Содержание к диссертации
Введение
1. Состав и структура электроустановок оперативного постоянного тока 12
1.1. Состав нагрузок электроустановок оперативного постоянного тока 12
1.2. Электрические схемы установки 15
1.3. Организация защиты сети от коротких замыканий и перегрузок 26
1.4. Анализ нормативных документов, регламентирующих выбор защит.. 30
2. Учет термодинамических процессов в кабельных линиях при выборе защитных аппаратов 34
2.1. Общие требования к защитным аппаратам при отключении сверхтоков 34
2.2. Обоснование расчетных условий при проверке работы защиты 36
2.3. Математическая модель процессов коротких замыканий в цепях с кабельными линиями и защитными аппаратами 39
2.3. Исследование влияния характеристик защитных аппаратов на нагрев кабелей и работу электроприемников 49
2.5. Анализ структуры трехступенчатой системы защиты 64
3. Процесс срабатывания плавких вставок при коротких замыканиях 69
3.1. Анализ действующей методики выбора номинального тока плавкой вставки при постоянном графике нагрузки 69
3.2. Выбор номинального тока вставки при отстройке от импульсов толчковых токов 71
3.3. Анализ уравнения теплового баланса плавкой вставки 80
3.4. Исследование процесса старения плавких предохранителей 90
3.5. Рекомендации по выбору номинального тока предохранителя с учетом графика нагрузки 101
4. Электромагнитные процессы в системе оперативного постоянного тока... 105
4.1. Исследование отключающей способности защитных аппаратов в цепях постоянного тока 105
4.2. Определение индуктивности цепи ввода питания аккумуляторной батареи на щит постоянного тока 115
4.3. Коммутационные перенапряжения в цепи при срабатывании защитных аппаратов 127
4.4. Исследование зависимости провалов напряжения на ЩПТ от параметров цепи ввода 133
4.5. Шунтирование аккумуляторной батареей высокочастотных помех 136
Заключение 142
Список литературы
- Состав нагрузок электроустановок оперативного постоянного тока
- Общие требования к защитным аппаратам при отключении сверхтоков
- Анализ действующей методики выбора номинального тока плавкой вставки при постоянном графике нагрузки
- Исследование отключающей способности защитных аппаратов в цепях постоянного тока
Введение к работе
Актуальность работы. Электроустановки оперативного постоянного тока обеспечивают управляемость и живучесть электрических станций и подстанций, а, следовательно, и всей энергосистемы. В настоящее время на электрических станциях и подстанциях происходит замена традиционных средств релейной защиты и противоаварийной автоматики на микропроцессорные. Изменение состава электроприемников постоянного тока требует пересмотра требований к отключающим защитным аппаратам. Значительно усиливаются требования к качеству питания и электромагнитной совместимости электроприемников и систем питания. Традиционные принципы построения сети оперативного постоянного тока не отвечают возросшим требованиям.
Действующая методика выбора отключающих защитных аппаратов основана на методах эмпирического исследования. В настоящее время используются современные защитные аппараты с защитными характеристиками, отличными от тех, для которых проводились эксперименты и получены коэффициенты, заложенные в действующей методике выбора. Действующая методика выбора защитных аппаратов не обеспечивает комплексность учета требований к системе защиты в той степени, которая необходима новым электроприемникам при применении новых типов защитных аппаратов. Кроме того, выявлены особенности работы защитных аппаратов в сетях постоянного тока, недостаточно полно учитываемые в действующей методике выбора.
Разработка теоретически обоснованной и экспериментально подтвержденной методики выбора отключающих защитных аппаратов с учетом современных жестких требований на качество электроэнергии, а также особенностей работы современных защитных аппаратов в сетях постоянного тока, позволит принимать более обоснованные технические решения,
обеспечит разработку современных систем оперативного постоянного тока (СОПТ), а также повысит надежность работы электростанций, подстанций и всей энергосистемы.
