ОСНОВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Дефиниция
Специфични технически изисквания
Номинални параметри

    Прекъсвачите за високо напрежение са комутационни електрически апарати предназначени за оперативно ( ръчно ) или автоматично ( чрез релейна защита  ) включване или изключване на веригите на енергийната система с напрежение равно или по-високо от 72,5 kV, при всички експлоатационни режими: при отсъствие на ток, товарен ток близък до номиналния, ток на празен ход на силов трансформатор ( малки индуктивни токове ), ненатоварен далак електропровод ( малки капацитивни токове ) и не на последно място ток на късо съединение. Най-тежкия работен режим на прекъсвачите за високо напрежение е изключване и включване на ток на късо съединение.
    Прекъсвачите се характеризират с две устойчиви състояния ( включено и изключено ), в които те могат да се намират неограничено дълго време. Във включено състояние те трябва да имат най-малко (теоретично равно на нула) вътрешно съпротивление за намаляване на загубите от протичането на ток през тях, особено от ток на късо съединение. В изключено състояние прекъсвачите трябва да имат най-голямо ( теоретично клонящо към безкрайност ) вътрешно съпротивление, за осигуряване на достатъчна изолация за съответното напрежение.
    Преминаването от едно устойчиво състояние в друго такова, т.е комутацията при включване и изключване, при която съпротивлението на прекъсвачите се променя на практика от нула до безкрайност или обратно, трябва да става възможно за най-кратко време ( няколко десетки милисекунди):
    а) за осигуряване на устойчива работа на енергийната система;
    б) за намаляване на загубите и отделеното количество топлина от тях при протичане на ток и последиците от горенето на променливо токовата дъга.
    Преминаването на прекъсвачите от включено в изключено състояние винаги е съпроводено с появата, горенето и гасенето на електрическа дъга. Гасенето на дъгата практически представлява изменение на съпротивлението от нула до безкрайност. Променливотоковата електрическа дъга угасва при нормалното преминаване на тока през нулата  ( благоприятния случай ) или при угасване в рамките на полупериода, така нареченото „срязване на тока“ (неблагоприятния случай ). Момента на угасване на дъгата и възстановяване на електрическата якост на междината, зависи от възможностите на дъгогасителното устройство ( дъгогасителната камера ). Заедно с това протича и процес на възстановяване на напрежението на източника, който се характеризира с голямо възстановяващо се напрежение и скорост ( честота ) на възстановяване. За избягване последиците от горене на дъгата и евентуалното заваряване на контактите на прекъсвачите, гасенето на дъгата трябва да става за възможно най-кратко време ( малък брой полупериоди на тока ).Това условие обуславя използването на мощни дъгогасителни устройства, а така също методи и средства за намаляване на амплитудата и скоростта на възстановяващото се напрежение. Най-добрите и модерни прекъсвачи за високо напрежение в днешни дни гасят дъгата в края на първия или втория полупериод  на тока.
    При интензивна дейонизация на дъговия процес, особено при по-малки токове дъгата може да угасне по време на полупериода, дори в момента в който тока е с максималната си стойност ( срязване на тока ). При този случай изключването е съпроводено с появата на големи пренапрежения, които са опасни както за самите прекъсвачи, така и за всички съоръжения, включени в този момент в мрежата.
    Комутациите на прекъсвачите са относително редки ( най-вече аварийните комутации ). За надеждност на електрозахранването те трябва да могат във всеки един момент от време да комутират различните токове, за които са предназначени, включително и тока на късо съединение.
    Прекъсвачите за високо напрежение са сложни и скъпи електрически съоръжения, които се състоят няколко системи: изолационна, тоководеща, контактна, дъгогасителна и механична.
    Тези изисквания, както и основното им предназначение ги определя като един от най-важните апарати в електрическите уредби за високо напрежение.
    Два са важните реферативни документа, които най-подробно определят техническите характеристики на прекъсвачите за високо напрежение: IEC-60694 и ANSI C37-06. В тях са представени изискванията към номиналните параметри на прекъсвачите за високо напрежение, които са залегнали в стандартите на почети всички държави.

