Автоматические выключатели постоянного тока
Автоматические выключатели постоянного тока служат для отключения цепи под нагрузкой. На тяговых подстанциях выключатели применяются для отключения питающих линий 600 в при перегрузках и токах короткого замыкания и для отключения обратного тока у выпрямительных агрегатов при обратных зажиганиях или пробое вентилей (т. е. внутренних коротких замыканий при параллельной работе агрегатов).
Гашение электрической дуги автоматическими выключателями происходит в воздухе на дугогасительных рогах. Удлинение дуги может быть произведено при помощи магнитного дутья или в камерах с узкими щелями.
Во всех случаях отключения цепи и образования электрической дуги происходит естественное движение дуги вверх вместе с движением нагретого ею воздуха, т. е. тепловое дутье.
На тяговых подстанциях применяются главным образом быстродействующие автоматические выключатели.
Рис. 1. Осциллограммы тока и напряжения при отключении тока короткого замыкания: а — небыстродействующим выключателем, б — быстродействующим выключателем
Полное время Т отключения тока короткого замыкания или перегрузки выключателем слагается из трех основных частей (рис. 1):
T = tо + t1 + t2
где t0—время нарастания тока в отключаемой цепи до величины тока уставки, т. е. до величины, при которой срабатывает отключающее устройство выключателя; t1 — собственное время отключения выключателя, т. е. время от момента достижения тока уставки до момента начала расхождения контактов выключателя; t2 — время горения дуги.
Время нарастания тока в цепи t0 зависит от параметров цепи и уставки выключателя.
Собственное время отключения t1 зависит от типа выключателя: у небыстродействующих выключателей собственное время отключения находится в пределах 0,1—0,2 сек, у быстродействующих — 0,0015—0,005 сек.
Время горения дуги t2 зависит от величины отключаемого тока и характеристик дугогасительных устройств выключателя.
Полное время отключения небыстродействующего выключателя находится в пределах 0,15—0,3 сек, быстродействующего — 0,01 — 0,03 сек.
Благодаря малому собственному времени отключения быстродействующий выключатель ограничивает максимальное значение тока короткого замыкания в защищаемой цепи.
На тяговых подстанциях применяются быстродействующие автоматические выключатели постоянного тока: ВАБ-2, АБ-2/4, ВАТ-43, ВАБ-20, ВАБ-20М, ВАБ-28, ВАБ-36 и другие.
Выключатель ВАБ-2 является поляризованным, т. е. реагирующим на ток только одного направления — прямого или обратного, в зависимости от настройки выключателя.
На рис. 2 показан электромагнитный механизм выключателя постоянного тока.
Рис. 2. Электромагнитный механизм выключателя ВАБ-2: а — разрез выключателя, б — границы предельного износа контактов выключателя ВАБ-2, (A — минимальная толщина неподвижного контакта 6 мм, Б — минимальная толщина подвижного контакта 16 мм); 1 — удерживающая катушка, 2— магнитопровод, 3—включающая катушка, 4 — магнитный якорь, 5 — верхний стальной брус, 6 — якорь, 7 — катушка главного юка, 8 — калибровочная катушка, 9 — П-образный магнитопровод, 10 — токоведущий вывод, 11 —регулировочный винт, 12 — шунтирующая пластина, 13 — гибкая связь, 14 – упор, 15 — рычаг якоря, 16 — ось рычага якоря, 17 — неподвижный контакт, 18 — подвижный контакт, 19 — контактный рычаг, 20 — ось контактного рычага, 21 — ось с роликом, 22 — стопорный рычаг, 23 — отключающие пружины, 24 — тяга, 25 — регулирующие винты, 26 — скоба, 27 — сердечник удерживающей катушки
Рычаг якоря 15 (рис. 2, а) вращается вокруг оси 16, пропущенной через верхний стальной брус 5. В нижней части рычага 15, состоящего из двух силуминовых щек, зажат стальной якорь 6, а в верхней части — распорная втулка с осью 20, вокруг которой вращается контактный рычаг 19, выполненный из набора дюралюминиевых пластин.
В верхней части контактного рычага укреплен подвижный контакт 18, а снизу — медный башмак с гибкой связью 13, с помощью которой подвижный контакт соединяется с катушкой главного тока 7 и через нее с выводом 10. К нижней части контактного рычага с обеих сторон прикреплены упоры 14, а с правой стороны имеется стальная ось с роликом 21, к которой крепятся одной стороной две отключающие пружины 23. С другой стороны отключающие пружины с помощью регулирующих винтов 25 закреплены в скобе 26, неподвижно установленной на стальном брусе 5.
В отключенном положении система рычагов (рычаг якоря и контактный рычаг) повернута отключающими пружинами 23 вокруг оси 16 до упора якоря 6 в левый стержень П-образного магнитопровода.
Включающая 3 и удерживающая 1 катушки выключателя получают питание от собственных нужд постоянного тока.
Для включения выключателя необходимо сначала замкнуть цепь удерживающей катушки 1, затем — цепь включающей катушки 3. Направление тока в обеих катушках должно быть таким, чтобы магнитные потоки, создаваемые ими, складывались в правом стержне сердечника магнитопровода 9, который служит сердечником включающей катушки; тогда якорь 6 притянется к сердечнику включающей катушки, т. е. окажется в положении «Включено». При этом ось 20 вместе с контактным рычагом 19 повернутся влево, отключающие пружины 23 растянутся и будут стремиться повернуть контактный рычаг 19 вокруг оси 20.