Основной целью работы являлась разработка теоретически обоснованной и экспериментально подтвержденной методики выбора современных быстродействующих защитных аппаратов для СОПТ с учетом требований современных электроприемников, в частности микропроцессорных релейных защит.
Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:
- проведен анализ действующих СОПТ электростанций и подстанций,
выявлены основные недостатки работы системы защиты, а также тенденции
изменения применяемых типов защитных аппаратов и состава нагрузок;
исследованы особенности работы электроприемников и сформулированы дополнительные требования к системе защиты;
проведен анализ действующей методики выбора защитных аппаратов и выявлены особенности работы аппаратов установках постоянного тока, недостаточно полно учитываемые в действующих методиках;
разработана математическая модель процесса короткого замыкания (КЗ) в цепях с кабельными линиями, позволяющая комплексно учесть факторы, одновременно действующие на снижение тока КЗ;
исследованы термодинамические процессы в кабельных линиях с учетом особенности работы защитных аппаратов с целью уточнения расчетных условий;
- проанализированы требования к системе защиты при использовании
автоматических выключателей и плавких предохранителей, а также
разработаны рекомендации по проектированию системы защиты,
обеспечивающей качественное питание современных электроприемников;
- исследован процесс плавления вставок при воздействии сверхтоков,
предложен алгоритм определения время-токовых характеристик плавления,
необходимых для надежной отстройки от толчков тока, а также разработаны
рекомендации о необходимости замены вставок в результате воздействия
сверхтоков;
систематизированы и обобщены результаты исследований процесса старения вставки;
разработан алгоритм выбора номинального тока плавкой вставки с учетом импульсных нагрузок при учете процессов плавления и старения;
исследованы электромагнитные процессы в СОПТ, а также проведена оценка влияния параметров цепи ввода на отключение защитных аппаратов, уровень перенапряжений, параметры провалов напряжения в сети, и шунтирующий эффект аккумуляторной батареи.
Методы исследования. В процессе исследования использовались методы математического моделирования и натурные эксперименты на действующих электроустановках.
Научная новизна. В диссертации получены следующие новые научные результаты:
В отличие от действующей методики выбора отключающих защитных аппаратов, разработанной преимущественно на основе эмпирических данных, в данной диссертации критерии выбора аппаратов защиты обоснованы с использованием теоретического анализа.
Разработана математическая модель процессов КЗ в цепи с кабельными линиями и защитными аппаратами, позволяющая одновременно учитывать нелинейный характер элементов цепи КЗ, а также нелинейные характеристики защитных аппаратов.
Разработана методика определения времятоковых характеристик плавления вставки для различных материалов и температуры окружающей среды, необходимая для отстройки от толчковых токов нагрузки.
Произведена систематизация и обобщение результатов исследований процесса старения вставки.
Произведен анализ электромагнитных процессов, возникающих при отключении КЗ защитным аппаратом.
Достоверность полученных результатов подтверждается
экспериментальными данными, а также хорошим согласованием с результатами других исследований.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
Разработаны рекомендации по проектированию современных СОПТ, позволяющих обеспечить бесперебойную работу электроприемников постоянного тока.
Разработана методика выбора номинального тока вставки плавкого предохранителя с учетом толчкового тока конкретной нагрузки, при учете процессов плавления и старения. Разработаны рекомендации относительно замены вставок после воздействия сверхтоков.
Результаты работы реализованы в виде компьютерной программы и используются в ОАО «ФСК ЕЭС».
Предложения, выносимые на защиту:
обосновано более широкое применение современных плавких предохранителей на первом и втором уровне защиты;
предложен алгоритм выбора номинального тока вставки для обеспечения надежной отстройки от срабатывания при толчковых токах
нагрузки и безотказной работы предохранителей с учетом процессов плавления и старения;
- обосновано значительное влияние параметров цепи ввода на процесс
і отключения сверхтоков, а также на уровень возможных высокочастотных
помех в СОПТ.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на десятой международной научно — технической конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» (Москва, 2-3 марта 2004); III научно — технической конференции «Научно - инновационное сотрудничество» (Москва, 26-27 января 2004); IV Всероссийской научно — технической конференции «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (Благовещенск, 5-6 октября 2005). По работе имеются четыре публикации [59-62].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и 5 приложений.