  • Номинално напрежение. Това е най-голямата ефективна стойност на напрежението, при която апарата може да работи неограничено дълго време.

    Редът на номиналните напрежения за прекъсвачи високо напрежения според IEC ( в kV ) е: 72.5; 100; 123; 145; 170; 245; 300; 362; 420, а според ANSI e: 72.5; 123; 145; 170; 245; 362; 550; 800.  Обявеното напрежение определя изолационната система и големините на дъговите междини в изключено състояние и оттам влияе на габаритите и теглото на прекъсвачите.

  • Номинално изолационно ниво. ( IEC 56 ) Съответства на нормираните изпитвателни импулсни напрежения ( 1.2/50μs ) и на изпитвателните напрежения с промишлена честота ( за една минута ). Те се определят при нормални атмосферни условия ( температура на околната среда, равна на 20̊C, атмосферно налягане 101.325 kPa и абсолютна влажност на въздуха 63% ) ( ANSI ).

 

 

Фиг.1

                                                 

  • Номинален ток. ( IEC 56 ) Това е ефективната стойност на тока, който може да протича неограничено дълго време без повреди и превишения на температурите на отделните части по-големи от допустимите, посочени в стандартите.

    Редът на номиналните токове според IEC ( в А ) е: 100; 125; 160; 200; 300; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150; 4000; 5000.
    По ANSI ( в А ) е: 1200; 1600; 2000; 3000. Стойността на обявеният нормален ток оказва влияние върху размерите на тоководещата система, вида и материалите на контактите. Големите стойности на обявения нормален ток при относително ниски напрежения ( 12-24 kV ) оказват влияние върху габаритите на прекъсвачите.

  • Ток на термична устойчивост. Това е най-голямата ефективна стойност, която прекъсвачите трябва да издържат в продължение на 1 ÷ 3 секунди без прегряване на тоководещите им части над температури дадени в стандарта и без повреди, възпрепятстващи нормалната им работа.

 

  • Ток на динамична устойчивост. Това е максималната стойност на тока на късо съединение която прекъсвачите могат да понесат във включено състояние, при включване или при изключване, без да настъпят повреди които да попречат на работата им в последствие. Предвид наличието на апериодична съставка в тока на късо съединение, максималната му стойност  е ( Iукс  е ефективната стойност на установения ток на късо съединение ). Динамичната устойчивост на прекъсвачите се обуславя от  Iду > Iмах кс.
  • Номинален ток на изключване. Той е равен на ефективната стойност на периодичната съставка на тока на късо съединение в момента на разделяне на дъгогасителните контакти. Стойностите на номиналните токове, които прекъсвачите могат да изключат, регламентирани от стандартите са ( в кА ): 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 100. Прекъсвачите осигуряват изключване и при наличие на апериодична съставка на тока на късо съединение с начална стойност, равна на амплитудата на периодичната съставка и времеконстанта на веригата равна на 50 ms.

 

  • Номинален ток на включване. Най-голямата стойност на ударен ток на късо съединение, които прекъсвачите могат да включат без заваряване на контактите и други повреди, които да станат причина за нарушаване на по-нататъшната работа. Тока зависи от конструкцията на тоководещия контур, от вида на контактната система и от енергийните характеристики на задвижването.

 

  • Номинална честота. Номиналната честота представлява промишлената честота ( стойността на честотата на тока в обществените електрически мрежи ) на тока, за която е проектиран електрическият  апарат. Според IEC 60694 тази честота е равна на 50 Hz, допускат се минимални отклонения от порядъка на няколко процента и стойността и се следи много строго. Според ANSI стойността и е 60 Hz.
  • Номинално времетраене на късо съединение. Според IEC това време е от 1 до 3 секунди, а според ANSI е 3 секунди.

