сетка находится под
положительным потенциалом благодаря связи с источником анодного
напряжения через делитель напряжения, составленный из сопротивлений
Р2 и R3. Правая половина лампы 6Н8С заперта, так как на ее сетку пода-
ется большой отрицательный потенциал от конденсатора С4, который
заряжается через Р7. Благодаря протеканию тока через левую половину
лампы 6Н8С, реле Р2, обмотки которого включены в анодные цепи ламп,
будет находиться в положении, когда контакты 1Р2 разомкнуты. При под-
жигании тиратрона одновременно с подачей импульса на исполнительный
элемент схемы испытания, например отключающую катушку ОК выклю-
чателя (рис. 179), подается импульс на реле Р3, которое срабатывает
и замыкает свои контакты 1Р3, размыкая контакты 2Р3. Этим запускается
электронное реле времени. Необходимо отметить, что реле Р3 срабатывает
благодаря тому, что одновременно с поджиганием тиратрона размыкаются
контакты 2Pt реле Р4. Кроме того, одновременно со срабатыванием реле Р3
размыкаются его контакты ЗР3, чем обеспечивается его работа после воз-
вращения реле Pi в исходное состояние, т. е. замыкания его контактов 2Р^
В блоке с плавной регулировкой выдержек реле Р3 срабатывает благо-
даря замыканию контактов 2РЪ реле Рь а после возвращения их в исход-
ное состояние реле Р3 работает благодаря замкнутым своим контактам ЗР3.
При замыкании контактов ,1Р3 и размыкании 2Р3 реле Р3 начинается
разряд конденсатора С4 на сопротивление Р8 и Р9. Как только напряже-
ние на конденсаторе С4 достигнет напряжения отпирания правой половины
лампы, она откроется и через обмотку реле Р2 потечет ток, который при-
ведет к срабатыванию реле Р2 и замыканию его контактов 1Р2. При замы-
кании контактов 1Р2 реле Рг подается напряжение на обмотку реле Р4,
которое сработает. Размыканием контактов 2Р4 реле Р4 будет снято анод-
298
ное питание с тиратрона, который погаснет и, следовательнЬ, прекратится
подача напряжения на исполнительный элемент (ОК) схемы испытания,
а также прекратится питание реле Р3 и его контакты возвратятся в исход-
ное положение. Контакты его 2Ра замкнутся, а 1Ра разомкнутся. Начнется
заряд конденсатора С4 через небольшое сопротивление /?7. Скорость нара-
Рис. 183. Общий вид прибора автоматического управления
опытом (ПАУ) (производства опытного завода ВЭИ).
стания напряжения на конденсаторе С4 будет гораздо выше скорости
спада при разряде конденсатора С4 на полностью введенное сопротивле-
ние /?9 и /?8. Как только напряжение на конденсаторе С4 достигнет напря-
жения запирания лампы, правая половина лампы закроется, а левая,
которая до этого была заперта за счет смещения, создаваемого анодным
током открытой правой лампы на катодном сопротивлении откроется.
Анодный ток левой половины лампы 6Н8С, протекающий через обмотку
реле Ра, приведет к срабатыванию реле Р2 и размыканию его контак-
299
тов /Р2. Это приведет электронное реле времени в исходное положение.
Длительность импульсов напряжения через тиратрон, как было показано,
определяется моментом снятия анодного питания с тиратрона, т. е. сраба-
тыванием реле Pt, что соответствует. моменту отпирания правой половины
лампы электронного реле времени. Открытие правой половины лампы
регулируется путем изменения постоянной времени разряда ковденсатора
С4, что достигается изменением сопротивления цепи разряда с помощью
переменного сопротивления Rs. Меняя положение ползунка сопротивления
/?9, можно получить ту или иную длительность импульса напряжения
через тиратрон. Подбором сопротивлений /?9 и Rs можно получать дли-
тельность импульсов от 0,01 до 0,4 сек. Благодаря тому, что реле Р4
находится в рабочем положении, так как его обмотка обтекается током,
то подача анодного напряжения на тиратрон невозможна. Анодное напря-
жение будет подано на тиратрон только после окончания опыта, то есть
к моменту проведения очередного опыта. Это является следствием того,
что после окончания опыта вместе с поворотом ручки ключа управления
снимается напряжение с клеммы 6 (рис. 181) выходного блока и реле Р4
обесточивается. Его контакты 2Р4 замыкаются и подготавливают цепь
анодного питания тиратрона к последующему опыту. При последующем
опыте вместе с поворотом ключа управления опытом подается плюс анод-
ного напряжения на анод тиратрона и выходной блок готов к выдаче
импульса напряжения. Таким образом, при срабатывании реле Р4 проис-
ходит зажигание тиратрона, а также из-за размыкания контактов 2Pt
(рис. 179) срабатывает реле Р3, которое запускает электронное реле вре-
мени. Через определенную выдержку времени, регулируемую величиной
сопротивления R&, потенциал сетки правой лампы изменяется настолько,
что происходит изменение соотношения токов правой и левой поло-
вин лампы, реле Р2 срабатывает и замыкает контакты 1Рг, которые
включают реле Р4 и размыкают контакты 2Pt в анодной цепи тиратрона.
На рис. 183 показан общий вид прибора автоматического управления
опытом (ПАУ) на 22 выходных блока, с синхронизирующим устройством,
производства опытного завода ВЭИ (107).
§ 57. Синхронизирующее устройство
Основная трудность при создании синтетической схемы — синхрони-
зация работы цепей тока отключения и восстанавливающегося напряже-
ния. Эквивалентность условий испытания в синтетической схеме условиям -
работы выключателя в реальной сети в значительной мере определяется
точностью работы синхронизирующего устройства. Поэтому для полно-
ценной синтетической схемы весьма важно обеспечить точность совпаде-
ния момента приложения восстанавливающегося высокого напряжения
с моментом гашения дуги в выключателе. Такое синхронизирующее уст-
ройство было разработано в ВЭИ Н. М. Чернышевым. Имеется несколько
возможных путей синхронизации цепей синтетической схемы.
1. Схема синхронизации срабатывает в момент нулевого значения
тока короткого замыкания,»для чего в цепь тока короткого замыкания
вводится нулевое реле.
2. Схема синхронизации срабатывает при резком повышении напря-
жения на контактах испытуемого выключателя в момент обрыва тока,
когда появляется так называемый «пик гашения». Этот метод применен
в схеме Акодиса.
3. Схема синхронизации срабатывает с некоторым опережением по
отношению к моменту прохождения тока короткого замыкания через нуле-
вое значение, на заданный интервал времени.
зоо
Как показано ранее, вторая схема имеет запаздывание в приложении
к испытуемому объекту восстанавливающегося напряжения. В третьей
схеме запаздывание исключается, так как можно выбрать такое опереже-
ние, которое равно собственному времени работы источника восстанавли-
вающегося напряжения ллюс собственное время работы синхронизирую-
щего устройства.
Теоретические основы работы схемы синхронизации Н. М. Черны-
шева. Ток короткого замыкания в реальных сетях в процессе отключения
может существенно отличаться от синусоидального. На форму кривой
тока могут влиять такие факторы,
кого замыкания, особенности ду-
гогасящего устройства, величина
апериодической составляющей, фа-
за тока в момент отключения и
другие факторы. Синхронизирую-
щее устройство должно учитывать
характер изменения тока при под-
ходе его к нулевому значению.
Пусть момент времени t = /0 (рис.
184) определяет начало срабаты-
вания синхронизирующего устрой-
ства, которое отстоит от момента
прохождения тока через нулевое
значение на время т. Примем, что
изменение отключаемого тока в ин-
тервале времени (Zo, h + *0 можно
заменить линейной функцией (пря-
мая АВ. рис. 184, а). Принятие
такой аппроксимации для кривой
подхода тока отключения к нуле-
вому значению позволяет на осно-
вании геометрических соотношений
(рис. 184) записать:
-^ = tga. (Х-1)
Рис. 1Ь4. К работе прибора ПАУ;
а — прямая АВ, характеризующая изменение отклю
чаемого тока в интервале времени т; б — блок-схема
синхронизации, реагирующая на величину отключае-
мого тока и его первую производную по времени;
R и L —активный и реактивный шуйты; kx и k.—
коэффициенты деления потенциометров; 1—электрон-
ное нулевое реле; 11 — элемент блокировки; 111 —
элемент выдержки времени; IV — контур для под-
жига источника восстанавливающегося напряжения
(ГИН).
