5 6 Iskljuenje malih induktivnih struja l l

5. 6 Isključenje malih induktivnih struja l l l Pri isključenju relativno malih induktivnih struja prekidačem, kontaktorom ili sklopkom javljaju se procesi koji dovode do intenzivne dejonizacije prostora između kontakata i do gašenja električnog luka pre prirodnog prolaska struje kroz nulu (“sečenje struje”) Nastaju visoki prenaponi usled akumulisane elektromagnetske energije u induktivnostima kola Aparati sa zavisnom karakteristikom gašenja luka (vakuumski, SF 6 autoekspanzioni, aparati sa magnetskim delovanjem na električni luk) Aparati sa nezavisnom karakteristikom gašenja luka (pneumatski, SF 6 na potisnom principu, malouljni sa ubrizgavanjem ulja) Rangiranje prekidača u pogledu sečenih struja: pneumatski, malouljni, SF 6 prekidači, vakuumski Sklopne operacije koje dovode do prenapona usled sečanja struja: - isključenje struje magnećenja transformatora u praznom hodu - isključenje struja visokonaponskih prigušnica - isključenje transformatora opterećenih prigušnicom - isključenje visokonaponskih motora u zaletanju - isključenje neopterećenih motora

l Zamenska šema sistema u kome se analizira isključenje malih induktivnih struja Slika 1: Monofazna zamenska šema sistema u kome dolazi do sečenja struja E 0 – temena vrednost ems sistema Ls, Rs, Cs – induktivnost, otpornost i kapacitivnost sistema Lk, Rk – induktivnost i otpornost konture u kojoj se nalazi prekidač Cp, Lp – ulazna kapacitivnost i induktivnost namotaja potrošača

l Kada struja opadne ispod određenog nivoa dolazi do nestabilnih oscilacija, nakon toga i do sečenja struje Slika 2: Proces nestabilnih oscilacija i sečenja struje ii – struja pri kojoj počinju da se javljaju nestabilne oscilacije, kada otpor luka počinje naglo da se menja: ωk – učestanost nestabilnih oscilacija, na osnovu konture Cs- Lk - Cp is – trenutna vrednost struje učestanosti 50 Hz u trenutku sečenja is=5÷ 10 A (vakuumski aparat), is=1÷nekoliko desetina A (ostali aparati)

l Struja i napon pri sečenju male induktivne struje Slika 3: Vremenski tok struje i napona pri sečenju (rezanju) struje induktivnog potrošača (reaktora): a) induktivna struja koja se prikida, b) napon između kontakata c) napon na reaktoru

5. 7 Prenaponi pri sečenju struje l Bilans elektromagnetske i elektrostatičke energije - neposredno pre sečenja struje: - neposredno posle sečenja struje: - na osnovu bilansa energija: - maksimalni napon na namotaju potrošača nakon sečenja struje: - zbog gubitaka samo jedan deo EL se pretvara u Ec’:

7. Naprezanje prekidača posle gašenja luka Za vreme trajanja kratkog spoja postoji termičko naprezanje komore i kontakata, mehanička naprezanja zbog visokog pritiska i delovanja mehanizma za pokretanje kontakata l Nakon gašenja luka javljaju se velika naprezanja dielektrika u međukontaktnom prostoru zbog delovanja prelaznog povratnog napona l 7. 1 Ponovna paljenja luka u međukontaktnom prostoru U trenutku gašenja luka pri isključivanju velikih struja već postoji izvesna dielektrična izdržljivost udiel međukontaktnog prostora jer je prostor delimično jonizovan, a temperatura je ispod 2000 K, pa je uticaj termičke jonizacije mali l Odmah posle gašenja luka uspostavlja se uppn kao posledica odziva mreže na prekidanje struje l Ukoliko je uppn > udiel → dielektrični proboj i ponovno paljenje luka l uppn i udiel kao da se utrkuju → ponovno paljenje luka se tumači teorijom trke l

Slika 4: Vremenski tok napona i struje prilikom prekidanja sabirničkog kratkog spoja: uppn i udiel se utrkuju l Teorija trke: A: prvo gašenje luka: i=0, u. L maksimalan → od tog trenutka: u 12=uppn, uppn ↑, udiel ↑ B: ponovno paljenje luka: uppn > udiel → uspostavlje se i, u 12= u. L C: gašenje luka: i=0 → u 12=uppn, uppn ↑, udiel ↑ D: ponovno paljenje luka: uppn > udiel → uspostavlje se i, u 12= u. L E: gašenje luka: i=0 → u 12=uppn, uppn ↑, udiel ↑, uppn < udiel → u 12=e