В первой главе рассмотрены вопросы проектирования и эксплуатации СОПТ. Рассмотрены тенденции изменения состава электроприемников, а также основные принципы построения электрической схемы СОПТ.
Особое внимание уделено анализу системы защиты от коротких КЗ и
перегрузок, а также тенденциям изменения применяемых типов защитных
I аппаратов. В существующих СОПТ применяется трехуровневая или
четырехуровневая система защиты, требующая обеспечения селективности.
В эксплуатации выявлены многократные случаи неселективной работы системы защиты, нечувствительности аппаратов на щите постоянного тока (ЩПТ), сложности организации технического обслуживания и настройки
автоматических выключателей, а также затяжного характера процесса отключения. Применяемые в традиционных схемах СОПТ типы защитных аппаратов не обеспечивают выполнение требований по резервированию.
Анализ применяемых систем защиты показал, что для повышения надежности питания электроприемников необходимо провести реконструкцию СОПТ с применением современных типов защитных аппаратов и изменением принципов построения защиты от КЗ. Сложившаяся ситуация обуславливает актуальность разработки методики выбора современных быстродействующих отключающих защитных аппаратов СОПТ с учетом требований современных электроприемников, в частности микропроцессорных релейных защит.
Проведен анализ нормативных документов, регламентирующих выбор защитных аппаратов в СОПТ. Выявлены противоречия в указаниях по определению расчетных условий при проверке на термическую стойкость и невозгораемость кабелей, что обуславливает проведение исследований по уточнению расчетных условий.
Во второй главе произведен анализ традиционных требований к системе защит - чувствительности, селективности, резервированию, обеспечению термической стойкости и невозгораемости кабелей, а также сформулировано дополнительное требование для обеспечения качественного питания современных электроприемников.
С целью исследования термодинамических процессов в кабельных линиях, а также оценки работы защитных аппаратов производились расчеты токов КЗ. Разработана математическая модель КЗ в цепи с кабельными линиями и защитными аппаратами, позволяющая комплексно учитывать нелинейные характеристики элементов цепи КЗ, а также нелинейные характеристики защитных аппаратов. При исследованиях КЗ использовались методики, рекомендованные государственными стандартами, а также современные представления о КЗ.
Предложены рекомендации по выбору расчетной точки и расчетного вида
КЗ для проверки термической стойкости и невозгораемости кабелей,
необходимые для выбора аппаратов защиты и безопасной работы
\ электроустановки. Предложены рекомендации по проектированию системы
защиты, обеспечивающей качественное питание современных электроприемников.
В третьей главе проанализирована отраслевая методика выбора номинального тока отключающих защитных аппаратов [1,2]. Выявлено, что действующая методика, разработанная на основании экспериментов с устаревшими типами предохранителей, не позволяет учесть параметры нагрузки и тип предохранителя. Кроме того, ее применение приводит к чрезмерным запасам, закладываемым на стадии проектирования.
Получено, что для надежной отстройки от толчковых токов следует использовать не только преддуговую время-токовую характеристику, но и характеристику плавления вставки. На основании анализа и решения уравнения теплового баланса получены время-токовые характеристики плавления для различных материалов вставки и температур окружающей среды. Предложены рекомендации по замене предохранителей после воздействия сверхтоков.
На основании анализа процесса старения металлов предложены рекомендации по выбору номинального тока вставки, гарантирующие работу без ложного срабатывания. Рассмотрены возможные варианты учета процесса старения как при выборе предохранителя, так и в процессе эксплуатации.
В четвертой главе на основании анализа электромагнитных процессов в СОПТ получено, что индуктивность цепи в сетях постоянного тока оказывает значительное влияние на работу системы. Выявлены основные факторы, влияющие на индуктивность цепи ввода.