Но так как
. di
^a=-dt
то, подставляя (Х-2) в (Х-1), получим:
I Л п
(Х-3)
Опережение т не зависит от значения тока и его формы, необходимо
только, чтобы отрезок времени (/0, 4 +т) был настолько мал, чтобы кри-
вая тока с достаточной точностью аппроксимировалась прямой. Как ука-
зывает автор схемы [103], независимость опережения т от кривой тока
можно объяснить тем, что синхронизирующее устройство, реагируя
не только на величину тока, но и на скорость его изменения, срабаты-
вает тогда, когда соотношение между током и скоростью его изменения
такое, что через время т ток должен обратиться в нуль. Н. М. Чернышев
разработал также общий принцип построения синхронизирующих устройств,
применив аппроксимацию кривой тока, в промежутке времени (/0, ^о +т),
в виде многочлена данной степени [103]. Расчеты, проведенные Н. М. Чер-
нышевым, показали, что принятое допущение о том, что изменение отклю-
301
чаемого тока -в интервале времени 100 мксек до перехода через нулевое
значение изменяется по закону прямой, вносит погрешность не более 0,06%
(без апериодической составляющей в отключаемом токе) и менее 1,85%
при наибольшем значении апериодической составляющей, при условии,
что значение погрешности относится к величине тока в момент срабаты-
вания синхронизирующего устройства. Очевидно, для компенсации собст-
венного времени работы цепи управления источником восстанавливающе-
гося напряжения надо, чтобы величину опережения можно было регули-
ровать в требуемых пределах. Скелетная схема синхронизации, реагирую-
щая на величину отключаемого тока и его первую производную по времени,
представлена на рис. 184, б. Здесь в цепь тока короткого замыкания
введены активный и индуктивный шунты /? и L. На первом шунте паде-
ние напряжения U# пропорционально величине отключаемого тока, а на
индуктивном шунте Ul — падение напряжения пропорционально скорости
изменения тока. От шунтов напряжения подаются на потенциометры
с коэффициентом деления kx и k^. От потенциометров напряжения пода-
ются на зажимы а—b электронного нулевого реле. Напряжение на входе
нулевого реле 1 (рис. 184, б)
Uab^k.UR+k^L, (Х-4)
но так как
Ur = iR
и
то, подставляя эти значения в (Х-4), получим:
Uab = MR + k,L ~ = k,R [i + £ . ~ . (X-5)
В момент, когда U& = 0, произойдет срабатывание нулевого реле. Это
будет тогда, когда
<х-6>
Из сравнения (Х-3) и (Х-6) находим, что время опережения
’ГК 4- <х'7>
Таким образом, опережение т можно регулировать изменением коэффици-
ентов деления и k2 при данных параметрах шунтов. Электронное
реле / при срабатывании дает импульс напряжения, который передается
на элементы блокировки II и выдержки времени III, чтобы затем при-
вести в действие зажигающий контур IV источника высокого восстанав-
ливающегося напряжения. В качестве источника высокого напряжения
применен генератор импульсов напряжения (ГИН), работа которого дол-
жна начаться не в любой момент прохождения отключаемого тока через
нулевое значение, а только в момент, когда при прохождении тока через
нулевое значение гаснет, дуга в испытуемом выключателе. Для этой цели
в схеме имеется элемент блокировки, запирающий путь для импульса
напряжения, исходящего от нулевого реле. Лишь после появления дуги
на контактах испытуемого выключателя, воздействием напряжения на дуге,
схема будет деблокирована и импульс напряжения пройдет через элемент
блокировки и зажжет ГИН. Устройство элемента блокировки позволяет
при соответствующей настройке его обеспечить деблокировку либо сразу
после возникновения дуги, либо через определенный интервал времени.
302
Необходимо отметить, что разработанное- Н. М. Чернышевым синхронизи-
рующее устройство позволяет получить надежные результаты испытаний
в связи с тем, что стало возможным обеспечить в синтетической схеме
эквивалентные условия испытания аппаратов на отключающую способ-
ность. Далее необходимо ознакомиться с основными принципами работы
схемы синхронизирующего устройства.
§ 58. Схема синхронизирующего устройства
Принципиальная схема синхронизирующего устройства СУ представ-
лена на рис. 185. Синхронизирующее устройство представляет собой элек-
тронную схему автоматики, предназначенную для получения на выходе
этого устройства импульсов напряжения, ‘ посылаемых в момент прохож-
дения тока в испытуемом аппарате через нулевое значение. Импульсы
напряжения, выработанные этим устройством, используются для включе-
ния различных конденсаторных элементов синтетической схемы испытания
выключателей. Основные параметры синхронизирующего устройства (СУ),
разработанного в ВЭИ [34, 99, 101, 103, 104], характеризуются следую-
щими данными:
1) схема рассчитана на выполнение 6 последовательных срабаты-
ваний; '
2) время опережения получаемых импульсов по отношению к моменту
прохождения тока через нулевое значение может регулироваться в преде-
лах от 40 до 2500 мксек, а точность регулировки опережения равна
±5 мксек-,
3) напряжение выходного импульса равно 300 в; выдача импульсов
схемой СУ может вестись в два приема (по три импульса в один прием),
с -заданной паузой, что может быть использовано при испытании выклю-
чателей в режиме АПВ;
4) схема устройства имеет симметричный вход, допускающий работу
при обеих полярностях входного напряжения;
5) в качестве источника входного напряжения может быть использо-
вано падение напряжения на шунтах, включаемых непосредственно в испы-
тательную цепь, или на вторичной обмотке трансформатора тока, а также
от специального воздушного трансформатора тока.
В состав блока СУ входят следующие основные элементы (рис. 185):
переключатель входа /, позволяющий подавать на вход электронного нуле-
вого реле, через катодный повторитель II, напряжение, снимаемое с активно-
реактивных шунтов, включенных во вторичную обмотку двух измеритель-
ных трансформаторов, введенных в токовую цепь схемы испытания
(рис. 107 и рис. 184, б); два электронных нулевых реле III, которые
настроены таким образом, что при появлении на их входе отрицательного
напряжения они «взводятся», а при снижении абсолютной величины вход-
ного напряжения до нуля происходит срабатывание этих реле. Реле выра-
батывает импульсы напряжения отрицательной полярности, которые пода-
ются на усилители напряжения IV, на выходе которых образуются
положительные импульсы напряжения, используемые для поджигания
выходных тиратронов. Выходные тиратроны Лц — Ли, типа ТГ1-0,1/0,3
разряжают предварительно заряженные конденсаторы на блокировочные
реле. Одна из обмоток этих реле используется для выдачи положитель-
ного выходного импульса в схему опыта. Определенная последовательность
срабатывания выходных тиратронов достигается с помощью деблокировки
их сеток 6 поляризованными реле. Каждый последующий тиратрон дебло-
кируется срабатыванием предыдущего тиратрона. Блокировочные поляризб-
ванные реле шунтируют замкнутыми контактами сетки выходных тира-
303
Рис. 185. Принципиальная схема синхронизирующего устройства:
/— переключатель входа? 11 — катодный повторитель; 111 — два нулевых электронных реле; IV — усилители напряжения; V — выходные тиратроны — Лн.
тронов и предотвращают преждевременное срабатывание тиратронов при
прохождении тока через испытуемый выключатель во время, предшест-
вующее гашению дуги. Реле первого выходного тиратрона управляется
от блока выдержки времени ПАУ. Остальные реле срабатывают от импуль-
сов, получаемых с предыдущего по порядку тиратрона. Следовательно,
каждый тиратрон подготавливается к действию только при срабатывании
предыдущего. Индикаторами срабатывания выходных тиратронов являются
неоновые лампочки, включенные параллельно обмотке поляризованного
реле.
Катодный повторитель. С целью повышения входного сопротивления
схемы, что имеет важное значение при работе от воздушного трансформа-
тора тока, в блоке синхронизирующего
устройства применен каскад II с катод-
ной нагрузкой (рис. 185). Схема усилителя
с катодной нагрузкой, использующая отри-
цательную обратную связь, дана на рис.
186. В этой схеме отсутствует анодное
сопротивление, но имеется катодное со-
противление Яп. С зажимов этого сопро-
тивления снимается выходное напряжение
UK, полярность которого совпадает с по-
лярностью входного напряжения. Выход-
ное напряжение подается обратно на вход
усилителя, осуществляя в схеме отрица-
тельную обратную связь, с коэффициентом
обратной связи, равным примерно единице.
В связи с этим усилитель с катодной на-
грузкой называют также катодным повто-
рителем, так как выходное напряжение пов-
торяет напряжение, которое подано на вход.
Значение выходного сопротивления катод-
ного повторителя (/?ВЫх)к = . Малая ве-
личина выходного сопротивления катод-
ного повторителя является его достоин-
ством и позволяет применять его при ра-
боте на нагрузку с малым сопротивлением.
Так как в блоке СУ применено два ну-
Рис. 186. Каскад II с катодной
нагрузкой — катодный повторитель:
а — схема; б — эпюры зависимостей: ia =»
- Т <Еда> и к - СО-
ЛеВЫХ реле, реагирующих поочередно на
полярность тока на входе питающей цепи, то установлено два катодных
повторителя, собранных на лампе Л7 типа 6Н8С.
Рассмотрим работу катодного повторителя. При работе блока СУ от
управляющего напряжения, снимаемого с шунта, включенного непосред-
ственно в токовую цепь, или со вторичной обмотки трансформатора тока,
нагруженного активно-реактивным шунтом, на вход катодного повторителя
через переключатель подается напряжение порядка 8 в. Рабочая точка
лампы выбирается так, чтобы отрицательный полупериод входного управ-
ляющего напряжения без всяких изменений повторялся на нагрузке катод-
ного повторителя. Положительный полупериод частично отсекается
(рис. 186, б), что достигается соответственным выбором смещения, пода-
ваемого на управляющую сетку катодного повторителя. Сопротивлением
нагрузки катодного повторителя (рис. 185) является сопротивление
(Л18), на котором и выделяется выходное напряжение. Сопротивления
R12 (Лм) являются элементами, обеспечивающими создание необходимого
напряжения смещения на сетку катодного повторителя, которое получа-
ется благодаря наложению положительного напряжения +75 в от стаби-
305
ловольта и отрицательного напряжения, создаваемого анодным током лампы
на сопротивлениях Яц(К1з) и Ria(/?M). В результате наложения этих
напряжений на сетке каскада получается отрицательное смещение, обеспе-
чивающее необходимую рабочую точку. Одновременно на сопротивлениях
Rn (Яю) образуется отрицательное напряжение —8 в, которое является
смещением для ламп Л1 и Ла нулевых реле. Это напряжение смещения
получается в результате наложения положительного падения напряжения
на сопротивлении Ru (/?м) и отрицательного напряжения от стабиловольта.