Когда выключатель отключен, магнитный якорь 4 лежит на торце сердечника включающей катушки и при включении выключателя остается притянутым к торцу сердечника суммарным магнитным потоком включающей и удерживающей катушек. Магнитный якорь 4 с помощью тяги 24 связан со стопорным рычагом 22, который не позволяет контактному рычагу повернуться до упора подвижного контакта в неподвижный. Поэтому между главными контактами остается зазор, который может регулироваться изменением длины тяги 24 и должен быть равен 1,5—4 мм.
Если снять напряжение с включающей катушки, то электромагнитные силы, удерживающие якорь 4 в притянутом положении, уменьшатся и пружины 23 с помощью стопорного рычага 22 и тяги 24 оторвут якорь от торца сердечника включающей катушки и повернут контактный рычаг до замыкания главных контактов. Следовательно, главные контакты замкнутся только после того, как будет разомкнута цепь включающей катушки.
Таким образом осуществляется принцип свободного расцепления у выключателей ВАБ-2. Зазор между магнитным якорем 4 (иначе называемым якорем свободного расцепления) и торцом сердечника включающей катушки во включенном положении выключателя должен быть в пределах 1,5—4 мм.
Схема управления предусматривает подачу на включающую катушку кратковременного импульса тока, длительность которого достаточна только для того, чтобы успеть перевести якорь в положение «Включено». После этого цепь включающей катушки автоматически размыкается.
Наличие свободного расцепления может быть проверено следующим способом. Между главными контактами помещают бумажку и замыкают контакт контактора. Происходит включение выключателя, но пока контакт контактора замкнут, главные контакты не должны замкнуться и бумажка может быть свободно вынута из промежутка между контактами., Как только контакт контактора будет разомкнут, магнитный якорь будет оторван от торца сердечника включающей катушки и замкнутся главные контакты. При этом бумажка будет зажата между контактами и ее нельзя будет вынуть.
При включении выключателя слышен характерный двойной удар: первый — от соударения якоря и сердечника включающей катушки, второй — от соударения замкнувшихся главных контактов.
Поляризация выключателя заключается в выборе направления тока в удерживающей катушке в зависимости от направления тока в катушке главного тока.
Для того чтобы выключатель отключил цепь при изменении направления тока в ней, направление тока в удерживающей катушке выбирается таким образом, чтобы магнитные потоки, создаваемые удерживающей катушкой и катушкой главного тока, совпадали по направлению в сердечнике включающей катушки. Следовательно, при протекании тока в прямом направлении ток главной цепи будет способствовать удержанию выключателя во включенном положении.
В аварийном режиме при изменении направления главного тока на обратное изменится направление магнитного потока, создаваемого катушкой главного тока в сердечнике включающей катушки, т. е. магнитный поток катушки главного тока будет направлен против магнитного потока удерживающей катушки и при определенной величине главного тока сердечник включающей катушки размагнитится и отключающие пружины отключат выключатель. Быстродействие определяется в большей степени тем, что в то время как в сердечнике включающей катушки магнитный поток уменьшается, в сердечнике катушки главного тока магнитный поток увеличивается.
Для того чтобы выключатель отключил цепь при увеличении тока выше тока уставки в прямом направлении, выбирают направление тока в удерживающей катушке таким образом, чтобы магнитный поток удерживающей катушки в сердечнике включающей катушки был направлен против магнитного потока катушки главного тока при протекании через нее тока прямого направления. В этом случае с увеличением главного тока увеличивается размагничивание сердечника включающей катушки и при определенной величине главного тока, равной или превышающей ток уставки, выключатель отключается.
Ток уставки в обоих случаях регулируется изменением величины тока удерживающей катушки и изменением зазора δ1.
Величина тока удерживающей катушки регулируется изменением величины добавочного сопротивления, включаемого последовательно катушке.
Изменение зазора δ1 изменяет сопротивление магнитному потоку катушки главного тока. С уменьшением зазора δ1 уменьшается магнитное сопротивление и, следовательно, уменьшается величина отключающего тока. Изменение зазора δ1 осуществляется при помощи, регулировочного винта 11.
Зазор δ2 между упорами 14 и щеками рычага якоря 15 во включенном положении выключателя характеризует качество замыкания главных контактов и должен быть в пределах 2—5 мм. Завод выпускает выключатели с зазором δ2 равным 4—5 мм. Величина зазора δ2 определяет угол поворота контактного рычага 19 вокруг оси 20.
Отсутствие зазора δ2 (упоры 14 соприкасаются со щеками рычага якоря 15) говорит о плохом контакте или отсутствии контакта между главными контактами. Зазор δ2 меньше 2 или больше 5 мм свидетельствует о том, что главные контакты соприкасаются лишь нижним или верхним краем. Зазор δ2 может быть мал вследствие большого износа контактов, которые в этом случае заменяются.
Если же размеры контактов достаточны, то регулирование зазора δ2 осуществляется путем передвижения всего включающего механизма по раме выключателя. Для передвижения механизма освобождают два болта, которыми механизм прикреплен к раме.
Расстояние между главными контактами в отключенном положении должно быть равно 18—22 мм. Нажатие главных контактов для выключателей на номинальный ток до 2000 а включительно должно быть в пределах 20—26 кГ, а для выключателей на номинальный ток 3000 а — в пределах 26—30 кГ.