Предложены рекомендации по применению предохранителей в цепях постоянного тока в соответствии с параметрами цепи.
При выборе аппаратов защиты важным вопросом является уровень коммутационных перенапряжений при срабатывании аппаратов защиты. Выявлены основные факторы, влияющие на уровень перенапряжений, а также предложены рекомендации по уменьшению уровня перенапряжений в СОПТ.
Активное сопротивление цепи ввода является важным параметром при выборе защитных аппаратов, поскольку влияет на параметры провалов напряжения.
Рассмотрен вопрос о возможном проявлении шунтирующих свойств аккумуляторной батареей по отношению к высокочастотным помехам, возникающим в СОПТ при КЗ и коммутациях в первичных цепях. Показано, что в зависимости от параметров цепи ввода уровень высокочастотных помех может существенно снизиться.
Состав нагрузок электроустановок оперативного постоянного тока
Оперативный постоянный ток на электрических станциях и подстанциях служит для питания вторичных устройств, к которым относятся оперативные цепи защиты, автоматики и телемеханики, аппаратура дистанционного управления, аварийная и предупредительная сигнализация. При нарушении нормальной работы энергообъекта оперативный ток используется также для аварийного освещения и электроснабжения устройств оперативной связи и особо ответственных механизмов собственных нужд, например аварийных маслонасосов системы регулирования, смазки, уплотнений турбогенераторов и синхронных компенсаторов, которые обеспечивают сохранение оборудования в работоспособном состоянии.
Постоянный оперативный ток от аккумуляторных батарей применяется на электрических станциях различных типов и крупных подстанциях напряжением 330 кВ и выше, на подстанциях 110-220 кВ с числом масляных выключателей три и более и на подстанциях 35-110 кВ с воздушными выключателями. Широкое использование постоянного оперативного тока в основном вызвано тем, что многие применяемые в электроустановках механизмы, выполненные на постоянном токе, являются более простыми и имеют лучшие характеристики, чем выполненные на переменном токе.
Классификация токов нагрузки в зависимости от режима потребления приведена в табл. 1.1. Постоянная нагрузка соответствует току, потребляемому с шин постоянного тока в нормальном режиме, и неизменному в течение всего аварийного режима. Временная нагрузка соответствует току потребителей, подключаемых к аккумуляторной батарее при исчезновении переменного тока, и характеризует установившийся аварийный режим, когда включены все потребители. Кратковременная нагрузка характеризуется потребляемым током в переходном аварийном режиме и обычно имеет длительность не более 5 с [1].
В соответствии с Нормами технологического проектирования (НТП) для тепловых станций, входящих в энергосистемы, длительность исчезновения напряжения переменного тока допускается не более 30 минут, а для изолированных ТЭС — 1 час [1].
Наиболее удобной формой анализа работы потребителей системы постоянного тока электростанций является график нагрузок Inarp=f(t) для аварийного получасового или часового режимов, пример которого приведен на рис. 1.1.
На современных электростанциях и подстанциях происходит замена традиционных механических и полупроводниковых средств релейной защиты и противоаварийной автоматики на микропроцессорные. Электромагнитные приводы выключателей с токами в сотки ампер заменяются пружинными приводами на переменном токе или на постоянном, но с токами единицы ампер [16]. Изменение состава электроприемников постоянного тока требует пересмотра требований к СОПТ. Существенно ужесточаются требования к качеству электроэнергии по параметрам провалов напряжения и перенапряжениям. При этом, процесс обновления нагрузок происходит в первую очередь на подстанциях; на электрических станциях изменение характера нагрузок происходит более медленно.
На новых подстанциях уменьшается количество обслуживающего персонала, что обуславливает необходимость в мониторинге СОПТ средствами АСУ ТП подстанций. СОПТ используется в качестве резервного источника питания для ответственных устройств АСУ ТП и связи. В новых условиях эксплуатации увеличивается время питания технологических систем подстанции от аккумуляторной батареи при потере источника переменного тока. На новых подстанциях емкость аккумуляторных батарей выбирается исходя из условия работы СОПТ от аккумуляторов в аварийном режиме не менее 2 часов [58].