Полезная переменная составляющая напряжения, выделяемая на сопротив-
лении нагрузки /?и (/?и) катодного повторителя, подается на вход электрон-
Рис. 187. К работе нулевого реле:
а — схема нулевого реле; б — форма напряжения;
А и Б —• напряжение на входе / и II нулевых реле;
В и Г — импульсы, вырабатываемые / и II нулевыми
реле; А— напряжение на входе II нулевого реле
(нижнего); Б — напряжение на входе I нулевого ре-
ле (верхнего); В — импульсы, вырабатываемые / ну-
левым реле; Г — импульсы, вырабатываемые II ну-
левым реле.
ного нулевого реле. Для того
чтобы исключить попадание на
сетки ламп нулевых реле III
(рис. 185) положительного на-
пряжения, в схеме предусмо-
трены два полупроводниковых
диода типа ДГ-Ц5. \
Рис. 188. Работа схемы
спускового устройства:
а — схема спускового устрой-
ства; б — статические вольт-
амперные характеристики.
Электронное нулевое реле. Спусковыми схемами (триггерами) называют
схемы, которые под воздействием внешнего запускающего импульса изме-
няют свое электрическое "состояние скачком и имеют два или более состо-
яния равновесия. В реостатной спусковой схеме, какой является электрон-^
ное нулевое реле, активные сопротивления используются в качестве элементов
обратной связи (реактивные элементы в этом случае не применяются).
. Задачей электронного нулевого реле в синхронизирующем устройстве
является выдача отрицательных импульсов напряжения при переходе тока
в цепи испытания выключающего аппарата через нулевое значение или,
что то же самое, при достижении отрицательным полупериодом напряже-
306
ния, подаваемого на сетку нулевого реле, значения, равного нули?. Так как
на выходе СУ необходимо получать импульсы напряжения при переходе
через нуль как отрицательного полупериода тока в испытательной цепи, так
и положительного полупериода тока, в схеме (рис. 187) предусмотрено
два нулевых реле, которые поочередно срабатывают при переходе тока
через нулевое значение. С другой стороны, это достигается тем, что на
входе устанавливаются два трансформатора тока (рис. 127 й рис. 107),
каждый из которых питает свое нулевое реле. Благодаря соответствующему
выбору полярности обмоток трансформаторов тока достигается- условие, при
котором нулевые реле поочередно реагируют на обе полярности тока в ис*
питательной цепи. Оба электронные нулевые реле'собраны на лампах типа
6Ж8 и представляют собой спусковые устройства с анодно-экранной связью
(рис. 187, а). В таких схемах анодным током лампы управляет напряжение
на экранной сетке. Схема проста, содержит минимальное количество сопро-
тивлений, весьма чувствительна и допускает высокую скорость переклю-
чений (до 200000 раз в секунду). Запуск схемы осуществляется отри-
цательным* напряжением, действующим на сетку лампы. Работу схемы
спускового устройства можно объяснить следующим образом. Изобразим
статические вольт-амперные характеристики, представляющие собой зависи-
мость суммарного тока анода одной лампы Лг и тока экранной сетки другой
лампы Ла (рис. 188, б) от напряжения на аноде первой лампы при усло-
вии, что сопротивление нагрузки 7?а, равно нулю (рис. 188, б). При малом
напряжении £7а, экранная сетка лампы Л2 имеет низкий потенциал, в
результате чего через Ла проходит небольшой экранный ток. Напряжение
на аноде этой лампы и, следовательно, на экранной сетке Л1 велико.
С ростом UBi происходит нарастание тока i = 4, + 4,. Однако при этом
непрерывно снижается экранное напряжение ЛР Когда оно станет близ-
ким к анодному, с ростом Uat наблюдается уменьшение тока i: увеличе-
ние напряжения на аноде Лх сказывается на анодном токе слабее, чем
уменьшение экранного напряжения, вызванное соответственно понижением
потенциала анода Ла. Однако это продолжается недолго. Когда увели-
чение потенциала экранной сетки Ла перестает вызывать интенсивное
снижение напряжения на аноде, кривая i вновь йачинает подниматься
(рис. 188, б). Наличие падающего участка вольт-амперной характеристики
свидетельствует о возможности осуществления спускового устройства.
Действительно, если вместо миллиамперметра, в анодную цепь Л1 включить
сопротивление Rat, то зависимость i от UBt должна иметь вид прямой
MN согласно уравнению
£4t =
Схема будет находиться в состоянии равновесия в трех точках пересече-
ния вольт-амперной характеристики и этой прямой, причем точка А соот-
ветствует неустойчивому равновесию. Достаточно небольшого отклонения
от нее, например, в сторону увеличения £/а„ как это вызовет уменьше-
ние 4, в результате чего напряжение £/а, = iaRi также снизится, что
вызовет дальнейшее отклонение от точки А и т. д. Рабочая точка пере-
местится вправо, удаляясь от точки А. Если предположить, что Ua,
уменьшается, то рабочая точка уходит влево от точки А. Таким образом
можно видеть, что точки Б и В соответствуют устойчивому равновесию
и всякое отклонение в сторону от них вызывает условия, возвращающие
схему к режиму В или Б. Таким образом, если под действием внешнего
напряжения перевести рабочую точку из точки Б за максимум кривой 4
то она автоматически перейдет в точку В и обратно. Этот переход осу-
ществляется действием входного запускающего напряжения, в результате,
чего нагрузочная прямая MN перемещается параллельно самой себе
вправо или влево. Длительность переходов ничтожно мала, практически
307
переброс происходит скачком. В данном случае в качестве запускающего
напряжения используется отрицательное напряжение, поступающее на
сетку лампы Лх через диод ДГ-Ц5 от нагрузки катодного повторителя
(рис. 185). Для создания необходимого режима работы нулевого реле на
сетки ламп Лх и Лг подается отрицательное напряжение смещения. Так,
на сетку лампы Л1 подается отрицательное смещение порядка 8 в, а на
сетку лампы Ла — несколько большее, с таким расчетом, чтобы в исход-
ном состоянии (до прихода запускающего импульса) лампа Лх была от-
перта и пропускала некоторый ток, а лампа Л2 — заперта. С подачей на
сетку лампы Лх отрицательного импульса лампа Лх запирается, а лампа Л2
открывается. Благодаря выбранному напряжению смещения (рабочая точка
лампы Лх находится почти на грани напряжения запирания лампы) пере-
ход схемы в это устойчивое состояние будет мгновенным. Кроме того,
такое смещение обеспечивает малую погрешность во времени в отношении
срабатывания реле при переходе напряжения на входе через нулевое зна-
чение. В течение времени, пока на входе нулевого реле имеется отрица-
тельное напряжение, лампа Лх заперта, а Ла —открыта. Как только от-
рицательное напряжение на входе реле станет равным нулю (фактически
очень близким к нулю), реле переходит в новое устойчивое состояние.
При этом лампа отпирается, а лампа Ла запирается. На экранной
сетке лампы Л2 нулевого реле образуется отрицательный перепад напря-
жения, который и используется для дальнейшей работы схемы блока
синхронизирующего устройства ПАУ. Этот отрицательный импульс напря-
жения, который имеет амплитуду около 100 в, через дифференцирующую
цепочку*, состоящую из конденсатора С8 и сопротивления /?аз, подается
на управляющую сетку усилителя. Для работы схемы используется от-
рицательный пик напряжения, получаемый в результате дифференцирова-
ния. Его амплитуда вполне достаточна для того, чтобы запереть лампу
усилителя. Дифференцирующие цепи позволяют производить: укорочение
длительности импульсов и получение остроконечных импульсов, которые
необходимы для запуска и синхронизации различных схем; получение про-
изводной по времени от сложных функций и др. преобразования. Про-
стейшая дифференцирующая цепочка может состоять из С или L, которые
позволяют осуществить переход к производной напряжения или тока по
времени:
П — г — • » —
Vl~ L dt ’ tc~ C dt •
Для емкостной дифференцирующей цепочки напряжение на выходе
U2 =icR = RC^ = RCd-^^-.
При условии, что падение напряжения на R мало по сравнению с паде-
нием напряжения на емкости и U2^U19 приближенно можно написать:
откуда .
icR = U2 = RCd^.
* Дифференцирующими цепочками называются такие цепи, для которых значение
электрических величин на выходе схемы пропорционально производной по времени от
значения их на входе схемы.
303
При прямоугольном импульсе ток разряда емкости убывает по экспонен-
циальному закону:
t
*с(0 = А?макс£ RC •
Дифференцирование, как это видно из рис. 189, б, эпюра /У, сопровож-
дается укорочением длительности импульса.
Усилитель импульсов. Для усиления импульсов, снимаемых с нуле-
вого реле, в блоке СУ применены усилители импульсов напряжения, соб-
ранные на половинах ламп типа 6Н8С (6 идентичных каскадов усиления IV)
(рис. 185). Кроме того, усилители обеспе-
чивают нормальную работу элементов бло-
кировки синхронизирующего устройства,
что достигается заземлением анодов ламп
Л8, Л9 и Л1о. В исходном состоянии лам-
па, например Л8, благодаря нулевому по-
тенциалу сетки открыта и проводит ток.
На анодном сопротивлении ее /?42 (рис. 189)
выделяется некоторое отрицательное паде-
ние напряжения. При поступлении на
сетку t триода Л8 (рис. 185) отрицатель-
ного импульса напряжения лампа закры-
вается и отрицательное падение напряже-
ния на ее анодном сопротивлении /?42
уменьшается до нуля. Это уменьшение
отрицательного напряжения до нуля и
используется для поджигания выходного
тиратрона Ли типа ТГ1-0,1/1,3.