 

  • Номинален цикъл на работа. След появата на късо съединение и регистрирането му от релейната защита прекъсвачите изключват (И) източника. Следва известно време ( регламентирано от стандартите ) прекъсвачите включват (В) отново  източника, при отпадане на късото съединение ( краткотрайно късо съединение ) захранването на потребителите  се възстановява. Такъв режим на работа се нарича автоматично повторно включване ( АПВ ). Времето между изключването и повторното включване  трябва от една страна, да бъде достатъчно малко за непрекъснато електрозахранване на потребителите, но и от друга страна, да е по-голямо от времето на краткотрайно късо съединение ( 0,1 ÷ 0,3 s ). За различните видове прекъсвачи това време е различно и варира в граници от 0,3 s до 1,2 s. При трайно късо съединение във веригата след повторното включване протича ток на късо съединение и прекъсвачите отново получават команда от релейната защита за изключване на източника. IEC дефинира три цикъла на работа:
  • бавен: И – 180 s – ВИ – 180 s – ВИ
  • бърз 1:  И – 0,3 s – ВИ – 180 s – ВИ
  • бърз 2: И – 0,15 s – ВИ – 15 s – ВИ

    При втория интервал от време прекъсвачите се самоподготвят за второ АПВ. За някой прекъсвачи това време е 15 s или 20 s, съответстващо на втория бърз цикъл. Според ANSI цикълът е следния: ВИ – 15 s – ВИ.

  • Изключване на прекъсвачите. Токовете на късо съединение, изключвани от съвременните прекъсвачи за високо напрежение, достигат десетки килоампера. Дейонизацията в дъговата междина при такива токове, съпроводено с голямата честота на възстановяващото се напрежение е голям технически проблем. Основна величина характеризираща изключващата способност на прекъсвачите, е номиналният ток на изключване – най-голямата стойност на тока на късо съединение, които прекъсвачите могат надеждно  да изключат при определени условия: стойност на възвръщащото се напрежение между фазите, равно на номиналното и преходно-възстановяващо се напрежение, съответстващо на нормираното.  Отварянето на контактната система на прекъсвачите става след определено време от момента на настъпване на късото съединение. Това време е сума от времето необходимо на релейната защита да сработи и собственото време нужно на прекъсвачите да изключат ( времето от подаване на сигнал от релейната защита на изключващия механизъм до началото на отделяне на контактните тела едно от друго). В повечето случаи това време е по-малко от времето за затихване на апериодичната съставка на тока на късо съединение, така че пълният ток на изключване на прекъсвачите е равен на сумата от периодичната и апериодичната съставка на тока в момента на отделяне на контактите.

 

  • Включване на прекъсвачите. При включване на прекъсвачите е възможно появата на дъга и вибрации на контактната система. Най-тежък е случая на включване на съществуващо късо съединение, при което механичното и топлинно натоварване е най-голямо.
  • Време за изключване на прекъсвачите. Времето за изключване е важен номинален параметър и е интервала от време от момента на подаване на сигнал за изключване от релейната защита до момента на изгасване на дъгите в трите полюса на прекъсвачите. Състои се от собственото време на прекъсвачите (от момента на подаване на сигнал за изключване до момента на разделяне на дъгогасителните контакти) и времето за горене на дъгите в трите полюса. Теоретично способността за изключване на прекъсвачите се характеризира с номинална мощност на изключване , MVA.Тази величина не е реална и има само условен характер, тъй като токът Inи и напрежението Un не действат едновременно. При протичане на тока Inи напрежението е малко и е равно на дъговото напрежение (няколко процента от номиналното ). При възстановяване на напрежението до номиналното токът във веригата е нула. Въпреки това номиналната мощност на изключване характеризира комутационната възможност на прекъсвача чрез номиналния ток на изключване, който се определя от дейонизиращата способност, термичната и електродинамична устойчивост и чрез възстановяващото се до номиналното напрежение, което се стреми да запали отново дъгата. Ако прекъсвачът запазва стойността на Inи в широки граници на изменение на напрежението, то комутационната възможност се определя само със стойността на този ток (в кА) и се нарича номинална изключвателна възможност.
  • Време за включване на прекъсвачите. Представлява времето от момента на подаване на сигнал за включване до момента на затваряне на веригата от трите полюса.