Експериментальне дослідження ефективності вимикача постійного струму з використанням схеми примусового гасіння дуги для тягових підстанцій

Abstract

У статті розглядається проблема вимкнення великих індуктивних струмів при коротких замиканнях у тягових мережах постійного струму міського електротранспорту та метрополітену. Висока динамічність навантаження, зростання рівня коротких замикань та відсутність природного переходу струму через нуль суттєво ускладнюють гасіння електричної дуги постійного струму. Традиційні вимикачі часто демонструють недостатню швидкодію або знос контактів, що обумовлює потребу у застосуванні схем примусового дугогасіння. Мета. Метою роботи є експериментальне дослідження ефективності вимикача постійного струму зі схемою примусового гасіння дуги у режимах короткого замикання, визначених стандартом IEC 61992-2, а саме: режим максимальної амплітуди струму (f), режим максимальної енергії (e), режим дистанційного замикання (d). Методика. У роботі наведено принцип дії вимикача зі схемою LC-комутації, яка забезпечує створення зустрічного струму для гасіння дуги у вакуумній камері. Експериментальні випробування проведено в лабораторії IPH інституту (Берлін). Для кожного режиму наведено параметри живлення, осцилограми. Результати: Вимикач успішно пройшов серію випробувань, забезпечивши гарантоване вимкнення короткого замикання у всіх трьох режимах. Основні експериментальні показники: у режимі f: пік струму 71,8 kA, час вимикання 1,94 ms, перенапруга 1,95 kV; у режимі e: сталий струм короткого замикання 42,2 kA, час вимикання 4 ms, перенапруга 1,77 kV; у режимі d: сталий струм короткого замикання 8,14 kA, час вимикання 3,9 ms, перенапруга 1,47 kV. Практична цінність. Результати випробувань підтверджують надійну роботу схеми LC-комутації, стабільність нульового переходу струму у вакуумній камері. Можливість реального впровадження досліджуваного вимикача на тягових підстанціях міського електротранспорту та метро як більш швидкодіючого та надійного приладу комутації. The article investigates the problem of interrupting large inductive currents during short-circuit faults in direct-current traction networks of urban electric transport and metro systems. High load dynamics, increased short-circuit levels and the absence of a natural current zero crossing significantly complicate the extinction of a direct-current electric arc. Traditional circuit breakers often demonstrate insufficient speed or excessive contact wear, which creates the need for forced arc-extinguishing schemes. Goal. The goal of this work is to experimentally investigate the performance of a direct-current circuit breaker equipped with a forced arc-extinguishing scheme under short-circuit conditions defined by IEC 61992-2, namely: the maximum current amplitude mode (f), the maximum energy mode (e), the distant short-circuit mode (d). Methodology. The paper describes the oper-ating principle of the breaker employing an LC-commutation circuit that generates a counter-current for arc extinction in the vacuum interrupter. Experimental tests were carried out at the IPH Institute laboratory (Berlin). For each test mode, supply parameters, oscillograms are presented. Results. The breaker successfully passed a series of tests, ensuring reliable interruption of short-circuit currents in all three modes. The key experimental parameters are: in mode f: peak current 71,8 kA, total break time 1,94 ms, overvoltage 1,95 kV; in mode e: sustained short-circuit current 42,2 kA, total break time 4 ms, overvoltage 1,77 kV; in mode d: sustained short-circuit current 8,14 kA, total break time 3,9 ms, overvoltage 1,47 kV. Practical value. The test results confirm the reliable operation of the LC-commutation scheme and stable current zero crossing in the vacuum interrupter. The studied breaker can be practically implemented at traction substations of urban electric transport and metro systems as a faster and more reliable switching device.