Элементы блокировки. Синхронизиру-
ющее устройство должно выдавать им-
пульсы напряжения при каждом прохож-
дении отключаемого тока через нуль, но
только после возникновения дуги в испы-
туемом выключателе. Для предотвращения
преждевременного срабатывания тиратро-
нов при прохождении тока через выклю-
чатель во время, предшествующее гаше-
нию дуги, в блоке V СУ предусмотрено
6 блокирующих поляризованных реле Р/7,
которые своими замкнутыми контактами
Рис. 189. Усиление импульсов на-
пряжения (6 каскадов усиления/V,
рис. 185):
а — схема; б — эпюры напряжений на
входе дифференцирующей цепочки, на
сетке и на аноде лампы;' I — напряжение
на входе дифференциальной цепочки;
II — напряжение на сетке лампы Лв.
шунтируют сетки выходных тиратронов
и поддерживают на них отрицательное на-
пряжение запирания. Тиратрон работает следующим образом. Одновре-
менно с подачей импульса напряжения на отключающую катушку испы-
туемого выключателя подается импульс напряжения на реле РП^. Реле
сработает и разомкнет свои контакты Л—Я (рис. 185), чем подготовляет
к работе первый выходной тиратрон Лп. В первое (после размыкания
контактов Л—fl, реле РП^ срабатывание нулевого реле, т. е. при пере-
ходе через нулевое значение первого полупериода отключаемого тока,
отрицательным импульсом напряжения, снимаемым с нулевого реле, за-
пираются усилители импульсов, собранные на верхних половинах ламп
Л8, Лв и Л10. На их анодах сформируются положительные импульсы
напряжения, которые и передадутся на 1, 3 и 5-й генераторы выходных
импульсов. Но сработает только 1-й генератор выходных импульсов (Лц),
так как только у него контактами Л—Я, реле РПЪ расшунтирована
сетка. Выработанный 1-м генератором импульс напряжения приведет к
309
срабатыванию реле РП2, которое, разомкнув свои контакты Л—Я, под-
готовит к работе 2-6 генератор выходных импульсов, который сработает
при переходе через нулевое значение второго полупериода тока в испы-
тательной цепи, т. е. при срабатывании нижнего электронного нулевого
реле и запирании усилителей, собранных на нижних половинах ламп Л8,
Л8, Лм. Генератор 2-й, сработав, подготовит к действию следующий
выходной генератор и т. д. Таким образом, каждый тиратронный генера-
тор выходных импульсов подготавливается к действию только при сраба-
тывании предыдущего. Кратко рассмотрим, как происходит срабатывание
генератора выходных импульсов. В исходном состоянии (до срабатывания
реле "Pfli) схема находится в положении, показанном на рис. 189, а. На
вход усилителя импульсов приходит отрицательный импульс напряжения
от нулевого реле. Триод запирается, и на его анодной нагрузке (сопро-
тивление /?42) падение напряжения, которое при открытой лампе равнялось
примерно—120 в, падает до нуля. Но так как конденсатор С12(рис. 185)
подключен при помощи контактоз реле РП1 параллельно сопротивлению
анодной нагрузки Т?42 и имеет достаточно большую емкость, а импульс,
приходящий на сетку усилителя после дифференцирующей цепочки, имеет
очень незначительную длительность, то за время воздействия импульса
на сетку усилителя в анодной цепи усилителя падение напряжения до
нуля будет существовать очень короткий промежуток времени. За это
время конденсатор С12, который заряжен до напряжения 120 в, будет раз-
ряжаться на сопротивление /?42. Постоянную цепи разряда конденсатора
С12 принимают во много раз большей длительности импульса, запираю-
щего лампу усилителя. Так, например, при длительности импульса, за-
пирающего лампу, равной 100 мксек, постоянную цепи разряда примем
равной т = /?48С12 = 0,01 сек = 10000 мксек'. При таком соотношении кон-
денсатор Си не успеет разрядиться. Таким образом, в течение времени,
когда на сетку усилителя импульсов подается положительное напряже-
ние от нулевого реле (при замкнутых контактах Л—Я реле РП^, тира-
трон Ли генератора выходных импульсов будет заперт за счет отрица-
тельного падения напряжения, создаваемого анодным током усилителя на
сопротивлении /?42. Так происходит работа блокировочного элемента до
момента подачи импульса на отключающую катушку испытуемого выклю-
чателя и на катушку реле РПг. В момент подачи импульса напряжения
на катушку испытуемого выключателя срабатывает блокировочное реле
Р/71 и отключает конденсатор Си от источника питания (рис. 189, а).
В первое (после размыкания контактов Л—Я реле Plh) срабатывание
нулевого реле отрицательным импульсом нулевого реле будет заперт
триод усилителя Л8. Напряжение на его анодном сопротивлении Р42 упадет
до нуля, и тиратрон генератора выходных импульсов Ли откроется. Блок
СУ выдаст импульс напряжения в схему испытания. Ко времени прихода
очередного отрицательного импульса на сетку усилителя Лв тиратрон
генератора выходных импульсов Ли будет погашен в результате полного
разряда его формирующего конденсатора Си (рис. 190, а) (снятие анодного
напряжения с тиратрона), а вторичное зажигание станет невозможным,
так как к этому времени контакты реле Pnt (рис. 185) возвратятся в
исходное положение и реле подключит конденсатор (рис. 189, а). Не-
обходимо отметить, что. очередной отрицательный импульс на сетку верх-
ней цоловины Л8 будет подан в момент, соответствующий прохождению
через нулевое значение третьего полупериода тока в испытуемом выклю-
чателе. Хотя усилитель (верхняя половина Л8) и срабатывает, тиратрон
Л и (рис. 185) не будет подожжен, как это показано выше. Так как отри-
цательный импульс приходит одновременно на три усцлителя (собранных
на верхних половинах ламп Л9, Л2, Л10), то сработают все три усили-
теля. Но только тот усилитель приведет к поджигу тиратрона генератора
310
выходных импульсов, который работает на генератор, подготовленный к
работе, т. е. тот, у которого при помощи размыкания контактов' Л—Я
реле РП отключен шунтирующий конденсатор. Таким усилителем будет
являться усилитель, собранный на верхней половине лампы Л9. Он при-
ведет к поджигу тиратрона Л13 3-го генератора выходных импульсов, так
как благодаря срабатыванию 2-го генератора, собранного на лампе Л12,
будут разомкнуты Л—Я реле РП3 и в связи с этим расшунтируется
сетка тиратрона Ли 3-го генератора выходных импульсов и он будет готов
к срабатыванию. 2-й тиратронный генератор выходных импульсов, соб-
ранный на лампе Л12 (рис. 185), срабатывает в момент перехода через
нуль второго полупериода тока в испытуемом
выключателе. При этом сработает также нуле-
вое реле, собранное на лампах Л8 и Л4, и вы-
работает отрицательный импульс напряжения.
Этот импульС поступит на усилители, собранные
на нижних половинах ламп Л8, Л9 и Л1о. Уси-
литель, собранный на нижней половине лампы
Л8, сработав, подожжет тиратрон Л12 2-го ге-
нератора выходных импульсов, так как его сетка
будет деблокирована срабатыванием 1-го гене-
ратора выходных импульсов. (Реле РП2, сра-
ботав, разомкнет контакты Л—Я в цепи сетки
тиратрона Л12). В следующий момент времени,
при переходе через нуль четвертого полупериода
тока, сработает 4-й генератор и т. д. Элементы
блокировки генераторов выходных импульсов
имеют вывод для включения шлейфов магнит-
ного осциллографа. Это дает возможность иметь
на осциллограмме отметку о деблокировке
схемы.
Генератор выходных импульсов. Для осу-
ществления последовательного срабатывания
шести конденсаторных установок в блоке СУ
создано шесть идентичных генераторов выход-
ных импульсов. В качестве генератора выход-
ных импульсов выбрана схема, построенная на
тиратроне, использующая разряд конденсатора
(рис. 190, а). До прихода на вход схемы положи-
Рис. 190. К работе генера-
тора выходных импульсов:
а — ёхема; б — эпюры напряже-
ния на сетке и на конденсаторе;
/ — напряжение на сетке тиратро-
на // — напряжение на кон-
денсаторе Сц; ///—ток через
тиратрон Ли.
тельного импульса от усилителя (рис. 189, а) тиратрон Ли погашен, так
как на его сетке будет большое запирающее напряжение. Напряжение на
аноде тиратрона равно 350 в, которое через анодное сопротивление R„,
Ris и обмотку блокировочного реле РП2, а также через параллельную
цепочку из сигнальной лампы ЛСг и R„ заряжает конденсатор Си
(рис. 190, а). Положительный импульс, приходящий на сетку тиратрона,
зажигает тиратрон, конденсатор Си разряжается через тиратрон, сопротив-
ление Т?48 и обмотку поляризованного блокировочного реле Р/72, образуя
на обмотке поляризованного реле отрицательный импульс напряжения
с амплитудой около 350 в. Поляризованное реле РП2, применяемое в схеме,
служит не только как блокировочное реле, но также в качестве импульс-
ного трансформатора, преобразующего полярность выходных импульсов
и исключающее гальваническую связь между блоком синхронизирующего
устройства и управляемым им объектом. В качестве поляризованного реле
применены двухпозиционные реле типа РП-4. На вторичной обмотке реле
образуются импульсы положительной полярности, с амплитудой 300 в,
при коэффициенте трансформации, равном единице. С одной из обмоток
импульс напряжения снимается на блок задержки импульсов, а со вто-
311
рой — подается на катодный осциллограф. При разряде конденсатора через
тиратрор напряжение на аноде тиратрона падает и, когда падение на-
пряжения на тиратроне станет меньше ионизационного потенциала, тира-
трон запирается и начинается заряд конденсатора Сп от источника пита-
ния через сопротивление /?47, /?48 и обмотку реле. Напряжение на аноде
тиратрона восстанавливается. Но тиратрон вторично не зажжется, ибо на
его сетку в связи с возвратом контактов реле РП2 в исходное положение
будет подано напряжение запирания. Для контроля срабатывания выход-
ных реле на переднюю панель блока СУ вынесены контрольные лампочки
сигнализации ЛС, включаемые параллельно первичной обмотке блокиро-
вочного поляризованного реле. Тиратрон, формирующий выходные им-
Рис. 191. Блок задержки импульсов с шестью идентичными каналами задержки им-
пульсов (рис. 185).