В настоящее время отсутствуют систематизированные сведения о требованиях, предъявляемых к электропитанию ответственных электропроемников. Отсутствуют систематизированные данные о максимально допустимых значениях величины и продолжительности провалов напряжения, при которых разные виды электроприемников сохраняют работоспособность.
Устройства релейной защиты и автоматики требуют поддержания напряжения на уровне не менее 80 %. Другие электроприемники постоянного тока могут иметь более жесткие требования, так как международные стандарты и отечественный ГОСТ 13109-97 [13] на качество электроэнергии устанавливают норму на предельно допустимое отклонение напряжение на выводах электроприемников ±10 % от номинального напряжения электрической сети.
Таким образом, в связи с изменением состава электроприемников необходимо проанализировать условия их работы и сформулировать новые требования к СОПТ, обеспечивающие возможность их функционирования. Оценку работы системы защиты на электроустановках возможно произвести путем анализа применяемых электрических схем на действующих и строящихся объектах.
Общие требования к защитным аппаратам при отключении сверхтоков
Традиционно к защите сети и способам ее построения, в том числе и к СОПТ, для обеспечения надежного функционирования энергообъекта предъявлялись следующие требования: чувствительность, селективность, резервирование, обеспечение термической стойкости и невозгораемости кабелей.
В настоящее время происходит изменение состава электроприемников постоянного тока: снижается потребляемый ток, характер нагрузки становится более равномерным. В составе электроприемников появляются новые устройства, предъявляющие высокие требования к качеству электроэнергии, в частности, к глубине и продолжительности провалов напряжения, а также к уровню коммутационных перенапряжений. Тенденция изменения состава электроприемников обуславливает пересмотр требований к защитным аппаратам и способам построения системы защиты.
Наиболее чувствительны к глубине и продолжительности провалов напряжения средства вычислительной техники. Некоторые микропроцессорные защиты после кратковременного снижения напряжения требуют около 40 минут на повторную загрузку и тестирование. ITIC (Informational Technology Industry Council) предоставила характеристику, представленную на рис. 2.1, % отображающую в амплитудно — временных координатах способность микропроцессорного оборудования противостоять провалам напряжения, перерывам питания и перенапряжениям. Работа вне указанных пределов приводит к потере данных, неправильным командам, отключению или сбою оборудования. Последствия потери работоспособности оборудования зависят от особенностей работы после восстановления напряжения.
Из рис.2.1 следует, что микропроцессорное оборудование не чувствительно к провалам напряжения глубиной менее 10 %, то есть для сети 220 В допустима длительная работа при напряжении 198 В; при уровне напряжения 80% от номинального работа допускается от 0,5 до 10 секунд; при уровне напряжения 70 % - не более 500 мс; при более глубоких провалах напряжения не более 20 мс. Рассматриваемые пределы возможной работы накладывают дополнительные требования на быстродействие защитных аппаратов.
В настоящее время количественные оценки допустимых продолжительности и глубины провалов напряжения еще находятся на стадии обсуждения. В некоторых случаях устанавливается, что при снижении напряжения на шинках, питающих микропроцессорные устройства более чем на 50 % от номинального время отключения должно составлять менее 50 мсек. В качестве ориентировочной оценки в других случаях допускается глубина провала напряжения не более 80 % на время менее 50 мс. При затяжном отключении более 50 мс существует угроза, что микропроцессорные защиты отключатся и пойдут на загрузку и самотестирование.
Таким образом, в связи с изменением состава электроприемников требования к защитным аппаратам и способу построения системы защиты должны быть пересмотрены. Для надежного функционирования СОПТ, системы защиты должны обеспечивать чувствительность, селективность, резервирование, термическую стойкость и невозгораемость кабелей, а также требуемые параметры провалов напряжения. Основным способом обеспечения последнего требования является высокое быстродействие системы защиты, что обеспечивается как применением соответствующих аппаратов, так и структурой системы защиты.
