Общность закономерностей протекания коммутационных процессов в комбинированных аппаратах низкого и высокого напряжения определяет возможность использования одних и тех же (или схожих) принципиальных схем силовой части аппарата.

В частности, все варианты исполнения силовой части комбинированных аппаратов низкого напряжения полностью приемлемы и для аппаратов высокого напряжения. Что касается конструктивного исполнения, то оно определяется в основном базовой конструкцией используемого контактного устройства и выбранным способом воздействия на электрическую дугу. По этим признакам комбинированные аппараты высокого и низкого напряжения существенно отличаются.

Наиболее общей для комбинированных выключателей высокого напряжения является схема (рис. 108), контактная система в которой представлена типичной для контактных аппаратов совокупностью главных контактов S₁, дугогасительных контактов S₂ (резистор R_п во внимание не принимать) и контактов отделителя S₃. Непосредственно к дугогасительным контактам (параллельно) подсоединен полупроводниковый блок (ПБ). Он может быть выполнен по схеме со встречно-параллельно соединенными цепями тиристоров или в виде только одной тиристорной (диодной) цепи, если проектируется синхронизированный аппарат. Параллельно каждому СПП подключаются элементы, обеспечивающие выравнивание распределения восстанавливающегося напряжения по отдельным приборам и ограничение его амплитуды: R_ш, RC-цепи и варисторы.

Рис. 108. Функциональная схема гибридного выключателя

Учитывая ограниченный диапазон напряжений (до 35 кВ), в котором применение комбинированных аппаратов эффективно, в качестве базового контактного аппарата можно использовать воздушный, маломасляный, вакуумный и электромагнитный выключатель. Однако наилучшие результаты в отношении облегчения условий работы контактов достигаются при применении электромагнитных и воздушных аппаратов. Это объясняется тем, что в них обеспечивается быстрое увеличение напряжения на дуге до уровня, при котором возможно включение полупроводникового блока. Напротив, вакуумные дугогасительные устройства характеризуются малым напряжением на дуге, составляющем 20…40 В при токе до 10 кА, что затрудняет использование их в комбинированных аппаратах на напряжение свыше 10 кВ, к тому же достигнутые к настоящему времени характеристики вакуумных камер по коммутационному ресурсу и предельной коммутационной способности позволяют создавать высокоэффективные аппараты на их основе без специальных дополнительных устройств.

Во включенном положении аппарата все его контакты (S ₁, S ₂ и S ₃) замкнуты. Из-за относительно большого сопротивления контура с дугогасительными контактами S ₂ протекаемый в нем ток составляет 5…10 % от тока в главных контактах. Тиристоры в полупроводниковом блоке закрыты.

Отключение гибридного аппарата можно условно разделить на три стадии.

Первая стадия соответствует размыканию главных контактов S ₁, в результате чего осуществляется переход тока из главной цепи в дугогасительный контур. Продолжительность этой стадии определяется конструктивным исполнением контактной схемы и соотношением активных и реактивных сопротивлений параллельных контуров.

Вторая стадия коммутационного процесса начинается в момент времени, который соответствует размыканию дугогасительных контактов S ₂. Одновременно с этим моментом времени или с небольшим упреждением его необходимо подавить управляющие импульсы напряжения на тиристоре полупроводникового блока. Образующуюся при размыкании контактов электрическую дугу можно рассматривать в двух аспектах. С одной стороны, – это нежелательное явление, приводящее к быстрому износу контактов и последующему их разрушению. С другой стороны, она представляет собой активное переменное сопротивление, которым можно управлять посредством различных воздействующих факторов. В обычных воздушных выключателях переменного тока дугогасительные устройства конструируются таким образом, чтобы обеспечивались условия, необходимые для поддержания достаточно высокой проводимости дуги в течение всего полупериода тока, а непосредственно у нуля тока (за единицы микросекунд) проводимость резко снижалась.

В результате удается свести до минимума энергию, выделяемую в дуговом промежутке в течение полупериода, исключить возможность появления среза тока в конце полупериода и, в то же время, обеспечить успешное гашение дуги в околонулевой области. При конструировании дугогасительных устройств комбинированных аппаратов задача управления интенсивностью воздействия на электрическую дугу теряет смысл.

В данном случае необходимо добиться быстрого нарастания падения напряжения на дуге сразу же после размыкания контактов S ₂.

Третья стадия отключения аппарата соответствует окончательному прерыванию тока полупроводниковым блоком. Как и у всех электронных аппаратов, этот процесс завершается при переходе тока через нуль.

Если аппарат предназначен для оперативного отключения номинальных токов и токов перегрузки, то к нему не предъявляются жесткие требования в отношении собственного времени отключения. Важным является лишь сокращение до минимума времени горения дуги. Это обстоятельство позволяет создавать гибридные аппараты с однонаправленными тиристорными или диодными цепями в полупроводниковых блоках, т.е. синхронизированные аппараты. В результате становится возможной реализация тех преимуществ, которые присущи синхронизированным аппаратам.