пульсы, выбран типа ТП-0,1/0,3, параметры которого: наибольшее среднее
значение така анода —100 ма; наибольшая амплитуда тока — 500 ма;
наибольшая амплитуда обратного напряжения —1,3 кв; падение напряже-
ния — 11 в; напряжение зажигания — около 25 в. Эпюры напряжений и
токов, характеризующие работу генератора выходных импульсов, даны
на рис. 190,6.
Блок задержки импульсов. Импульсы, вырабатываемые синхронизи-
рующим устройством, направляются на конденсаторные каскады поджига
дуги и источник восстанавливающегося напряжения, а также на осцил-
лограф, который фиксирует процесс, происходящий в испытательной цепи.
Импульс, приходящий на осциллограф, служит для запуска генератора
ждущей развертки осциллографа и во времени соответствует импульсу,
запускающему конденсаторную установку. Если не принять необходимых
мер, то вследствие имеющегося собственного времени работы осциллог-
рафа будет неполное воспроизведение фронта волны исследуемого сигнала,
так как в большинстве практических случаев начало пилообразного им-
пульса несколько запаздывает относительно начала запускающего им-
312
пульса. Чтобы этого избежать, на ПАУ установлен блок задержки им-
пульсов, направляемых к конденсаторным каскадам поджига дуги на время,
необходимое для компенсации собственного времени работы осциллографа.
Выдержка времени должна иметь величину порядка 0,03 сек. Блок за-
держки импульсов (рис. 191) содержит шесть идентичных каналов за-
держки импульсов, содержащих в себе генератор ударных колебаний и
генератор выходных импульсов, что соответствует шести выходным -блокам
синхронизирующего устройства.
Генератор ударны» колебаний. Генератор ударных колебаний, приме-
ненный в блоке задержки импульсов, (рис. 191), является каскадом, обес-
печивающим необходимую задержку
импульса. Время задержки импульса
определяется длительностью полупе-
риода колебаний, возникающих при
ударном возбуждении контура, состоя-
щего из индуктивности Ц и конден-
сатора С7.
Рассмотрим процесс получения за-
держки импульса на примере генера-
тора первого канала блока задержки
импульсов, собранного на-Лх (рис. 192,а).
В исходном состоянии тиратрон Лг типа
ТГ1-0,1/0,3 заперт отрицательным на-
пряжением—35 в, снимаемым с дели-
теля напряжения — /?28. При появ-
лении на входе I генератора (рис. 192, а)
положительного импульса от блока син-
хронизирующего устройства тиратрон
зажигается и конденсатор С7, заряжен-
ный до напряжения источника анодно-
го питания 4-250 в, начнет разряжать-
ся. Анодный ток тиратрона, равный
примерно току разряда конденсатора С7,
возбуждает контур, в котором возника-
ют затухающие колебания, эпюра кото-
рых показана 'на рис. 192, б. Так как в
данном случае имеется нарастание то-
ка через тиратрон, то первый полупе-
риод колебаний будет отрицательным.
Рис. 192. Генератор ударных колеба-
ний:
а — схема; б — эпюры напряжения; I — им-
пульс, запускающий тиратрон Лц /7 — на-
пряжение на .контуре; III — импульсы на
выхЬде блока задержки импульсов.
Частота колебаний, возбуждаемых в контуре, f =—а длительность
2те у LC
полупериода колебаний т0 (рис. 192, б)
хо =-§ = -kVLC.
Длительность полупериода колебаний и используется в данном случае
для получения определенной задержки во времени — тзад (рис. 192,6). Если
теперь использовать положительный полупериод колебаний в контуре
(второй по счету с момента возбуждения контура) для поджигания тира-
трона генератора выходных импульсов Л2, то последний, следовательно,
будет зажжен через время, равное длительности отрицательного полупе-
риода колебания — т^ад. Следовательно, задержка во времени между мо-
ментом прихода импульса от синхронизирующего устройства на вход ге-
нератора ударных колебаний и моментом выдачи импульса напряжения
тиратрона Л2 генератора выходных импульсов будет измеряться длитель-
313
ностью полупериода колебаний контура. Положительный полупериод ко-
лебаний контура через полупроводниковый диод Bi (рис. 191, выход 7)
и разделительный конденсатор С18 подается на сетку тиратрона Л2 и под-
жигает его. Сопротивление выбирается достаточно большим для обеспече-
ния потухания тиратрона при разряде конденсатора С7 до напряжения,
меньшего,, чем это необходимо для поддержания горения тиратрона.
Выбор параметров контура L и С про-
изводится из условия получения требуемой
длительности полупериода колебаний. Так,
например, выбрав значение С7 = 10000 пф
и т0 = 100 мксек, для значения индуктивности
получим
Рис. 193. Генератор выходных
импульсов для запуска кон-
L = А =— Q-0001 '
3,14s • 0,01 • IQ-6
100 мгн.
Генератор выходных импульсов. Генера-
тор выходных импульсов (рис. 192) вырабаты-
вает импульсы напряжения, используемые
для запуска конденсаторных каскадов под-
жига дуги. Эти импульсы должны обладать
достаточной мощностью. Генератор выходных
импульсов собран на тиратроне Л2 типа
ТГ1-0,1/1,3.. В исходном положении (до воз-
денсаторного каскада. никновения положительного полупериода
напряжения колебания от ударного генера-
тора) тиратрон заперт отрицательным напряжением —35 в. Положительный
импульс поджигает тиратрон и на пиковом трансформаторе Тр! в результате
разряда конденсатора С7 образуется отрицательный импульс напряжения.
О) вторичной обмотки пикового трансформатора (рис. 193, выход 7) сни-
мается положительный импульс напряжения с амплитудой до 500 в, кото-
рый и запускает конденсаторный каскад поджига дуги. Работа данного
генератора аналогична работе генератора выходных импульсов блока син-
хронизирующего устройства.
В заключение необходимо отметить, что Потребляемая прибором (ПАУ
и СУ) мощность невелика и составляет около 500 ва, вес прибора 200 кг.
Литература
1. Агафонов Г. Е. Исследование синтетической двухчастотной схемы испыта-
ний высоковольтных выключателей на отключающую способность с ударным синхронным
генератором в качестве источника тока. Автореферат кандидатской диссертации. ВЭИ, 1963.
2. Агафонов Г. Е., Воловик О. Б. Расчет перенапряжений при испыта-
ниях высоковольтных аппаратов на коммутационную способность с повышающими транс-
форматорами. «Электротехника», 1963, № 10.
3. А код ис М. М. Искусственное увеличение разрывной мощности установок
для испытания выключателей. «Электричество», 1940, № 5.
4. 7?к о д и с М. М. Нарастание обратного напряжения в схемах с ионными вен-
тилями. «Электричество», 1950, № 6.
5. Акодис М. М. Принципы построения искусственных схем испытания.дуго-
гасящих устройств. «Электричество», 1953, № 5.
6. Акодис М. М. О гашении дуги при наличии импульсного дутья. «Электри-
чество», 1939, № 12.
7. Акодис М. М. и др. Исследование вентильной прочности ионных вентилей
в искусственной схеме. «Электричество», 1954, № 7.
8. А к о д и с М. М. и др. Увеличение мощности синтетических схем. «Рефера-
тивный журнал», 1964, № 7.
9. Акодис М. М., Масленников Д. С. Об увеличении мощности установок
для испытания выключателей по синтетическим схемам. «Электротехника», 1963, № 10.
10. Акодис М. М. Устройства для испытания выключателей по синтетическим
схемам. В сб.: «Электротехника», № 77, Свердловск, УПИ.
И. Акодис М. М., Масленников Д. С. Повышение эффективности устано-
вок для испытания выключателей по синтетическим схемам. «Известия вузов. Электро-
механика», 1963, № 3.
12. Акодис М. М., Рудный В. М. Обеспечение необходимой длительности
горения дуги при испытаниях дугогасящих аппаратов. «Известия вузов. Электромеха-
ника», 1958, № 1.
13. Акодис М. М., Корзун П. А. Восстановление напряжения на контактах
выключателя при отключении предельных мощностей. «Известия вузов. Энергетика»,
1961, № 7.
14. Балакин А. И. Новый способ испытания мощных высоковольтных выключа-
ющих аппаратов на коммутационную способность. «Электричество», 1960, № 1.
15. Беньямине он В. Е. и др. Новая лаборатория больших мощностей для
испытания высоковольтных аппаратов. «Электрические станции», 1958, № 2.
16. Бирюков В. Г., Буткевич Ю. В., Чернышев Н. М. и др. Руководя-
щие указания по методике испытаний высоковольтных выключателей на отключающую
и включающую способность (проект). ВЭИ, М., 1960.
17. Бирюков В. Г», Буткелич Ю. В., Ляшенко В. Д., Шмато-
в и ч Б. В. Измерение токов короткого замыкания с помощью трансформаторов тока без
железа. М., ВЭИ, 1953.
18. Бирюков В. Г., Бу ткевич Ю. В., Ч е р нышев Н. М., Арзяев А. М.
Инструкция по эксплуатации приборов автоматического управления опытом. М.,
ВЭИ, 1959.
19. Бирюков В. Г., Буткевич Ю. В., Ляшенко В. Д., Шматович Б. В.