На рис. 2, б показана подвижная система выключателя с обозначением границы предельного износа контактов. Подвижный контакт считается изношенным, когда размер Б станет меньше 16 мм, а неподвижный контакт — когда размер А станет меньше 6 мм.
На рис. 3 дана развернутая схема управления выключателем ВАБ-2. Схема предусматривает подачу кратковременного импульса на включающую катушку и не допускает многократные повторные включения при длительно нажатой кнопке включения, т. е. осуществляет защиту от «звонковости». Удерживающая катушка все время обтекается током.
Для включения выключателя нажимают на кнопку «Вкл», замыкая этим цепь катушек контактора К и блокирующего РБ. При этом срабатывает только контактор, который замыкает цепь включающей катушки ВК.
Как только якорь займет положение «Включено», замыкающие блок-контакты БА выключателя замкнутся, а размыкающие — разомкнутся. Один из блок-контактов шунтирует катушку контактора К, который разорвет цепь включающей катушки. В этом случае все напряжение сети будет приложено к катушке блокирующего реле РБ, которое, сработав, своими контактами еще раз шунтирует катушку контактора.
Для повторного включения выключателя надо разомкнуть кнопку включения и вновь ее замкнуть.
Разрядное сопротивление CP, включенное параллельно удерживающей катушке ДК, служит для снижения перенапряжения при размыкании цепи катушки. Регулируемое сопротивление СД обеспечивает возможность изменения тока удерживающей катушки.
Номинальный ток удерживающей катушки при напряжении 110 в равен 0,5 а, а номинальный ток включающей катушки при том же напряжении и параллельном соединении обеих секций — 80 а.
Рис. 3. Электрическая схема управления выключателем ВАБ-2: Откл. — кнопка отключения, ДК — удерживающая катушка, СД — добавочное сопротивление, CP — разрядное сопротивление, БА— блок-контакты выключателя, ЛK, ЛЗ — красная и зеленая сигнальные лампы, Вкл. — кнопка включения, К — контактор и его контакт, РБ — реле блокировки и его контакт, ВК — включающая катушка, АП — автоматический переключатель
Допустимы колебания напряжения оперативных цепей от — 20% до + 10% от номинального напряжения.
Полное время отключения цепи выключателем ВАБ-2 составляет 0,02—0,04 сек.
Гашение дуги при разрыве выключателем цепи под нагрузкой происходит в дугогасительной камере с помощью магнитного дутья.
Катушка магнитного дутья обычно включена последовательно главному неподвижному контакту выключателя и представляет собой виток главной токоведущей шины, внутри которого находится сердечник, выполненный из стальной ленты. Для концентрации магнитного поля в зоне образования дуги на контактах сердечник катушки магнитного дутья у выключателей имеет полюсные наконечники.
Камера дугогашения (рис. 4) представляет собой плоскую коробку, выполненную из асбестоцемента, внутри которой сделаны две продольные перегородки 4. В камере установлен рог 1, внутри которого проходит ось вращения камеры. Этот рог электрически связан с подвижным контактом. Другой рог 7 укреплен на неподвижном контакте. Для обеспечения быстрого перехода дуги с подвижного контакта на рог 1 расстояние рога от контакта должно быть не более 2—3 мм.
Возникшая при отключении между контактами 2 и 6 электрическая дуга под действием сильного магнитного поля катушки магнитного дутья 5 быстро выдувается на рога 1 и 7, удлиняется, охлаждается встречным потоком воздуха и стенками камеры в узких щелях между перегородками и быстро гаснет. Рекомендуется в стенки камеры в зоне дугогашения вставлять керамические плитки.
Камеры дугогашения выключателей на напряжение 1500 в и выше (рис. 5) отличаются от камеры на напряжение 600 в большими габаритными размерами и наличием в наружных стенках отверстий для выхода газов и устройства дополнительного магнитного дутья.
Рис. 4. Камера дугогашения выключателя ВАБ-2 для напряжения 600 в: 1 и 7 — рога, 2 — подвижный контакт, 3 — наружные стенки, 4 — продольные перегородки, 5 — катушка магнитного дутья, 6 — неподвижный контакт
Рис. 5. Камера дугогашения выключателя ВАБ-2 для напряжения 1500 в: а — устройство камеры, б — схема дугогашения с дополнительным магнитным дутьем; 1 — подвижный контакт, 2 — неподвижный контакт, 3 — катушка магнитного дутья, 4 И 8 — рога, 5 и 6 — вспомогательные рога, 7 — вспомогательная катушка магнитного дутья, I, II, III, IV — положение дуги в процессе гашения
Устройство дополнительного магнитного дутья представляет собой два вспомогательных рога 5 и 6, между которыми включена катушка 7. По мере удлинения дуги она начинает замыкаться через вспомогательные рога и катушку, которая вследствие протекания через нее тока создает дополнительное магнитное дутье. Во всех камерах снаружи имеются металлические полюсные накладки.
Для быстрого и устойчивого гашения дуги расхождение контактов должно быть не менее 4—5 мм.
Корпус выключателя выполнен из немагнитного материала — силумина — и соединен с подвижным контактом, поэтому во время работы находится под полным рабочим напряжением.
Выключатель автоматический быстродействующий постоянного тока ВАТ-42
Эксплуатация автоматических выключателей постоянного тока
В эксплуатации необходимо следить за состоянием главных контактов. Падение напряжения между ними при номинальной нагрузке должно быть в пределах 30 мв.
