 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1 

Тема роботи: Вивчення будови та принципу дії високовольтного вимикача ВКЭ-10.

Мета роботи: ознайомитися з технічними характеристиками, будовою та принципом дії високовольтного малооб’ємного оливного вимикача ВКЭ-10.

1. Теоретичні відомості

Технічні характеристики:

Назва параметру	Значення параметру
Номінальна напруга, кВ	10; 11
Номінальна сила струму, А: для виконання У2: при частоті 50 Гц при частоті 60 Гц для виконання Т3: при частоті 50 Гц при частоті 60 Гц	630; 1000; 1600 630; 1000; 1250 630; 1250 630; 1000
Номінальна сила струму вимкнення, кА: при частоті 50 Гц при частоті 60 Гц	20; 31,5 16; 25
Нормовані параметри сили струму ввімкнення, кА: найбільший пік початкове діюче значення періодичної складової	52; 80 20; 31,5
Нормовані параметри наскрізного струму короткого замикання: найбільший пік (сила струму електродинамічної стійкості), кА початкове діюче значення періодичної складової, кА середньоквадратичне значення струму за час протікання (сила струму термічної стійкості), кА час протікання струму (час короткого замикання), с	52; 80 20; 31,5 20; 31,5 3
Нормована безструмова пауза при АПВ, с	0,3
Нормований власний час вимкнення вимикача, с, не більше	0,07
Нормований повний час вимкнення вимикача, с, не більше	0,095
Нормований власний час ввімкнення вимикача, c, не більше	0,3
Номінальна напруга постійного струму електромагнітів ввімкнення (YAC) і вимкнення (YAT), В	110; 220
Сила струму споживання обмоток електромагнітів, А, не більше: вмикаючого: при 110 В при 220 В вимикаючого: при 110 В при 220 В	200 100 5 2,5
Діапазон робочої напруги на затискачах електромагнітів (у відсотках від номінальної напруги) : вмикаючого: на 20 кА на 31,5 кА вимикаючого	80...110 85...110 70...110
Габаритні розміри, мм: висота ширина глибина	1158 640 626
Маса вимикача без оливи, кг	174...195
Маса оливи, кг	12

Конструктивне виконання та принцип дії. Вимикачі відносяться до рідинних оливних вимикачів з малим об'ємом дугогасної рідини (трансформаторної оливи). Вони призначені для комутації високовольтних кіл трифазного змінного струму в номінальному режимі роботи установки, а також для автоматичного вимкнення цих кіл при коротких замиканнях і перевантаженнях, що виникають при аварійних режимах.

Принцип дії вимикачів заснований на гасінні електричної дуги, що виникає при розмиканні контактів потоком газооливної суміші, яка утворюється в результаті інтенсивного розкладання трансформаторної оливи під дією високої температури дуги. Цей потік отримує певний напрям в спеціальному дугогасному пристрої, розміщеному в зоні горіння дуги.

Керування вимикачем здійснюється електромагнітним приводом постійного струму. При цьому оперативне вимкнення здійснюється вмикаючим електромагнітом, вимкнення — вимикаючою пружиною самого вимикача.

Конструктивне виконання вимикача. Вимикач складається з таких основних частин (рис. 1, 2): основи 1; трьох полюсів 4; електромагнітного приводу 3 (габаритні, монтажні і приєднувальні розміри приводу наведені на рис. 3); фасадної перегородки 5; штепсельних роз'ємів 6; ізоляційного кожуха 7 (рис. 2) для вимикачів на номінальну силу струму 630, 1000 А, а також на 1250, 1600 А; пластини 2 (рис. 1 і 2) для підйому шторкового механізму в КРП.