Прибор для измерения быстропеременных давлений индукционными датчиками. М.,
ВЭИ, 1959.
20. Болотин И. Б. Измерение мощности и энергии, выделяемой электрической
дугой при испытании отключающих аппаратов с применением эффекта Холла. Авторефе-
рат кандидатской диссертации. М., ВЭИ, 1963.
315
21. Бонч-Бруевич А. М. Применение электронных ламп в экспериментальной
физике. ГИТТЛ, М., 1955.
22. Б р о н О. Б. Электрическая дуга в продольных щелях. «Электричество»,
1958, № 12.
23. Брон О. Б., Мясникова Н. Г. Сваривание электрических контактов при
больших токах. «Электротехника», 1963, № 10.
24. Б у й л о в А. Я. К исследованию высоковольтных выключателей на разрыв
тока короткого замыкания. «Электричество», 1932, № 5.
25. БуйловА. Я. Основы электроаппаратостроения. М., ГЭИ, 1946.
26. Буйлов А. Я. Искусственные методы испытания выключателей. В сб.:
«Труды ВЭИ», М., 1940, вып. 36.
27. Буйлов А. Я. Гашение дуги при наличии импульсного дутья. «Электри-
чество», 1939, № 3.
28. Б у й л о в А. Я. Выключатели переменного тока высокого напряжения. ОНТИ
НКТП —СССР, 1936.
29. Буткевич Ю. В.,Михайлов В. В., Ротгауз И. И. Реакторы.
ГЭИ, 1933.
30. Б у т к е в и ч Г. В. Некоторые вопросы современного выключателестроения.
«Электричество», 1955, № 2.
31. Буткевич Г. В., Чернышев Н. М. Современные проблемы проектиро-
вания и испытания высоковольтных выключателей. «Электричество», 1965; № 7.
32. Буткевич Ю. В. Лаборатория разрывных мощностей ВЭИ. «Электриче-
ство», 1946, № 11.
33. Буткевич Ю. В. (редактор сборника). Коммутационные процессы при
отключении и включении высоковольтных линий и искусственные схемы для испытания
выключателей. М., ВНИИ'ЭМ, 1966.
34. Б у т к е в и ч Г. В. и др. Колебательный контур ВЭИ для испытания выклю-
чателей. В сб.: «Коммутационная аппаратура высокого напряжения». Под ред. Буткеви-
ча Г. В. М., «Энергия», 1965.
35. Буткевич Г. В. Отключение цепей высокого напряжения. «Электричество»,
1949, № 2.
36. В е в е р к а А., Г е л л е р Б. Волновые процессы в электрических машинах.
М., Госэнергоиздат, 1960.
37. Воронцов А. И., ХуторецкийГ. М. Генератор разрывной мощности
на 2500 Мва. В сб.: «Электросила», № 20. М., Госэнергоиздат, 1961.
38. ГерсцоновичС. Выключатели переменного тока высокого напряжения. М.,
Госэнергоиздат, 1958.
39. Гессен В. Ю. О специальной схеме для испытаний высоковольтных выклю-
чателей на разрывную мощность. «Электричество», 1939, № 12.
40. Голубева В. П., Шешин Б. А. Включающий аппарат для лаборатории
большой мощности. «Вестник электропромышленности», 1959, № 5.
41. Гессен В. Ю., Луговой В. С. Новая схема испытаний мощных выключа-
телей. ЖТФ, т. VIII, вып. 18, 1938.
42. Г о р е в А. А. и др. Двухчастотный колебательный контур для испытания
сверхмощных высоковольтных выключателей на отключающую способность. «Электриче-
ство», 1951, № 6.
43. Голд peep И. Г. Стабилизаторы напряжения. М., Госэнергоиздат, 1957.
44. Горев А. А. Колебательный контур для испытания высоковольтных аппара-
тов на отключающую способность. В сб.: «Техника высоких напряжений», № 1. М.,
ЛПИ, 1954.
45. Залесский А. М. Электрические аппараты высокого напряжения., М.,
Госэнергоиздат, 1957.
46. Захарове. Н. Разработка и исследование методов испытания электрических
•аппаратов на термическую и электродинамическую устойчивость. Автореферат кандидат-
ской диссертации. М., ВЭИ, 1956.
47. Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивности. М„ Гос-
энергоиздат, 1955.
48. Каплан В. В., Нашатырь В. М. К вопросу о применении электромашин-
ных накопителей энергии для физических исследований. «Электричество», 1966, № 4.
49. К а п л а н В. В. и др. Коммутационные перенапряжения при отключении
маломасляным выключателем типа МГ-110 ненагруженных трансформаторов и линий.
«Вестник электропромышленности», 1958, № 6.
50. Каплан В. В., Нашатырь В. М. О применении связанных колебаний
контуров для испытания небыстродействующих высоковольтных аппаратов. «Электриче-
ство», 1953, №5.
51 Каплан В. В., Нашатырь В. М. Испытание высоковольтных токоогра-
ничивающих предохранителей на колебательном контуре. «Электричество», 1957, № 8.
52 Каплан В. В., Нашатырь В. М. Схема для одновременного включения
нескольких контуров высокого напряжения. ЖТФ, т. XIX, вып. 5, 1949.
53. Каплан В. В. Двухчастотная схема для увеличения мощности колебательного
316
контура, предназначенного для испытания на отключающую способность аппаратов высо-
кого напряжения. В сб.: «Техника высоких напряжений», № 1, М., ЛПИ, 1954.
54. Каплан 6. В., Нашатырь В. М. Схема электрического сдвига начала
прохождения тока. «Электричество», 1950, № 2.
55. Каплан В. В., Нашатырь В. М. Основные критерии оценки эквивалент-
ности синтетических схем для определения коммутационной способности высоковольтных
аппаратов. «Электричество», 1964, № 5.
56. Каплан В. В., Нашатырь В. М. Исследование отключающей способности
и надежности внутренней изоляции выключателя МГ-110. «Электричество», 1957, № 7.
57. Карасев В. А. Теория электромагнитных процессов в обмотках. М., Гос-
энергоиздат, 1946.
58. Коровяковский И. Г. Электроизоляционные материалы в конструкциях
выключателей и трансформаторов тока высокого напряжения. М., Госэнергоиздат, 1963.
59. Костенко М. П. Электрические машины (спецчасть). М., Госэнергоиздат, 1949.
60. К р и в и ц к и й Б. X. Импульсные схемы и устройства. М., «Советское
радио», 1955.
61. Комар Е. Г. Ударные генераторы завода «Электросила». «Вестник Электро-
промышленности», 1940, № 1.
62. Лыков А. В. Теория теплопроводности. М., Гостехиздат, 1952.
63. Л я ш е н к о В. Д. О снижении затухания тока короткого замыкания в удар-
ных генераторах. В сб.: Коммутационная аппаратура высокого напряжения». Под ред.
проф. Буткевича Г. В. М., «Энергия», 1965.
64. Ляшенко В. Д. Измерение больших токов в переходных режимах. «Электри-
чество», 1961, № 8.
65. Луговой В. С. Резонансные контуры с компенсацией потерь. «Известия АН
Киргизской ССР». Вып. I. Фрунзе, 1955.
66. Малевинский Б. В. Приборы для регистрации давления в масляных
выключателях. «Электричество», 1939, № 12.
67. Мамикон янц Л. Г. О переходных процессах в синхронных машинах
с успокоительными контурами на роторе. «Электричество», 1954, № 7.
68. Марголин Н. Ф. Гашение поля синхронных машин по схеме переключения
обмотки возбуждения с возбудителя на разрядное активное сопротивление. В сб.: «Труды
ВЭИ», Вып. 2. М., ВЭИ, 1938.
69. Меерович Л. А., Зеличенко Л. Г, Импульсная техника. М., «Советское
радио», 1959.
70. Михайлов В. В. Расчет и конструирование высоковольтной аппаратуры.
М., Госэнергоиздат, 1955.
71. Нейман Л. Р., Калантаров П. Л. Теоретические основы электротех-
ники. Ч. III. М., Госэнергоиздат, 1959.
72. Н а ш а т ы р ь В. М. О применении сдвига тока повышенной частоты в двухчас-
тотном колебательном контуре для испытания выключателей. В сб.: «Труды ЛПИ».
Вып. 1. Л., ЛПИ,ч 1954.
73. Новиков С. Я. и др. Индикатор восстанавливающегося напряжения. «Извес-
тия вузов. Энергетика», 1967, № 3.
74. Петров Г. Н. Трансформаторы. Т. 1. М., ГОНТИ НКТП, 1934.
75. Планк М. Теория теплового излучения. М. Гостехиздат, 1935.
76. Пузырийский F. С. О построении воздушных выключателей. «Электро-
техника», 1963, № 10.
77. Расчет трансформатора ОМИ-10000/10. М., МТЗ, 1960.
78. Рибо Г. Оптическая пирометрия. М., Гостехиздат, 1935.
79. Розенблат М. А. Переходные процессы в цепях переменного тока при
быстром изменении индуктивности. «Электричество», 1950, № 2.
80. Р ю д е н б е р г Р. Переходные процессы в электроэнергетических системах.
М., Госэнергоиздат, 1955.
81. Сипайлов Г. А. и др. Получение больших электромагнитных энергий при
совместной работе ударного генератора и конденсаторной батареи. «Электричество»,
1967, № 8.
82. Сиротине кий Л. И. Техника высоких напряжений. Вып. III. М., Гос-
энергоиздат, 1959.
83. Смуров А. А. Электротехника высокого напряжения и передача энергии.
М., ГНТИ, 1931.
84. Соловьев И. И. Гашение поля больших синхронных генераторов. М., Гос-
энергоиздат, 1930.