Зачистку контактов от окиси производят проволочной щеткой (крацовкой). При появлении наплывов их снимают напильником, однако опиливать контакты для восстановления их первоначальной плоской формы не следует, так как это приводит к быстрому их износу.
Необходимо периодически очищать стенки камеры дугогашения от медных и угольных налетов.
При ревизии выключателя постоянного тока производят проверку изоляции держащей и включающей катушек по отношению к корпусу, а также сопротивления изоляции стенок камеры дугогашения. Изоляция камеры дугогашения проверяется приложением напряжения между главными подвижным и неподвижным контактами при закрытой камере.
Перед вводом выключателя в эксплуатацию после ремонта или длительного хранения камера его должна подвергнуться сушке в течение 10—12 ч при температуре 100—110° С.
После сушки камера устанавливается на выключатель и измеряется сопротивление изоляции между двумя точками камеры, расположенными против подвижного и неподвижного контактов, когда они разомкнуты. Это сопротивление должно быть не менее 20 мом.
Калибровка уставок выключателей производится в лаборатории током, получаемым от низковольтного генератора номинальным напряжением 6—12 в.
На подстанции калибровка выключателей производится током нагрузки или при помощи нагрузочного реостата при номинальном напряжении 600 в. Может быть рекомендован способ калибровки выключателей постоянного тока при помощи калибровочной катушки из 300 витков провода ПЭЛ диаметром 0,6 мм, насаженной на сердечник катушки главного тока. Пропуская через катушку постоянный ток, по количеству ампервитков в момент отключения выключателя устанавливают величину токовой уставки. Выключатели первого исполнения, выпускавшиеся ранее, отличаются от выключателей второго исполнения наличием масляного демпфера.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Быстродействующие выключатели постоянного тока
Быстродействующие выключатели (БВ) применяются для включения и отключения цепей постоянного тока под нагрузкой и автоматического отключения их при перегрузках и КЗ. Они являются одновременно коммутационными и защитными аппаратами.
В тяговых сетях постоянного тока напряжением 3 кВ при возникновении КЗ токи могут достигать 30 — 40 кА. Такие токи представляют большую опасность для сетей и оборудования термическими и динамическими воздействиями. В отличии от цепей переменного тока, где ток периодически снижается до нуля и дуга в отключающем аппарате в этот момент гаснет, в цепях постоянного тока происходит его нарастание до установившегося значения за сотые доли секунды. Отключение такого тока связано с большими трудностями. На практике отключение цепи постоянного тока осуществляют значительно раньше момента достижения током КЗ своего максимального значения. Для этого необходимы быстродействующие выключатели с максимальным током отключения от 15 до 27 кА. В зависимости от параметров отключаемой цепи такой отключающей способности БВ бывает вполне достаточно.
По принципу работы отключающего механизма быстродействующие выключатели делятся на две группы:
с пружинным отключением, отключение которых достигается за счет усилий, развиваемых мощными отключающими пружинами;
с магнито-пружинным отключением, отключение которых осуществляют как силы отключающих пружин, так и электромагнитные силы.
По способности реагировать на направление тока в цепи быстродействующие выключатели бывают:
поляризованные, автоматическое отключение которых происходит при определенном направлении тока через выключатель;
— неполяризованные, автоматическое отключение которых обуславливается только величиной тока и не зависит от его направления.
Отечественной промышленностью выпускались различные типы быстродействующих выключателей, нашедших широкое применение на тяговых подстанциях. Несмотря на то, что некоторые типы выключателей сняты с производства, в эксплуатации они продолжают находиться. Основные типы применяемых выключателей: АБ-2/4, ВАБ-28, ВАБ-43. На смену им идут выключатели типов ВАБ-49 и ВАБ-50 различных модификаций.
Выключатель АБ-2/4 (автоматический быстродействующий) на номинальный ток 2 кА и номинальное напряжение 4 кВ более 20 лет назад снят с производства, но до сих пор является довольно распространенным выключателем на электрифицированных участках постоянного тока.
Общий вид выключателя АБ-2/4 показан на рис. 1. Он крепится на четырех изоляторах 12, установленных на раме выкатной тележки 1. Магнитопровод 3 является основой электромагнитного механизма выключателя. Дугогасительная камера 4 лабиринтно-щелевого типа способна растягивать дугу до 4,5 м. Магнитное дутье в камере осуществляется сильно развитыми полюсами 7, прилегающими к камере снаружи с обеих сторон.
Рис. 1. Общий вид выключателя типа АБ-2/4
Полюса закреплены в магнитопроводе, на котором расположены с двух сторон камеры катушки магнитного дутья 8. Стенки камеры расходятся вверху, С внутренней стороны стенок камеры имеются клинообразные перемежающиеся перегородки 6, расходящиеся по радиусам. Эти перегородки образуют для электрической дуги лабиринт — зигзагообразную щель, в которой дуга растягивается. В верхней части камеры лабиринт прерван и установлены пламегасительные решетки 5 представляющие собой пакеты тонких стальных пластин, служащих для охлаждения и деионизации пламени и газов, сопровождающих дугу. Контактные выводы 9 к 11 служат для подключения БВ к шинам электрической цепи, в которую он включается. Индуктивный шунт 10 выполнен в виде пакета изолированных друг от друга стальных пластин, надетых на медную шину. Блок-контакты 2 через систему тяг и рычагов связаны с главными контактами, расположенными в нижней части дугогасительной камеры.
