Токоограничивающие коммутационные аппараты

Токоограничивающее действие коммутационных аппаратов проявляется при быстродействии, соизмеримом с периодом изменения тока. При этом токоограничивающие коммутационные аппараты должны выполнять функции ограничения воздействия тока КЗ не только по амплитуде, но и по длительности его отключения.

При использовании токоограничивающих аппаратов, время срабатывания которых менее 5мс, электродинамическое воздействие тока КЗ уменьшается. К таким коммутационным аппаратам, способным безынерционно, т.е. в течение первого полупериода ограничить и отключить ток КЗ, относятся токоограничивающие предохранители различных типов и конструкций, ограничители ударного тока взрывного действия и специальные автоматические выключатели на напряжение до 1кВ.

Токоограничивающие предохранители (рис. 8.7, ) обеспечивают защиту электроустановки от электродинамического воздействия тока КЗ при условии, если

,

где ожидаемый ударный ток в цепи предохранителя; ток ограничения (срабатывания) предохранителя (рис. 8.7,б). Токоограничивающее действие предохранителей определяется номинальным током плавкой вставки и начальным действующим значением периодической составляющей тока КЗ : (рис. 8.7,в).

Силовые токоограничивающие предохранители внутренней и наружной установок изготавливаются на напряжения 3 35 кВ (серий ПКТ и ПКН) и на 10 110 кВ (серии ПВТ) на относительно небольшие номинальные токи. Как средство ограничения ударного тока КЗ, токоограничивающие предохранители сравнительно дешевы и просты, но имеют ряд недостатков: 1) одноразовое использование плавкой вставки 2) нестабильность токовременных характеристик и 3) как следствие, плохая совместимость их действия с устройствами релейной защиты и с системой автоматики, а также недостаточная эксплуатационная надежность. Поэтому токоогра-ничивающие предохранители используются в схемах питания менее ответственных потребителей.

Рис. 8.7. Ограничение тока КЗ токоограничивающими

предохранителями

Ограничители ударного тока взрывного действия представляют собой сверхбыстродействующие управляемые коммутационные аппараты одноразового действия с относительно большим номинальным током. В них используется принцип отключения цепи токоведущего проводника взрывом пиропатрона. Сигнал на взрыв пиропатрона подается от внешнего управляющего устройства, которое получает информацию о КЗ от измерительного органа, реагирующего на величину тока КЗ и на его первую производную. Ограничитель ударного тока срабатывает в случае, если достигаются оба заданных значения (мгновенное значение тока и его первая производная). Ток КЗ ограничивается за время около 0,1мс. Полное отключении сети за время ≤ 5мс (1/4 периода промышленной частоты) обеспечивается плавким предохранителем, который устанавливается во вспомогательной шунтирующей цепи. Предохранитель обеспечивает исключение перенапряжений в сети, которые возникают за счет быстрого отключения тока КЗ взрывным элементом.

Ограничители ударного тока применяются в сетях напряжением 0,66–35кВ с токами 1000–4000 А. Возможные схемы включения ограничителей ударного тока (ОТ) показаны на рис. 8.8:

Рис. 8.8. Возможные схемы включения ограничителей

ударного тока

на рис. 8.8, для шунтирования реакторов в нормальных рабочих режимах с целью уменьшения потерь напряжения и мощности; на рис. 8.8,б для осуществления параллельной работы в схемах коммутации с электрооборудованием, обладающим недостаточной стойкостью к токам КЗ; на рис. 8.8,в для построения схем питания особо ответственных потребителей, не допускающих перерывов в электроснабжении.

Недостатками ограничителей ударного тока является их высокая стоимость и относительная сложность системы их управления.

Токоограничивающие автоматические выключатели, применяемые в сетях напряжением до 1кВ, срабатывают при токах КЗ за время 0,2–0,6 мс. Этого времени достаточно для защиты электрооборудования от теплового действия тока КЗ, поэтому электрооборудование, защищаемое такими выключателями, не проверяют на термическую стойкость току КЗ. По конструктивному исполнению различают токоограничивающие выключатели и выключатели с ограничителями, предназначенные для снижения амплитуды тока КЗ в течение времени отключения. В них ограничение тока КЗ достигается быстрым введением в электрическую цепь больших сопротивлений. Для этой цели, например, используется сопротивление электрической дуги, образующейся между размыкающимися контактами выключателя или в специальных элементах (ограничителях).

Характеристика срабатывания (времятоковая зависимость) выключателей представляет собой зависимость времени срабатывания от значения тока КЗ и определяется конструктивными параметрами выключателей. Для токоограничивающих выключателей кривая этой зависимости (рис. 8.9, ) содержит участки, соответствующие срабатыванию теплового 1 и электромагнитного 2 расцепителей, а для выключателей с ограничителями (рис. 8.9,б) – дополнительно и участок 3 действия ограничителя. Граница участков, соответствующих тепловому и электромагнитному расцепителям, зависит от выбора уставки электромагнитного расцепителя. Время-токовая характеристика выключателей с ограничителями подбирается таким образом, чтобы при токах больших , первым должен срабатывать ограничитель, а выключатель будет отключать ток, уменьшенный его действием.

Рис. 8.9. Характеристики токоограничивающего выключателя (а) и выключателя с ограничителем (б)

Токоограничивающие автоматические выключатели по сравнению с обычными автоматическими выключателями обладают меньшими массогабаритными показателями, меньшей стоимостью (на тот же номинальный ток отключения), снижением на 10 – 30% электродинамического и на 5 – 10% теплового действия токов КЗ, более высокими показателями надежности. К недостаткам токоограничивающих автоматических выключателей следует отнести сложность обеспечения селективной работы нескольких выключателей и одноразовое использование ограничителей тока.