85. Сысоев М. И. Основные закономерности импульсной прочности изоляции
воздухонаполненных коммутационных аппаратов. «Электричество», 1960, № 1.
86. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. М., Госэнергоиздат, 1962.
87. Третьяк Г. Т., Лысов Н. Б. Основы тепловых расчетов электрической
аппаратуры. М., ОНТИ НКТП СССР, 1935.
88. Труды III Всесоюзного совещания по высоковольтному аппаратостроению. М.,
Госэнергоиздат, 1954.
317
89. Тихонов В. Н., Яб л онко С. И. Индикатор восстанавливающегося напря-
жения. В сб.: «Коммутационная аппаратура высокого напряжения». Вып. 72. Под ред.
Буткевича Г. В. М.» «Энергия», 1965.
90. Ульянов С. А. Токи короткого замыкания. М., ОНТИ НКТП СССР, 1937.
91. Фарбман С. А., Бун А. Ю. Ремонт и модернизация трансформаторов. М.,
«Энергия», 1966.
92. Федченко И. К. Техника высоких напряжений (Спецвопросы). Киев, Гостех-
издат УССР, 1963.
93. Хаммарлунд П. Восстанавливающееся напряжение на контактах выклю-
чателя. М., Госэнергоиздат, 1956.
94. X о л я в с к и й Г. Б. Расчет электродинамических усилий в электрических аппа-
ратах. М., Госэнергоиздат, 1962.
95. Цейтлин Л. А. Индуктивности проводов и контуров. М., Госэнергоиздат, 1950.
96. Цейтлин Л. А. Доклады АН СССР, 54, № 2, М., АН СССР, 1964.
97. Цейров Е. М. Электрические свойства сжатого воздуха в воздушном выклю-
чателе. «Электричество», 1958, № 12.
98. Чернышев Н. М. Об учете апериодической составляющей в отключаемом
токе. «Электричество», 1956, № 2.
99. Чернышев Н. М., Арзяев А. М. Прибор автоматического управления
опытом для лаборатории разрывных мощностей. «Электричество», 1959, № 3.
100. Чернышев Н. М., Абрамова 3. А. Синтетическая схема для испытания
выключателей с большой длительностью горения дуги. «Электричество», 1960, № 7.
101. Чернышев Н. М., Ляшенко В. Д. Синхронизирующее устройство син-
тетической схемы испытания выключателей на отключающую способность. «Электриче-
ство», 1960, № 2. 4
102. Чернышев Н. М. Эквивалентная схема для испытания мощных высоко-
вольтных отключающих аппаратов на отключающую способность. Автореферат кандидат-
ской диссертации. М., ВЭИ, 1948.
1031 Чернышев Н. М. Схема синхронизации для испытания высоковольтных
выключателей в искусственном режиме. «Электричество», 1950, № 4.
104. Чернышев Н. М. Работы ВЭИ в области разработки новых методов испы-
тания высоковольтных выключателей на отключающую способность. В сб.: «Труды III
Всесоюзного совещания по высоковольтному апаратостроению». М., Госэнергоиздат, 1954.
105. Чернышевы. М. и др. Определение восстанавливающегося напряжения
на выключателях в цепи мощных трансформаторов, «Электрические станции», М. 1966, № 6.
106. Чернышев Н. М. Методика испытаний выключателей на отключающую
способность. Научно-технический информационный бюллетень ЛПИ им. М. И. Калинина,
Л., 1958,» № 9.
107. Чернышев Н. М., Арзяев А. М. Прибор для автоматического управле-
ния опытом в лаборатории разрывных мощностей. В сб.: «Коммутационная аппаратура
высокого напряжения». Под ред. Буткевича Г. В. М., «Энергия», 1965.
< 108. Чернышев Н. М. Синтетические схемы для испытания выключателей на
отключающую способность. CIGRE, доклад № 116, М., 1958.
109. Чернышев Н. М. Работа высоковольтных выключателей в режиме отклю-
чения токов качания систем, выпавших из синхронизма. «Электротехника», 1963, № 10.
110. Шерман Я. Н. Совместная работа ударного генератора и колебательного
контура А. А. Горева при прямых испытаниях высоковольтных аппаратов на отключа-
ющую способность. «Электричество», 1961, № 5.
111. Шерман Я. Н. Установка для прямых испытаний высоковольтных аппара-
тов. «Электричество», 1959, № 7.
112. Шилин Н. В. Научно-исследовательский центр по испытанию высоковольт-
ной аппаратуры. «Электричество», 1967, № 9.
113. Шницер Л. М. Основы теории и нагрузочная способность трансформаторов.
М., Госэнергоиздат, 1959.
114. Эй дель Л. 3. Устройство для измерения остаточного тока в выключателях,
основанное на применении магнетронов. «Электричество», 1963, № 1.
115. ГОСТ 687—67, Выключатели переменного тока высокого напряжения, общие
технические требования, Государственный стандарт СССР, 1967, и ГОСТ 688—67.
116. ГОСТ 8024—56, Аппараты переменного тока высокого напряжения. Нагрев при
длительной работе.
117. ГОСТ 1516—60, Трансформаторы, аппараты и изоляторы высокого напряжения.
Нормы и методы испытания электрической прочности изоляции, М., 1967.
118. Biermans. ETZ, Н-32, 1927.
119. Bresson Ch. Indirect fests on cirentbreakers. CIGRE. Report № 101, 1948.
120. BednarekR. E., Johnson I. B., Simmons H. О. (Новые требования объе-
диненных энергосистем). Jr. Power pooling places new demands on power circuit breakers.
«Electrical World», 1964, № 19.
121. Cox. «Transactions А1ЕЕ», Vol. 71, 1952.
122. Dunlap G. The Recovery — Voltage Analyser for Determination of circuit
^Recovery Characteristiks. «Electrical Engeneering», Vol. 60, Nowember, 1941.
318
123. Gunter Bohn. Das neue Hochleistungs— Versuchsfeld. «AEG — Mitt», 1962,
№ 7—8.
124. Hellwig F. Eine neue Entwicklungsstatte fur Hochleistungs Schalfer.
«Elektro— Anz, Ausg. des Ind»,' 1964, № 7.
125. Marx E. ETZ, H. 21, 1936.
126. Mobus W. Anlagen zur Hochspannungs und Hochleistungspriifung. «Elec fro welt»,
B. 8, 1963, № 1—2.
127. Мория Сики, Иман Хираку, Каи Такаси, Мацуо Нобору и др.
Ударный генератор большой мощности лаборатории разрывных мощностей. «Mitsubishi
denki giho», 1963, № 8.
128. Skeats. «Transactions А1ЕЕ», 1936, p. 710—717.
129. Skeats. «Transactions А1ЕЕ», 1938, p. 359—363.
130. Skeats and Strang. «Transactions А1ЕЕ», 1942*, p. 100—104.
131. Schmieder G. Die bauliche Gestaltung des AEG — Hochspannungsinstituts.
«AEG —Mitt», 1962, № 7—8.
132. Wild R. Electrical Measurement of Pressure and Straih, with Particular refe-
rence to the Testing of Circuit Breakers.— «The Journal of the institutions of electrical
engeneers», Vol. 95, Part II, 1948, № 48.
Оглавление
Предисловие.................................................................... 3
Глава I. Назначение и основное оборудование лаборатории мощности отключения.