Электромагнитный механизм выключателя (рис. 2) крепится на литой чугунной раме 24, он имеет магнитопровод, образованный литыми брусьями 11 и 20 прямоугольного сечения, скрепленными стержнем круглого сечения 17, на который надета держащая катушка 18. На брусе 20 укреплен П-образный магнитопровод 22, набранный из изолированных друг от друга стальных пластин. На правом стержне П- образного магнитопровода размещена включающая катушка 21, на левом — размагничивающий виток главного тока 23 (катушка автоматического отключения) и дополнительная калибровочная катушка 27, которая имитирует главный виток при настройке выключателя. На верхнем брусе 11 между двумя щеками 12 закреплен на оси 30 якорь 28, набранный из изолированных стальных пластин. При повороте якоря между ним и брусом 11 остается постоянный воздушный зазор 5. На оси 3 между щеками 12 закреплен рычаг 4 подвижного контакта 2, оттягиваемый вправо отключающей пружиной 9. Этот рычаг с помощью гибкого проводника 31, выполненного из пакета медной фольги, соединен с размагничивающим витком 23. Параллельно витку 23 включен индуктивный шунт 26. Неподвижный контакт 1 соединен последовательно с катушкой магнитного дутья 32. К внешней цепи выключатель подключается контактными выводами 25 и 33.
Рис. 2. Устройство выключателя АБ-2/4 и эскизы магнитной системы БВ:
а — в начальный момент включения; б — во включенном состоянии; в —в начальный момент отключения
Держащая катушка 18 постоянно находится под током. На эскизе магнитной системы (рис. 2, а) показаны магнитные потоки держащей катушки Фдк, создаваемые током /да, и включающей катушки Фт, создаваемые током /вк в процессе включения выключателя. На эскизе показан начальный момент включения, когда якорь выключателя находится под действием усилия отключающей пружины Fnp в левом положении, но на него уже действует усилие, создаваемое включающей катушкой F . Магнитный поток Фвк намагничивает правый стержень П-образного сердечника и размагничивает левый, по которому проходит встречный поток Фдк Якорь 28 притягивается к правому стержню, преодолевая усилие пружины 9, выключатель переходит в предвключенное состояние, показанное на рис. 2 (штриховой линией показано положение подвижного контакта после включения). Пока по включающей катушке 21 протекает ток и существует магнитный поток, якорь 16 механизма свободного расцепления притягивается к скошенной части правого стержня, поворачиваясь вокруг оси 15. Якорь 16 соединен тягой 14 со стопорной скобой 6, которая упирается в ролик 5 хвостовика рычага 4 подвижного контакта 2, не давая возможности соединиться ему с неподвижным контактом 1. Только после отключения включающей катушки и исчезновения магнитного потока под действием сил пружины 9 якорь 16 «отлипает» от скошенной части стержня магнитопровода и занимает положение, показанное штриховыми линиями. Контакты 1 и 2 замыкаются, так как механизм свободного расцепления, состоящий из якоря 16, тяги 14 и стопорной скобы 6, этому не препятствует.
На рис. 2, б показан эскиз магнитной системы выключателя после отключения включающей катушки. Магнитный поток держащей катушки Фт перебрасывается вместе с якорем из левого стержня в правый, и якорь удерживается в притянутом состоянии после исчезновения потока Фвк.
Автоматическое отключение выключателя (рис. 2, в) происходит при достижении потоком Фр, создаваемым током /р размагничивающего витка главного тока, величины, необходимой для размагничивания правого стержня. Потоки Фдк и Фр в нем направлены встречно, результирующий поток Фдк — Фр снижается по мере нарастания тока /р. В то же время левый стержень намагничивается потоком Ф , притягивая к себе якорь. При некотором значении тока /р якорь перебрасывается влево. Это происходит при совместном действии сил магнитного притяжения и отключающей пружины, что характерно для выключателей с магнитно-пружинным отключением.
Калибровочная катушка 27,.действие потока которой аналогично действию потока Ф витка главного тока, применяется при регулировке уставки выключателя. Так как она имеет большое число витков, то для создания необходимого для отключения выключателя магнитного потока с помощью калибровочной катушки нужен сравнительно с витком главного тока небольшой ток. Уставку выключателя регулируют винтом 29, при опускании которого уменьшается зазор между левым стержнем и верхним брусом 11. Уменьшение воздушного зазора и, следовательно, магнитного сопротивления для потока Ф приводит к увеличению последнего при том же токе /р. Таким образом, необходимый для отключения выключателя магнитный поток можно получить при меньшем токе за счет уменьшения регулируемого зазора. Для увеличения тока уставки регулировочный винт необходимо перемещать вверх, вворачивая его в брус 11.
Индуктивный шунт 26 включен параллельно витку 23 главного тока, поэтому происходит распределение тока выключателя по двум параллельным ветвям: индуктивный шунт и виток главного тока. При нормальном режиме работы цепи индуктивность шунта не влияет на распределение токов по ветвям. Когда возникает КЗ в защищаемой цепи, резкое возрастание тока приводит к увеличению сопротивления индуктивного шунта за счет индуктивности, вследствие чего большая часть тока КЗ протекает через виток главного тока. Резкое возрастание тока в витке, благодаря влиянию шунта, ускоряет процесс отключения. При одной величине токов нормального режима и КЗ в индуктивный шунт ответвляются разные токи. При КЗ для отключения нужен меньший ток, чем при нормальном режиме, то есть индуктивный шунт автоматически снижает уставку выключателя при быстром нарастании тока в цепи.