В зависимости от цели расчета выбираются расчетные условия: расчетная схема, расчетная точка, расчетная продолжительность и расчетный вид КЗ.
При расчетах КЗ с целью проверки термической стойкости и невозгораемости кабельных линий расчетные условия выбирались из соображений, чтобы при КЗ кабель оказался в наиболее тяжелых условиях. Как правило, максимальное значение тока имеет место для схемы сети, соответствующей нормальному продолжительному режиму. Предполагалось, что аккумуляторная батарея находится в полностью заряженном состоянии при наибольшей температуре окружающей среды.
Расчетная продолжительность КЗ выбиралась наибольшей из возможных, что соответсвует использованию в расчетах время-токовой характеристики отключения предохранителя при наихудших условиях работы, а также верхней зоны разброса характеристики автоматических выключателей. При проверке на невозгораемость использовались соответствующие характеристики резервной защиты. При применении в качестве основной защиты плавких предохранителей проверки кабелей на невозгораемость не осуществлялось, так как предохранители не требуют резервирования по I принципу работы.
Анализ действующей методики выбора номинального тока плавкой вставки при постоянном графике нагрузки
Согласно действующим нормам, выбор номинального тока плавкой вставки производится по условию [1]: ном.пл.вст. "-н красні \ ф ) где Кн =1,2 - коэффициент надежности, учитывающий погрешность исходных данных, а также погрешность методики расчета; Ірасч — значение тока в установившемся аварийном режиме, А.
Как правило, предохранители используются в условиях работы, отличных от номинальных. В связи с этим, необходимо корректировать значение тока с учетом условий эксплуатации. Температура окружающего воздуха не должна превышать 40 С, а ее среднее значение, замеренное в течении 24 часов, 35 С, а замеренное в течении года - ниже [6]. При другой температуре необходимо использовать коэффициент корректировки, который зависит от фактической температуры, конструкции предохранителя и должен согласовываться изготовителем и потребителем с учетом условий эксплуатации [6]. В указаниях [7] наибольшее допустимое значение тока нагрузки предохранителя в продолжительном режиме определяется по формуле: / = / ( э & )-5 ном V Q О к ном где 1Н0М - номинальный ток предохранителя при номинальной температуре окружающего воздуха vH0M, А; 1 к - наибольшая допустимая температура контактного соединения вывода предохранителя с подводящим проводником, С; v- фактическое значение температуры окружающего воздуха, С.
В случае, если вставка охлаждается потоком воздуха, наибольшая допустимая нагрузка определяется в зависимости от конструкции предохранителя, скорости охлаждающего воздуха в соответствии с рекомендациями [7]. Если фактическое сечение подводящих проводников отличается от сечения, указанного в стандартах или технических условиях на конкретные серии и типы предохранителей, значение наибольшей допустимой нагрузки предохранителя в продолжительном режиме также должно быть скорректировано [7].
Согласно рекомендациям производителей, для периода 10 минут и более, среднеквадратичное значение тока нагрузки, проходящего через предохранитель, должно составлять значение меньшее или равное максимально допустимому [44], [46]: Ib=IN Kt-Ke-Kv-KfKb, (3.2) где If, - максимально допустимое среднеквадратичное значение тока, А; IN— номинальный ток плавкой вставки, А; К, — коэффициент температуры окружающей среды; Ке - коэффициент, учитывающий сечение отходящих проводников; Kv - коэффициент охлаждающего потока; Kf— коэффициент частоты, Кь- коэффициент, учитывающий материал предохранителя.
Установление продолжительности протекания тока при определении допустимой нагрузки объясняется влиянием постоянной времени нагрева элемента, которая зависит от материала вставки, конструкции предохранителя и определяется по формуле [36]: rJcxmx+c2m2) (33) aSOXJ, где с і — удельная теплоемкость плавкого элемента, Дж/(кгС); ті — масса плавкого элемента, кг; С2 - удельная теплоемкость среды, в которой находится плавкий элемент, Дж/(кг-С); пі2 — масса среды, кг; а — коэффициент теплоотдачи; S0XJI - поверхность охлаждения, м .