7. 2 Termički proboj Teorija trke je aproksimativna teorije, pretpostavke su: provodnost prostora posle prekida struje je zanemarljivo mala, ponovno paljenje luka nastaje trenutnim probojem pri čemu se uspostavlja velika provodnost prostora l U stvarnosti prostor između kontakata je delimično jonizovan i zagrejan na (1000÷ 2000) K i naziva se preostali stub luka, kroz njega protiče preostala ili rezidualna struja luka reda 10÷ 100 m. A l Slika 5: Napon i struja između kontakata prekidača pre i nakon gašenje luka

l Rezidualna struja irez(t) koja protiče pod dejstvom uppn-a prati oblik uppn-a: gde Rrez(t) predstavlja otpornost preostalnog (rezidualnog) stuba luka l Toplotna snaga koja se oslobađa u preostalom stubu luka je: l Toplotna snaga koja se oslobađa u preostalom stubu luka mora biti manja od snage kojom se hladi luk: U protivnom dolazi do zagrevanja preostalog stuba luka → Rrez ↓ , i ↑, Prez ↑ , T ↑ , raste stepen jonizacije, a struja prerasta u struju kratkog spoja, tj. dešava se termički proboj međukontaktnog prostora l Proces se dešava nakon prekida struja u blizini nule struje, termički proboj je posledica brzog porasta uppn-a, zbog toga je bitno da se obezbedi da ne dođe do brzog porasta početnog Upppn-a l

7. 3 Faktor prvog pola U slučaju isključenja tropolnog kratkog spoja najpre dolazi do gašenja luka u fazi u kojoj struja najpre prolazi kroz nulu i u toj fazi se javlja najveće naprezanje međukontaknog prostora usled delovanja povratnog napon nakon gašenja luka l Vrednost povratnog napona u fazi koja je prva isključila zavisi od načina uzemljenja neutralne tačke transformatora i od toga da li je kvar sa zemljnom ili ne l Zamenska šema sistema sa izolovanom neutralnom tačkom u kome se dogodio KS sa zemljom l Slika 6: Zamenska šema sistema sa izolovanom neutralnom tačkom u kome se dogodio kratak spoj sa zemljom

l U fazi A je došlo do gašenja luka, pa se javlja struja kroz konturu koju čine faze B i C: gde je ZT impedansa namotaja transformatora l Potencijal izolovane neutralne tačke O 1 je: l Povratni napon između kontakata A 1 i A 2 je: U ustaljenom stanju pri prekidu struje u fazi A između kontakata prekidača u toj fazi uspostavlja se povratni napon koji je za 50% veći od ems EA namotaja transformatora l Povećanje napona na polu prekidača koji je prvi isključio se naziva faktor prvog pola l U slučaju izolovane neutralne tačke faktor prvog pola iznosi 1, 5, a u slučaju uzemljene neutralne tačke faktor prvog pola iznosi 1, 3 l

l Vektorski dijagram napona u slučaju kada je luk ugašen u fazi A, pri uzemljenoj neutralnoj tački transformatora Slika 7: Vektorski dijagram napona u slučaju kada je luk ugašen u fazi A

7. 4 Granične krive prekidača predstavljaju zavisnost najvišeg uppn-a i najviše strmine uppn-a koje prekidač može da podnese u zavisnosti od prekidne struje l U konfiguracijama u kojima nastaju visoke vrednosti uppn-a postoji opasnost od dielektričnog proboja (isključenje sabirničkog kratkog spoja, isključenje sistema u opoziciji faza) l U konfiguracijama u kojima nastaju visoke strmine uppn-a postoji opasnost od termičkog proboja (isključenje bliskog kratkog spoja, isključenje kratkog spoja neposredno iza transformatora) l Upr – podnosivi napon između kontakata prikidača Umr - prelazni povratni napon koji nastaje u mreži Spr – podnosiva strmina napona između kontakata prekidača Smr – strmina uppn-a koji nastaje u mreži Slika 8: Granične krive napona i strmine napona u funkciji struje kratkog spoja

Prelazni povrani napon koji nastaje u mreži Umr ne zavisi od struje kratkog spoja, a podnosivi prelazni povratni napon Upr je nezavisan do neke granične struje kratkog spoja kada nastaje intenzivna jonizacija l U slučaju bliskog kratkog spoja strmina koji nastaje u mreži linearno raste sa strujom kratkog spoja: l gde su: zc karakteristična impedansa voda, KBKS faktor redukcije struje pri bliskom kratkom spoju u odnosu na sabirnički kratak spoj Podnosiva strmina napona između kontakata Spr opada sa povećanjem struje kratkog spoja zbog povećanja temperature i veće mogućnosti nastanka termičkog proboja između kontakata l Dielektrični proboj između kontakata prekidača nastaje pri struji Id kada je Umr=Upr l Termički proboj između kontakata prekidača nastaje pri struji It kada je Smr=Spr l