Ударные генераторы
§ 1. Методы испытания выключающих аппаратов (выключателей) на коммутацион-
ную способность................................................................ 5
Номинальные циклы операций .............................................. 7
Отключающая способность.................................................. 8
Включающая способность ...............................?.................. 9
Напряжение на испытуемом выключателе при испытании на коммутационную
способность........................................................... 10
Возвращающееся напряжение . •...............................•........... 10
Напряжение включения ................................................... 10
Косвенные испытания (ГОСТ 687—67) ...................................... 12
Испытания по расчлененным циклам ....................................... 12
Испытания по частям .................................................... 13
Раздельные испытания ................................................... 15
Синтетические испытания................................................. 15
Механические характеристики ............................................ 17
§ 2. Сетевые испытания выключающих аппаратов ................................ 18
§ 3. Испытания по схеме Бирманса ............................................ 20
§ 4. Испытания выключателей на ударных генераторах в лаборатории мощности
отключения ............................................................... . 2L
§ 5. Ударные генераторы и особенности их конструкции......................... 23
Ударный генератор ТИ-12-2 .............................................. 25
Ударный генератор ТИ-25-2 .............................................. 32
Ударный генератор ТИ-75-2 ............................................. 37
Ударный генератор ТИ-100-2 ............................................. 40
Ударный генератор на 150 Мва .......................................... 44
Ударный генератор на 300 Мва ........................................... 45
Перспективы развитие ударных генераторов лабораторий мощности отключения 45
§ 6. Возбуждение и развозбуждение ударного генератора ....................... 46
Гасители с сопротивлением .............................................. 47
Двигательный гаситель .................................................. 50
Гашение поля изменением полярности возбудителя (реверсом поля) ......... 50
Схема первичной коммутации возбуждения ударного генератора ТИ-12-2 . . 51
§ 7. Режимы работы ударных генераторов при испытании выключателей.............53
Схема внезапного короткого замыкания при нормальном возбуждении генератора . 53
Схема ударного возбуждения (схема Сименса) ............................. 55
Схема внезапного короткого замыкания с форсировкой возбуждения ......... 56
Схема возбуждения ударного генератора с закорачиванием ротора в момент
короткого замыкания .................................................... 56
§ 8. Повышающие ударные трансформаторы ...................................... 57
Реактор для регулирования тока короткого замыкания в испытательной цепи 58
§ 9. Выключатели в испытательной цепи ударного генератора лаборатории мощности
отключения.................................................................... 60
Защитный воздушный выключатель типа ВВ-15*........................... 60
Включающий аппарат ВА-12 ............................................... 63
320
Глава IL Расчет индуктивности шинопровода лаборатории мощности отключения
на ударных генераторах
§ 10. Общие положения теории расчета индуктивности .......................... 69
§ 11. Средние геометрические расстояния...................................... 73
§12. Индуктивность однофазных шин ................. •....................... 76
Индуктивность сплошных шин прямоугольного сечения ....................... 78
§ 13. Индуктивность расщепленных однофазных шин ............................. 78
Формулы для расчета индуктивности расщепленных однофазных шин .... 82
§ 14. Индуктивность трехфазных шин . ........................................ 84
Несимметричная линия .................................................... 85
Симметричная линия .................................................... 86
§ 15. Расчет индуктивности шинопровода лаборатории мощности отключения на базе
ударного генератора ТИ-100-2 ................................................. 87
Пример расчета шинопровода ударного генератора ТИ-100-2 ........ 89
Требование к величине реактивного сопротивления шинопровода лаборатории
мощности отключения...................................................... 94
§ 16. Механический расчет шинной конструкции ............................... 95
Выбор сечения клиц ...................................................... 97
Расчет прочности клиц на скалывание ..................................... 98
Расчет механической прочности опорных изоляторов ....................... 98
необходимой величины ее при испытании выключающих аппаратов
§ 17. Аналитическое выражение апериодической составляющей тока короткого замы-
кания .........................................................................100
§18. Определение фазы включения для получения заданной величины апериодической
составляющей тока отключения ..................................................104
§ 19. Пилот-генератор ....................................................... 105
§ 20. Влияние апериодической составляющей в отключаемом токе на процесс отклю-
чения короткого замыкания..................................................... 108
§21. Схема испытания выключателей, обеспечивающая получение заданной величины
апериодической составляющей . . ...........................................НО
Глава IV. Восстановление напряжения на контактах выключателя и методы испы-
тания выключающих аппаратов
§ 22. Существующие способы определения восстанавливающегося напряжения при
отключении цепи................................................................114
§ 23. Индикатор восстанавливающегося напряжения ..............................114
§ 24. Индикатор восстанавливающегося напряжения ВЭИ .................^ . . . 119
§ 25. Схема индикатора Куйбышевского политехнического института...............123
§ 26. Восстанавливающееся напряжение переходного режима ......................124
Глава V. Перенапряжения при испытании выключателей в схемах с повышающими
трансформаторами
§ 27. Методы решения задач по определению величин токов и напряжений при ком-
мутационных процессах в контурах ...............................................127
§ 28. Перенапряжения в цепи ударного генератора при испытании электрических
аппаратов в схеме с повышающим трансформатором .................................128
Глухое заземление нейтрали ................................................130
Нейтраль ударного генератора заземлена через активное сопротивление ... 134
Нейтраль ударного генератора заземлена через емкость Сг ...................138
Нейтраль ударного генератора изолирована ..................................141
Глава VI. Колебательный контур проф. А. А. Горева
§ 29. Основные схемы колебательного контура ...................................144
Одноконтурная схема колебательного контура ................................145
Двухконтурная схема колебательного контура ................................146
Трансформаторные схемы колебательного контура .................. . • ... 146
§ 30. Электрический расчет, колебательного контура ............................147
§ 31. Восстановление, напряжения на контактах выключателя после погасания дуги 150
§ 32. Колебательный контур ВЭИ . . ............... 156
§ 33. Расчет энергетического баланса колебательного контура 161
§ 34. Методы удлинения горения дуги при испытании выключающих аппаратов в
синтетических схемах ... ..............................168
Метод дополнительной емкости М. М. Акодиса ................................z 168
Метод пульсирующего тока Н. М. Чернышева ..................................169
321
Глава VII. Синтетические схемы испытания выключающих аппаратов высокого
напряжения
§ 35. Развитие синтетических схем испытания ...................................171
Схема М. М. Акодиса ......................................................171
Схема А. Я- Буйлова (ВЭИ) ................................................172
Схемы Скитса (США)................................................... . 174
Схема Э. Маркса ...........; ...........................................177
§ 36. Двухчастотная схема для испытания высоковольтных выключателей (ЛПИ) 178
Двухчастотный колебательный контур со сдвигом тока повышенной частоты 179
Двухчастотный колебательный контур ЛПИ промышленного типа . . . . . 181
§ 37. Синтетическая схема ВЭИ на базе колебательного контура ........ 183
§ 38. Схемы для испытания выключателей, отключающих холостые линии .... 187
Схема испытания выключателей, в которых отключение холостых линий вызы-
вает повторное зажигание дуги ..................................................189
, Эквивалентные схемы испытания выключателей на отключение ненагруженных
' трансформаторов и малых индуктивных токов.................................. 192
§ 39. Схемы совместной работы ударного генератора и колебательного контура
А. А. Горева .................. . .......................... .193
Схема параллельного соединения генератора и колебательного контура .... 195
§ 40. Синтетическая схема ВЭИ с подачей восстанавливающегося напряжения в нуль
тока на базе ударного генератора ТИ-100-2 ... .....................197
Расчет токов короткого замыкания в синтетической схеме ...................198
Батарея конденсаторов восстанавливающегося напряжения С2..................203
Батарея конденсаторов. Сз ..................204
Батарея реакторов La ..................205
Батарея конденсаторов ...............ь....................................205
Батарея конденсаторов С4 ..................206
Компоновка зала искусственной схемы •.....................................208
Компоновка открытого распределительного устройства 35-220 кв синтетической
схемы испытания . *.................. . ..................................210
§41. Принципиальная электрическая схема синтетической установки с включением
восстанавливающегося напряжения в нуль тока и управления опытом при помощи ПАУ 217
Работа синтетической схемы при испытании выключателя .... .... 219
Проведение испытания ......................................................219
§ 42. Научно-исследовательский центр по испытанию высоковольтной аппаратуры в
Бескудниково....................................................................223
Глава VIII. Испытательные установки и методы испытания аппаратов высокого
напряжения на термическую и электродинамическую устойчивость
§ 43. Основные законы теплового излучения.....................................236
Закон изучения Стефана—Больцмана ........................................236
Закон Планка.............................................................238
Отвод тепла при помощи конвекции 244
§ 44. Допустимые температуры нагрева токоведущих элементов и изоляции при дли-
тельно протекающем номинальном токе и при кратковременных токах короткого
замыкания .............................................................. 245
’ § 45. Расчет допустимой плотности тока короткого замыкания Ьк................248
§ 46. Основы расчета термической устойчивости .......................... . 250
ч Пример расчета термической устойчивости шинопровода .........................251
Определение устойчивости выключателя при сквозных токах короткого замы-
кания .................... . .... .....................253
§ 47. Методы расчета электродинамических усилий ..............................254
§ 48. Ударный понижающий трансформатор ОМИ-10000/10 ........................ 258
Напряжение короткого замыкания ударного понижающего трансформатора 261
Значения токов короткого замыкания ударного понижающего трансформатора
ОМИ-10000/10 ......................................................... 264
Расчет электродинамических усилий в обмотке ударного трансформатора
ОМИ-ЮООО/10 ...... ...............................................264
§ 49. Испытательная установка НИЦ в Бескудниково для испытаний на термическую
и электродинамическую устойчивость ....................................... . 268
Токопровод лаборатории больших токов ....................................268
§ 50. Испытание электрических контактов на сваривание при протекании больших
Токов .........................................................................270
322
Глава IX. Основные измерения при испытании выключающих аппаратов высокого
напряжения
§ 51. Измерения в лаборатории мощности отключения .........................
§ 52. Особенности осциллографирования апериодической составляющей тока корот-
кого замыкания при больших токах отключения ................................
Расчет основных параметров ВТТ . .........................
§ 53. Измерение давления в дугогасительных камерах выключателей.............
§ 54. Ступенчатый линейный и дисковый регистраторы хода ...................
§ 55. Подготовка и проведение испытаний выключателя и измерение основных пара-
метров при осциллографировании • ... ..............................
Глава X. Прибор автоматического управления опытом (ПАУ) и синхронизирующее
устройство
§ 56. Прибор автоматического управления опытом (ПАУ) ......................
Блок деления частоты .........................
Каскад формирования прямоугольных импульсов ...........................
Релаксационные реле с двумя устойчивыми состояниями равновесия . . . .
Блоки выдержек времени . ... .........................
Электронное реле времени ............................ . . J.........
§ 57. Синхронизирующее устройство ..................................... .
§ 58. Схема синхронизирующего устройства ..................................
Литература ........................................................ ....... 315

Федченко Иван Кириллович,
доктор техн, наук
Техника высоких напряжений
Редакторы М. Г. Писаренко, Л. Н. Чмилъ
Обложка художника Л. А. Росинского
Художеств, редактор И. И. Аникин
Технич. редактор Л. Ф. Волкова
Корректоры М. Ф. Рыженко, Ж. Г. Малиновская
Сдано в набор 31/1II 1969 г. Подписано к печати 20/VIII
1969 г. Формат бумаги 70X108 1/]в> типографская № 2.
Физ. печ. лист. 20,25. Условн. печ. лист. 28,35. Уч.-изд.
лист 24,16. Тираж 10 200. Издат.Ка 20. БФ 13871.
Цена 1 руб 05 коп. Зак. Кв 9-173.
ТП издательства «Вища школа» 1969 поз. 46.
Издательство «Вища школа». Киев, ул. Гоголевская, 7.
Книжная ф-ка им. Фрунзе Комитета по печати при Совете
Министров УССР, Харьков, Донец-Захаржевская, 6/8.