Блок-контакты 19 выключателя приводятся в действие с помощью тяги 7, соединяющей ось 3 с рычагом 8, связанным с блок-кон- тактами изолирующей тягой 10. Пружина 13 обеспечивает необходимое нажатие в контактах и амортизацию при переключениях. Блок-контакты используются в схемах управления, сигнализации и автоматики.
Принципиальная схема управления выключателем АБ-2/4 приведена на рис. 3.
К схеме дистанционного управления выключателем АБ-2/4 предъявляются два основные требования: обеспечение необходимой длительности импульса тока во включающей катушке и исключение многократного включения на короткое замыкание.
Автоматический выключатель QF включается последовательно с разъединителями QSX (шинный) и QS2 (линейный) в линию, питающую тяговую сеть от шины 3,3 кВ. Включение выключателя QF осуществляется путем нажатия кнопки включения SBC в цепи 3-4. Катушка контактора КМ получает питание и своим контактом замыкает цепь 1-2, по которой через включающую катушку У А С протекает ток в несколько десятков ампер. Выключатель QF переходит в предвключенное состояние, показанное на рис. 2. Его блок-контакты QFX (цепь 3-4), QF2 (цепь 7-8) и QF3 (цепь 9-10) переключаются. Контакт QF3 размыкает цепь зеленой лампы HLG, а контакт QF2 замыкает цепь красной лампы HL R, сигнализирующей включение выключателя. Контакт QFX шунтирует катушку КМ, контактор отключается и размыкает цепь 1-2 катушки YA С. Последняя теряет питание и механизм свободного расцепления выключателя разрешает ему замкнуть цепь питающей линии 3,3 кВ. Катушка YA С рассчитана на кратковременное протекание по ней большого тока, поэтому сразу после включения QF она отключается, хотя кнопка SBC остается нажатой. Таким образом, обеспечивается необходимая длительность включающего импульса.
Рис. 3. Принципиальная схема управления выключателем АБ-2/4
Если при включении выключателя QF в питающей линии возникает ток КЗ, то QF автоматически отключается и не должен включаться повторно. В схеме предусмотрена блокировка выключателя от многократных повторных включений его при нажатой кнопке SBC с помощью реле блокировки KBS. После шунтировки катушки КМ блок-контактом QFX напряжение цепи полностью прикладывается к катушке реле KBS, которое сработав, дополнительно шунтирует катушку контактора КМ своим контактом KBS. При автоматическом отключении QF и размыкании QF < катушка контактора КМ при замкнутом контакте SBC не получит питание, так как реле KBS, оставаясь под током, продолжает шунтировать катушку КМ, запрещая повторное включение выключателя.
При необходимости включить выключатель второй раз необходимо опустить кнопку SBC, ее контакт разомкнет цепь 3-4, реле КВ& потеряет питание, разомкнет свой контакт. После этого при нажатии кнопки SBC начинается процесс следующего включения выключателя.
Оперативное отключение выключателя осуществляется нажатием кнопки цепи 5-6. Держащая катушка YAT обесточивается, магнитный поток Фдк (рис. 2) снижается до нуля, выключатель отключается под действием усилия отключающих пружин. Держащая катушка, намотанная тонким проводом большой длины, имеет значительную индуктивность. При отключении в ней наводится значительная э.д.с., которая может привести к пробою изоляции между витками. Во избежание этого параллельно катушке YA Т включается разрядный резистор 7. через который протекает ток под действием э.д.с. Диод VD запрещает протекание тока через резистор в рабочем режиме, не мешая протеканию через него разрядного тока при размыкании цепи держащей катушки. Резистор R2 используется для регулировки тока в цепи держащей катушки. Так как от этого тока зависит магнитный поток, удерживающий выключатель во включенном положении, а величина магнитного потока определяет ток уставки срабатывания выключателя, то ток держащей катушки должен быть тщательно отрегулирован и в процессе эксплуатации выключателя не должен изменяться. Чтобы сопротивление держащей катушки не менялось, она все время находится под током, даже при отключенном выключателе. Протекающий по катушке ток поддерживает ее температуру, а, следовательно, и сопротивление.
Электровоз ЧС2 | Быстродействующий выключатель
Быстродействующий автоматический выключатель (БВ) служит для отключения (защиты) силовых цепей тяговых двигателей, вспомогательных машин и отопления при коротких замыканиях в них. Кроме того, БВ используют для отключения силовых цепей при перегрузке тяговых двигателей, чрезмерном повышении или понижении напряжения в контактной сети, неполных коротких замыканиях в силовых цепях тяговых двигателей и вспомогательных машин, сильном боксовании одной из колесных пар, перегрузке в цепи отопления вагонов состава.
На электровозе ЧС2 установлен быстродействующий выключатель 12НС (рис. 157, 158 и 159) с пневматическим приводом. Он имеет несущую раму, автоматически контактное отключающее и
Рис. 157. Быстродействующий выключатель 12НС и его габаритные размеры
Рис 158. Быстродействующий выключатель 12НС
Рис. 159. Схема включающего и отключающего механизмов выключателя 12НС
дугогасительное устройство, пневматический привод, вспомогательные (блокировочные) контакты. По отношению к кузову («земли») токонесущие части высокого напряжения выключателя имеют двойную изоляцию, состоящую из четырех фарфоровых изоляторов 1 (см. рис. 157) и гетииаксовых изоляционных стенок 2. Вместе со стальной сварной рамой выключателя эти стенки образуют каркас для крепления всех остальных частей выключателя.