В соответствии с вышеизложенным, критерием оценки продолжительности протекания тока нагрузки является постоянная времени нагрева плавкого элемента предохраинителя. В случае, если время действия нагрузки составляет более тепловой постоянной времени нагрева элемента, нагрузка рассматривается как продолжительная. При этом необходимо определить среднеквадратичное значение тока за рассматриваемый период и выбрать номинальный ток вставки с учетом условий эксплуатации. В других случаях необходимо исследовать процессы нагрева плавкого элемента.
Исследование отключающей способности защитных аппаратов в цепях постоянного тока
Исследование процесса отключения сверхтоков производилось на примере типовой схемы сети постоянного тока, изображенной на рис. 4.1. Токи КЗ в системах постоянного тока возрастают по экспоненциальному закону согласно выражению:
При срабатывании защитного аппарата за время в три раза превышающее постоянную времени сети, ток короткого замыкания возрастает до 95% от ожидаемого, а значение электромагнитной энергии составит:
Wx = -Ы2 =-Щ2А -0,952) = 0,451-Z- = 0,451--- - В соответствии с вышеизложенным, чем быстрее размыкаются контакты автоматического выключателя или происходит перегорание вставки плавкого предохранителя, тем меньше ток // и запасенная энергия Wi_
Второе слагаемое в выражении (4.3а) W2 представляет энергию, сообщаемую защитному аппарату со стороны источника энергии в течение времени горения дуги. Как правило, падение напряжения на активном сопротивлении цепи по сравнению с другими составляющими формулы (4.2) незначительно, при этом допущении (4.2) можно записать в виде:
Из выражения (4.2а) следует, что скорость спада тока зависит от напряжения на дуге, которое определяется конструкцией предохранителя или гасительного устройства выключателя, а также обратно пропорциональна индуктивности цепи. По мере увеличения индуктивности цепи в соответствии с формулой (4.2а) скорость спада тока уменьшается, что приводит к увеличению времени горения дуги, а также к увеличению количества энергии. Таким образом, индуктивность цепи существенно влияет на отключающую способность защитного аппарата.
Предохранители переменного тока проектируются, как правило, таким образом, что при отключении сверхтока на каждом вырезе образуется падение напряжения 110-150 В. В то же время, для предохранителей, спроектированных для применения на постоянном токе, аналогичная величина составляет не более 100 В [43].
С точки зрения отключающей способности защитного аппарата наиболее легкие условия возникают в цепях, имеющих небольшие индуктивности при воздействии значительных сверхтоков. В таких цепях обеспечивается быстрое нарастание тока, приводящее к одновременному плавлению ослабленных мест, развитию последовательных дуг и выгоранию плавкой вставки.
В цепях со значительными индуктивностями при воздействии небольших сверхтоков, медленное нарастание тока увеличивает время, необходимое для плавления предохранителя. Ослабленные места могут оплавиться не одновременно, а дуги могут гаснуть и снова зажигаться в пределах вставки. Длительное образование электрической дуги из-за запасенной электромагнитной энергии создает избыток тепла в предохранителе. При этом вставка расплавится в одном месте, что приведет к увеличению времени горения дуги. При применении неподходящего предохранителя возможно образование одной большой дуги, что может привести к разрыву предохранителя.
Наиболее тяжелые условия для отключения возникают в цепях со значительными индуктивностями при небольших перегрузках. Ток, недостаточный для плавления вставки, а также его медленное нарастание приводят к отводу тепла от вставки, что может вызвать перегрев предохранителя. Минимальный ток для безопасного срабатывания предохранителей составляет от 2 до 10 крат относительно номинального [43]. Подобные рассуждения подтверждаются данными по минимальной отключающей способности, предоставленные одним из производителей, приведенные в табл.4.1 [47].