Рис. 1 – Габаритні, монтажні та приєднувальні розміри вимикачів ВКЭ-10 на номінальну силу струму 630, 1000 А

(І_{вимк.ном}=_.20 кА)

Рис. 2 – Габаритні, монтажні і приєднувальні розміри

вимикачів ВКЭ-10 на номінальну силу струму 630, 1000 А

(І_{вимк.ном}=31,5 кА), а також на 1600 А

Рис. 3 – Габаритні, монтажні і приєднувальні розміри

електромагнітного приводу

Конструктивне виконання основи. Основа має раму 3 (рис. 4), до якої приварені бічні стійки 10 для кріплення приводу 9. На рамі закріплені педаль 1 для розблокування вимикача в комірці КРП, що заземляє контакт 2 і корпус 7 механізму полюсів. Рама встановлена на колесах 4.

Корпус механізму полюсів виконаний моноблоком на всі три полюси.

Всередині корпусу на кожен полюс є механізм переміщення рухомого стержня, що складається з двох важелів: зовнішнього 19 і внутрішнього 13, жорстко закріплених на загальному валу 17. Вал механізму встановлений на підшипниках ковзання 21 і має прокладки 18 із захисними шайбами 20.

Рис. 4 – Конструктивне виконання основи

Зовнішні важелі 19 валу механізму полюса, зв'язані загальною тягою 14, сполучені з вимикаючою пружиною 22 і за допомогою регульованої тяги 15 — з важелем 8 валу приводу.

На рамі встановлений масляний буфер 16, призначений для пом'якшення ударів в процесі вимкнення вимикача. Будова буфера наведена на рис. 5.

Конструктивне виконання полюса. Полюс вимикача складається з ізоляційного циліндра 11 (рис. 6 і 7), на нижньому кінці якого заармований металевий фланець 10. Циліндри закріплені на корпусі 8 механізму.

Внутрішній важіль 13 (рис. 4) механізму корпусу ізоляційною тягою 7 (рис. 6) шарнірно зв'язаний з рухомим стержнем 5 (Ø 24 мм для вимикачів на номінальну силу струму 630, 1000 А і Ø 28 мм на номінальну силу струму 1250, 1600 А). Для збільшення терміну служби верхній кінець рухомого стержня має контакт, облицьований дугостійкою металокерамікою.

Рис. 5 – Масляний буфер:

1 – пружина; 2 – поршень; 3 – манжет; 4 – шайба; 5 – кільце; 6 – стакан;

І – рівень масла (при натиснутому штоці); *хід штока

У циліндрі полюса встановлений струмозйомний пристрій, що складається з обойми 12, з двома направляючими стержнями 2.

Між направляючими і рухомими стержнями встановлений струмовідвід (роликовий струмозйомний пристрій) 4, який служить для передачі струму з рухомого на направляючі стрижні і одночасно для спрямування рухомого стержня. Струмовідвід має від чотирьох до восьми пар роликів залежно від номінальної сили струму і номінальної сили струму вимкнення вимикача.

Рис. 6 – Полюс на номінальну силу струму 630, 1000А

(І_{вимк.ном.}=20 кА):

1 – скло вказівника масла; 2 – направляючий стержень; 3, 9, 15, 21 – прокладка; 4 – струмовідвід; 5 – рухомий стержень; 6 – струмоведучий стержень; 7 – ізоляційна тяга; 8 – корпус механізму; 10 – фланець; 11 – циліндр; 12 - обойма; 13– гайка; 14 – втулка; 16 – розпорний циліндр; 17 – дугогасна камера; 18 – розетковий контакт; 19 – вмикаючий контакт; 20 – гвинт; 22 – шайба

Рис. 7 – Дугогасна камера:

1 – кільце; 2 – щілина дуття; 3 – вертикальний канал; 4 – конусна втулка;

5 – оливна пазуха

Над струмозйомним пристроєм встановлені розпірний циліндр 16 з прокладкою 3, дугогасна камера поперечного оливного дуття 17. Дугогасна камера являє собою пакет ізоляційних перегородок, стягнутих трьома шпильками. Верхня перегородка камери має кільце 1 (рис. 7) з дугостійкого матеріалу. У камері є центральний отвір для проходу рухомого стержня.