Контактное устройство состоит из неподвижного главного контакта 30, выполненного из медной шины толщиной 16 мм, к которой тремя винтами прикреплен медный контакт, и подвижного главного медного контакта 10; последний может поворачиваться вокруг оси 6 и находиться под действием отключающей пружины, стремящейся разомкнуть контакты 10 и 30, т. е. отключить БВ.
Для включения аппарата необходимо переместить текстолитовую тягу 31 в направлении неподвижного контакта 30 (вправо по рис. 157 и влево по рис. 158 и 159). При этом зубчатая тяга (защелка) 7 захватывается храповиком 8, сцепленным с подвижным контактом 10, и последний передвигается в сторону неподвижного контакта, т. е. главные контакты замыкаются.
Пружины 28, регулируемые винтом 29, устанавливают необходимое нажатие между главными контакта-
ми. В отключенном состоянии подвижной контакт 10 удерживается пружиной 73.
С подвижным контактом связаны четыре пары подвижных блокировочных контактов, помещенных в корпусе 34. Две пары контактов замыкают цепи при включенном БВ и две пары размыкают.
Автоматическое отключающее устройство состоит из катушки 37, выполненной из 13/4 витка шинной меди сечением 16X70 мм2, якоря 35, магнитопровода 36 и расцепляющего механизма. Концы катушки 37 с одной стороны соединены с выводной шиной 5, а с другой —с дугогасительными катушками //. На якорь 35 постоянно нажимает пружина 40, стремящаяся отвести его от сердечника 41 электромагнита. Воздушный зазор между якорем 35 и сердечником устанавливают винтом 43. Величиной этого зазора определяется ток катушки 37, при котором якорь, преодолевая нажатие пружины 40, притягивается к сердечнику. Значения тока уставки определяются положением якоря, который рычагом 42 связан со стрелкой 4. Положение стрелки 4 шкалы 3 указывает ток уставки.
По катушке 37 проходит ток силовой цепи электровоза. Когда величина этого тока превысит ток уставки БВ, якорь 35 поднимется вверх, регулировочный винт 43 вытолкнет зубчатую тягу (защелку) 7 из зацепления с храповиком 8. Подвижной контакт 10 под действием отключающей пружины 72 практически мгновенно (через 0,006 с) отойдет от неподвижного контакта 30.
БВ включается пневматическим приводом (рис. 160). Привод состоит из чугунного цилиндра 66 с внутренним диаметром 90 мм, закрытого снизу крышкой 52, имеющей канал для подвода и отвода сжатого воздуха. В цилиндре помещен поршень 54 с канавкой,
в которую заложено уплотняющее резиновое кольцо 53. На поршень через шайбу 55 постоянно давит пружина 57, стремящаяся возвратить поршень в нижнее положение. В нижней части поршня укреплен валик 51, соединяющий поршень со штоком 33.
Пружина 56, витки которой расположены вокруг валика 51, упирается своим нижним концом о дно поршня, верхним концом нажимает на шток 33 и стремится прижать его к ролику 58, ось этого ролика прикреплена к цилиндру 66.
Над цилиндром 66 расположен двуплечий рычаг 32, па нижнем плече которого укреплен ролик 60, а верхнее плечо через шарнир и изоляционную (текстолитовую) тягу 31 (см. рис. 159) при повороте рычага по часовой стрелке перемещает подвижной контакт к неподвижному.
В выключателе имеется механизм, состоящий из тяги 59 (см. рис. 160, рычага 61, свободно посаженного на ось 62, тяги 63, соединенной с плунжером электромагнита 64. При возбуждении этого электромагнита шток 33 поворачивается по часовой стрелке и верхней частью прижимается к ролику 60 рычага 32.
К поршню 54 прикреплен кронштейн 70, в который ввернут болт 69, управляющий включением и выключением блокировочных контактов, расположенных в корпусе 67.
Впуск и выпуск сжатого воздуха в рабочую полость цилиндра привода производят электромагнитным вентилем 65 типа 842.
При возбуждении катушки вентиля 65 сжатый воздух поступает под поршень 54 и, преодолевая усилие пружины 57, поднимает его вместе со штоком 33. Так как одновременно с возбуждением катушки вентиля возбуждается удерживающий электромагнита— катушка его постоянно включена параллельно катушке вентиля, то шток 33 прижимается к ролику 60 и своим выступом В поворачивает рычаг 32 по часовой стрелке, т. е. производит включение БВ.
Нормально поршень 54 имеет ход 38 мм. При перемещении поршня вверх болт 69 нажимает на штифт 68, с которым связаны четыре пары подвижных блокировочных контактов БВ. При отключении катушек электромагнита 64 и вентиля 65 шток 33 поворачивается против часовой стрелки и дает возможность под действием отключающих пружин 72 (см. рис. 159) отойти подвижному контакту от неподвижного, так как рычаг 32 при этом может свободно поворачиваться против часовой стрелки. По мере выхода воздуха из цилиндра 66 поршень 54 вместе со штоком 33 под действием пружины 57 и собственного веса опускается вниз. Сделано это для того, чтобы- время отключения БВ не было связано со временем выхода сжатого воздуха из цилиндра через каналы и электромагнитный вентиль 65. Пневматический механизм установлен на двух консолях между изоляционными стенками 2. При отключении БВ между его главными контактами появляется дуга / (рис. 161). Для ускорения процесса гашения дуги применено магнитное ее выдувание. Магнитное поле создается двумя параллельно включенными дугогасительными катушками 11, имеющими по
Рис. 161. Схема дугогашения выключателя 12НС
пять медных витков (сечением 50 X Х10 мм2). Катушки с одной стороны через катушку 37 электромагнита соединены с внешней цепью (токоприемником), а с другой (внешними витками) с помощью гибких шунтов 44—с подвижным контактом 10. По этим катушкам проходит весь ток силовой цепи электровоза и образованный им магнитный поток замыкается по магнитопроводу 9 (см. рис. 158), башмакам 13, воздушному зазору между боковыми стенками 14 и самим стенкам дугогасительной камеры. Башмаки выполнены из листов электротехнической стали, расположенных в виде веера.