У верхній частині камери ізоляційні перегородки утворюють три поперечні, розташовані одна під одною, щілини дуття 2 для гасіння великих струмів, зв'язані наскрізним вертикальним каналом 3 з підкамерним і надкамерным простором. У нижній частині камери є дві глухі оливні пазухи 5 для гасіння малих струмів.

Конусна втулка 4, встановлена в середній частині камери, служить для запобігання надмірному розгону рухомого стержня під дією високого тиску, що виникає при відключенні струмів короткого замикання.

Рис. 8 – Розетковий контакт:

a – на номінальну силу струму 630, 1000 А(І_{вимк.ном.}=20 кА); б – на номінальну силу струму 630, 1000 А(І_{вимк.ном.}=_.31,5 кА), а також на 1600 А; 1 – клапан; 2,5 - пружина; 3 – штовхач; 4 – циліндр; 6 – ламель; 7 – обойма; 8 – основа; 9 – поплавок із стержнем вказівника; 10 – труба; 11 – воронка; 12 - прокладка; 13 – кришка

Над камерою встановлений розетковий контакт 18 (рис. 6). На основі 8 (рис. 8) контакту в обоймі 7 встановлено дев'ять ламелей 6 для вимикачів на номінальну силу струму 630, 1000 А і одинадцять — для вимикачів на номінальну силу струму 1250, 1600 А, нижні торці яких покриті дугостійкою металокерамікою.

Рис. 9 – Вмикаючий контакт:

1 – ковпак; 2 – кільце; 3 – пружина; 4, 5 – контакт; 6 – стержень

Із зовнішньої сторони кожна ламель має гніздо, куди встановлюється пружина 5, що впирається в циліндр 4. Ламелі нижніми внутрішніми торцями підтискаються до штовхача 3, який клапаном 1 і пружиною 2 підтискається до основи 8.

Штовхач призначений для захисту срібних контактних поверхонь ламелей від обгорання; одночасно штовхач служить демпфером при ввімкненні. У клапані є отвір для входу оливи, який закривається кулькою для запобігання викиду газооливної суміші при вимкненні. Основа сполучена трубою 10 з кришкою 13. У кришці є отвори для заливання оливи, виходу газів і установки скла оливовказівника.

Оливовказівник служить для спостереження за рівнем масла в полюсі і складається з скла оливовказівника 1 (рис. 6) з двома граничними ризиками і розташованого в трубі 10 поплавка 9 (рис. 8) із стержнем покажчика.

Рис. 10 – Привод електромагнітний:

1 – плита; 2 – блок-контакт; 3 – вказівник; 4 – кожух; 5 – важіль валу привода; 6 – болт; 7 – механізм з вимикаючим електромагнітом; 8 – важіл; 9 – контакт блокуючий повторення операції; 10 – клемна колодка; 11 – скоба; 12 – сердечник; 13– основа; 14 – шток; 15 – важіль ручного ввімкнення привода; 16 – гвинт; 17 – вмикаюча котушка; 18 контактор;

І– ВКЛ.; ІІ – ВИКЛ.

Обойма 12 (рис. 6) струмозйомного пристрою і основа 8 (рис. 8) розеткового контакту вивідними струмоведучими стержнями 6 (рис. 6) закріплені до циліндра 11 і кожуха 23 полюса. Для запобігання протіання масла з полюса на стержнях встановлені прокладки 15, що підтискаються до циліндра 11 і кожуха 23 ізоляційними втулками 14 з гайками 13. Основа 8 (мал. 8) розеткового контакту додатково кріпиться гвинтом 20 (рис. 6) з прокладкою 21 і металевою шайбою 22.

На струмоведучих стержнях встановлені вмикаючі контакти 19 розеткового типу. Будова вмикаючого контакту наведена на рис. 9.

Полюс вимикача на номінальну силу струму 630 і 1000 А, а також на 1250 і 1600 А відрізняється від полюса вимикача на номінальну силу струму 630 і 1000 А (І_{вимк.ном.}=20 кА) наявністю у верхній частині металевого ребристого кожуха 23, матеріалом кришки 13 (рис. 8) і відсутністю відбиваючого диска, на трубі 10.

Будова електромагнітного приводу. Привод складається з плити 1 (рис. 10), блок-контактів 2, кожуха 4, механізму 7 з вимикаючим електромагнітом, важеля 8, блок-контактів проти повторення операцій 9, клемних колодок 10, скоби 11, осердя 12, основи 13, штока 14, що включає котушки 17 і контактора 18.

Рис. 11 – Механізм привода:

a – ввімкнене положення; б – вимкнене положення; 1 – шток осердя вимикаючого електромагніту; 2 – зварний корпус; 3 – утримуюча защіпка; 4, 15, 19 – пружина; 5, 18 – ролик; 6, 17, 20 – сережка; 7 – важіль; 8 – вал приводу; 9 – котушка; 10 – кожух; 11 – кришка; 12 – осердя; 13– контактотримач; 14 – регулювальний гвинт; 15 – вимикаюча защіпка; 21 – болт притискання; 22 – вісь

У нижній частині основи встановлені гумові прокладки, які служать буфером осердю, падаючому після завершення процесу ввімкнення.

Вимикаючий електромагніт розташований у верхній частині механізму приводу і складається з котушки 9 (рис. 11), осердя 12, кришки 11, контактоутримувача 13 і кожуха 10.

Електричні дані котушок електромагнітів ввімкнення і вимкнення наведені вище, обмоточні дані котушки ввімкнення — в табл. 1.1, котушки вимкнення — в табл. 1.2.

Таблиця 1.1

Номінальна напруга, В	Число витків в котушці	Дані приводу			Омічний опір, Ω
		марка	поперечний переріз, мм	маса проводу, кг
110 220	312 560	ПБД ПБД	1,8х3,15 1х2,80	6,5 6,8	0,45±0,02 1,64+0,08

Таблиця 1.2

Число витків одної секції	Число секцій	Дані приводу			Омічний опір, Ω
		марка	діаметр, мм	маса проводу одної секції, кг
1825	2	ПЕВ-1	0,355...0,38	0,25	44±8%

Рис. 12 – Блок-контакти Q₁ і контакти блокуючі Q₂ і Q₃:

1,3 – важіль; 2 – тяга; 4 – вал приводу; 5, 16 – шайба; 6 – втулка; 7 – кронштейн; 8 – контат блокуючий вимкнення Q₂; 9 – контат блокуючий ввімкнення Q₃; 10, 12, 13 – кулачок; 11 – кільце; 14 – вал; 15 – блок-контакти вимикача Q₁; 17 – штіфт;

Механізм приводу складається із зварного корпусу 2, валу 8 приводу з покажчиком, механізму вільного розчіплення, утримуючої защіпки 3 і вимикаючої защіпки 16.

Механізм вільного розчіплення розташований у верхній частині зварного корпусу і складається з трьох шарнірно сполучених сережок 6, 17, 20 і двох роликів 5, 18 з осями 22. Роликове розчіплення, застосоване в механізмі розчіплення, забезпечує стабільність зусиль на штоці вимикаючого електромагніту.

Блокувальні контакти вимкнення (Q2) 8 (рис. 12) і ввімкнення (Q3) 9, блок-контакти (Q1) вимикача 15 змонтовані на загальному кронштейні 7. Блокувальні контакти вимкнення перемикаються кулачком 13, ввімкнення — кулачком 10. Кулачки жорстко закріплені на валу 14, який повертається регульованою тягою 2, сполученою за допомогою важелів 1 і 3 з валом 4 приводу.

Блокуючий контакт проти повторення операцій (S₂Q) змонтований на плиті 1 (рис. 13) привода і складається з важеля 2,

Рис. 13 – Контакт блокуючий проти повторення операцій S₂Q:

1 – плита; 2, 9 – важіль; 3 – резистор; 4 – вузол контактний; 5 – штовхач; 6 – болт; 7 – вал защіпки вимкнення ; 8 – кнопка ручного вимкнення; 10 – шайба; 11 – втулка

закріпленого на валу 7 защіпки вимкнення, резистора 3, контактних вузлів 4 и штовхача 5.