Под действием магнитного поля катушек // (см. рис. 161) дуга удлиняется и перекидывается на рога 21 и 45 (на рис. 161 эта стадия гашения дуги изображена линией //) и начинает двигаться по ним вверх.
Рог 21 соединен с неподвижным, а рог 45 — с подвижным контактами. После того как дуга растянется настолько, что она перекинется с нижней части рогов 21 и 45 на верхние изолированные от первых прямолинейные части — шины 25 и 46 (стадия ///), ток начнет проходить по дополнительным дугогасительным катушкам 26 и 47, которые имеют по два витка. Образованный указанными катушками магнитный поток, замыкаясь через сердечник 27 (см. рис. 157 и 158), стальные накладки 12, воздушный зазор между стенками камеры и сами стенки, создает дополнительную силу, способствующую перемещению дуги вверх. При этом дуга встречает в дугогасительной камере дополнительные малые рога 19 и.48, соединенные между собой дугогасительной катушкой 16, внутри которой помещен сердечник 15 из электротехнической стали, а снаружи боковых стенок камеры расположены стальные накладки 17.
Малые рога укреплены в дугогасительной камере с помощью непроводящего ток стержня 18. При прохождении тока через катушку 16 (стадия IV) этой катушкой также создается магнитный поток, выдувающий дугу вверх и растягивающий ее (см. рис. 161). Когда дуга достигнет длины, при которой внешнее напряжение уже не может ее поддержать, она разрывается.
Дугогасительная камера (см. рис. 157 и 158) состоит из боковых асбоцементных стенок 14, скрепленных между собой болтами 24. По краям камеры между стенками помещены асбоцементные бруски 23. Для уменьшения выхлопа пламени и ионизированных газов из дугогасительной камеры в верхней ее части установлена деионная решетка, состоящая из отдельных элементов 22.
При движении дуги вверх она охлаждается боковыми стенками, а также дополнительными вертикальными перегородками 39, расчленяющими ее на параллельные дуги, что также способствует ее лучшему охлаждению. Перегородки скреплены прокладками 20. Бруски 74, на которые помещены рога, изготовлены из микоплакса (спрессованный порошок слюды со связующим). Дугогасительная камера помещается между башмаками 13 так, что они соприкасаются со стенками 14 этой камеры. Дополнительным креплением камеры служат пружинящие пластины 38.
Многожильный кабель управления 49 (рис. 162 и 157—159) присоединен к БВ с помощью многоконтактного штепсельного соединения 50.
ьжатый воздух к пневматическому механизму подведен резиновым шлангом 71, присоединенным к трубопроводу через кран 955.
Основные технические данные быстродействующего выключателя 12НС
Номинальное напряжение. 3000 В
Номинальный ток. 2000 А
Пределы регулировки при автоматическом выключении . 2000—3000 А
Ток уставки на электровозе ЧС2 . 2500±5%
Нажатие главных контактов. 60 кгс±5%
Разрыв » » . 26 мм±10°/о
Натяжение отключающей пружины. 65 кгс
Номинальное напряжение катушек электромагнитного вентиля, удерживающей катушки электромагнита и блокировочных контактов . 48 В
Число витков катушки удерживающего электромагнита . 2350
Провод катушки. 0 0,8 мм
Сопротивление катушки при 75° С. 12,5
Давление воздуха для включения. 35 кгс/см2
Вес выключателя. 2132 кг
» дугогасительной камеры. 72 »
» пневматического механизма. 20 »
Быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока ВБ-10/1-630/8-00-У2
Выключатель ВБ-10/1-630/8-00-У2, предназначен для защиты тягового электрооборудования вагонов метрополитена от тока короткого замыкания и недопустимых перегрузок.
Выключатель также может быть использован для защиты промышленных установок различного назначения, имеющих аналогичные характеристики по номинальному току и напряжению.
Выключатель выполнен для установки под вагон метрополитена и содержит три электромеханических датчика тока.
Проведенные испытания в ЕМУП «Екатеринбургский метрополитен» показали, что выключатель успешно отключает короткие замыкания в вагоне даже при повышенном напряжении 900В.
Выключатель ограничил ток КЗ на уровне 2000А, показав собственное время 2мс, отключив ток удаленного короткого замыкания за время 30мс.
- Номинальное напряжение – 750 В;
- Номинальный ток – 630 А;
- Уставка тока отключения 1500 А (датчик главного тока)
- или 800 А (датчик тока отходящих ветвей);
- Максимальный аварийный ток в цепи с индуктивностью 0,5мГн — 40 000А;
- Полное время отключения аварийного тока в цепи с индуктивностью 0,5 мГн – 20 мс;
- Напряжение цепей управления — 75В.
- Собственное время размыкания контактов не более 2 мс;
- Отсутствие неотключаемых токов;