Блок-контакти Q₁ і блокувальні контакти Q₂, Q₃ і S₂Q cкладаються з контактних вузлів.

Схема електричних з'єднань електромагнітного приводу показана на рис. 14 і відповідає відключеному положенню вимикача.

Кола керування ввімкнен-ням і вимкненням приводу заведені через блокувальні контакти (відповідно Q3 і Q2), чим досягається автоматичне припинення живлення вмикаю-чого і вимикаючого електро-магнітів після відповідних операцій. Цим же досягається підготовка до подальшої операції.

Блокувальний контакт ввімкнення розмикає коло ввімкнення в самому кінці операції ввімкнення вимикача.

Блокувальний контакт вимкнення розмикає коло вимкнення до розмикання основних контактів вимикача, звільняючи тим самим контакти реле від гасіння дуги струму вимикаючого електромагніту.

Робота приводу. На рис. 11 зображено механізм приводу в двох положеннях: а — ввімкнене положення і б — вимкнене положення. У ввімкненому положенні вал 8 приводу утримується защіпкою 3, на яку спирається вісь 22 ролика 5. У вимкненому положенні механізм приводу знаходиться у вільному розчіпленні і фіксується положенням оливного буфера 16 (рис. 4).

Ввімкнення вимикача відбувається при подачі живлення на котушку електромагніту ввімкнення. При цьому підтягується осердя з штоком 1 (рис. 11), який, впираючись в ролик 5, піднімає його вгору. В процесі ввімкнення сережки 17 повертається навколо осі 22 ролика 18, який упирається у вимикаючу защіпку 16, а важіль 7 під впливом сережки 6 обертає вал 8 приводу за годинниковою стрілкою. При ввімкненні утримуюча защіпка 3, під дією ковзаючої по її контуру осі 22 ролика 5, відводиться вліво і заскакує за цю вісь, в кінці ввімкнення, під впливом пружини 4. При цьому вісь 22 ролика 5 піднімається штоком осердя вмикаючого електромагніту над утримуючою защіпкою на 1... 1,5 мм, чим забезпечується її надійне зачеплення.

При повороті валу 8 приводу повертаються і вали 17 (рис. 4) механізму вимикача, які зв'язані між собою за допомогою тяги 14, зовнішніми важелями 19 механізму і регульованою тягою 15. Оскільки вали 17 механізму вимикача сполучені внутрішніми важелями 13 механізму та ізоляційною тягою 7 (рис. 6) з рухомими стержнями 5 полюсів вимикача, відбувається ввімкнення. У віконці кожуха приводу з'являється напис ВКЛ. на покажчику 3 (рис. 10). При цьому одночасно розтягується вимикаюча пружина 22 (див. рис. 4), стискається пружина 2 (рис. 8) штовхача 3 і проводиться підготовка до подальшої операції вимкнення.

Вимкнення вимикача відбувається при дії електромагніту вимкнення або кнопки ручного вимкнення 8 (рис. 13) на вимикаючу защіпку 16 (рис. 11), яка, повертаючись навколо своєї осі, звільняє ролик 18 і дає можливість обернутися сережкам 17 і 20.

Вісь 22 ролика 5, зісковзуючи з утримуючої защіпки 3, разом з сережкою 6 і важелем 7 опускається вниз під впливом вимикаючих пружин вимикача. Відбувається вимкнення вимикача, в кінці якого механізм приводу займає положення, вказане на рис. 12, б. У віконці кожуха приводу з'являється напис ВИКЛ.

При ввімкненні вимикача перемикаються блок-контакти 15 (рис. 12) вимикача кулачком 12, зв'язаним тягою 2, важелями 1 і 3 з валом 4 приводу.

Рис. 14 – Електрична схема з’єднань електромагнітного приводу вимикача ВКЭ-10:

І – схема з’єднання обмоток електромагніта вимкнення YAT