книги из ГПНТБ / Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник

дуги и ее гашения с восстановлением изоляционных

свойств промежутка.

Предохранители низкого напряжения изготовляют на токи от миллиампер до тысяч ампер и на напряжения 250, 500 и 660 В. При многообразии их конструкции все они содержат: корпус или несущую деталь, плавкую

Рис. 5-7. Предохранитель серии ПР.

вставку, контактное присоединительное устройство, дуго­

нальный /ном токи плавкой вставки. Наибольший ток, при котором вставка не перегорает в течение 1—2 ч, на-

130

зывают м и н и м а л ь н ы м п л а в я щ и м т о к о м . Ёго величина зависит от размеров сечения вставки, материа­ ла и длины, от конструкции предохранителя, окружаю­ щей температуры и обычно нормируется. Номи­ нальный ток плавкой вставки принимается в 1,3 — 1,4 раза меньше ее минимального плавящего тока для предотвращения отключения цепи при нестабильности ампер-секундной характеристики вставки вследствие окисления металла вставки, повышения переходного со­

(420 °С) или из тугоплавких — меди (1 080°С), реже се­ ребра (960 °С). Первые позволяют получить невысокую температуру всего предохранителя, что важно для рабо­ ты контактных соединений, но вследствие невысокой электропроводности легкоплавких металлов сечения вста­ вок получаются большими, что приводит к образованию большого количества паров металла при перегорании и ухудшению (для свинцовых вставок) условий гашения дуги. Пары цинка имеют относительно невысокий потен­ циал ионизации, и их обилие способствует гашению дуги. Вставки из меди и серебра имеют меньшее сечение, но при токах, близких к номинальным, они сильно нагрева­ ются, что приводит к разрушению деталей предохрани­ теля. Медные вставки для стабильности их ампер-се- кундных характеристик должны иметь антикоррозион­ ное покрытие.

Для снижения электродинамических и термических воздействий на проводники и аппараты защищаемой це­ пи плавкая вставка должна перегорать в кратчайшее вре­ мя до появления ударного значения тока, т. е. должна ограничивать ток. Чем меньше время перегорания плав­ кой вставки и меньше величина тока при этом, т. е. чем круче ампер-секундная характеристика, тем выше т о к о ­ о г р а н и ч и в а ю щ е е д е й с т в и е предохранителя.

Для сокращения времени плавления вставки ей при­ дают специальную плоскую форму с двумя или несколь­ кими суженными участками или используют металлур­

нальном токе избыточное тепло, выделяющееся в суже­ ниях, вследствие высокой теплопроводности успевает распространиться к более широким участкам вставки и

вся вставка имеет практически одинаковую температуру. При резком увеличении тока процесс нагрева можно считать адиабатическим, т. е. без отдачи тепла и встав­ ка перегорает в одном или нескольких суженных местах. Во втором случае для ускорения плавления вставки на медные или серебряные проволоки, обычно включенные параллельно, напаивают небольшие оловянные шарики.

Гашение электрической дуги, возникающей после пе­ регорания вставки, должно происходить в короткое вре­ мя, которое будет зависеть от конструкции предохрани­ теля и способа гашения. В предохранителях с закрыты­ ми разборными патронами из фибры без наполнителя (тип ПР) дуга гаснет за счет высокого давления (40— 60 кгс/см2) и свойств среды, возникающих в патроне при горении дуги и разложения фибры (50 % С 02, 40 % Н2, 10 % Н20 ). В предохранителях с закрытыми патронами при наличии наполнителя (обычно кварцевого песка, на­ пример, в предохранителях типа ПН) дуга гаснет бла­ годаря интенсивному охлаждению ствола дуги наполни­ телем и давления, создаваемого дугой в узких каналах наполнителя.

Наибольший ток, который может отключить предо­ хранитель без повреждений, называют предельным то­ ком отключения предохранителя.

Предохранители разборного типа без наполнителя способны отключать токи до 10—30 кА при напряжении источника 220—500 В, а с наполнителем, т. е. засып­ ные— до 50 кА при напряжении сети 380 В.

Вследствие того что ампер-секундные характеристики существующих предохранителей довольно крутые, с по­ мощью одного предохранителя нельзя одновременно за­ щитить цепь от токов к. з. и от токов перегрузок. Защи­ та цепей от перегрузок обычной осуществляется тепло­ выми реле на основе биметаллических элементов (см. магнитные пускатели), а от токов к. з. — предохраните­ лями. Современные инерционные предохранители имеют ампер-секундную характеристику, которая позволяет их использовать для защиты от токов к. з. и от перегрузок

[Л. 22].

Плавкие предохранители не имеют размыкающих контактов и приводов, поэтому их применяют в сочета­ нии с простейшими отключающими аппаратами для опе­ ративной коммуникации цепей в рабочем режиме: ру­ бильники, контакторы и др.

132

Основные достоинства плавких предохранителей

в простоте и компактности конструкции, экономичности,

анедостатки — в необходимости замены перегоревшей вставки, невозможности АПВ, в ограниченной селектив­

ности (избирательности) действия (только в радиальных разомкнутых цепях).

К о н т а к т о р ы — аппараты дистанционного дейст­ вия, предназначенные для частых включений и отключе­ ний силовых электрических цепей при нормальных ре­ жимах работы. Для защиты от токов короткого замыка­ ния последовательно с контактором устанавливают плав­ кие предохранители или автоматы без дистанционного управления.

Устройство контактора и принципиальная схема его управления представлены на рис. 5-8. Замыкание кон­ тактов 5, 6 осуществляется электромагнитом 7, катушка которого включается в основную цепь или получает пи­ тание от постороннего источника при нажатии кнопки включения 1 или при замыкании контактов реле време­ ни И цепей автоматики. При этом якорь 8 притягивает­ ся к сердечнику 9, замыкая кроме основных контактов подвижного 6 и неподвижного 5 блок-контакты 10, которые шунтируют контакты кнопки включения 1 и обеспечивают удержание контактора во включенном по­ ложении. Контакты 5 я 6 находятся внутри дугогаси­ тельной камеры 4 с дугогасительной решеткой. Отклю­ чение контактора осуществляется размыканием цепи удерживающего электромагнита кнопкой отключения 2

133

или контактами реле отключения 3, включенного в цепи

автоматики.

Для управления двигателями применяют контакторы, снабженные для защиты от перегрузок тепловыми реле; такие контакторы называют м а г н и т н ы м и п у с к а т е ­ лями. Тепловые реле, включаемые в токовые цепи двух фаз, содержат нагревательный элемент и биметалличе­ скую пластину, изготовленную из сплавов с разными коэффициентами линейного расширения. При перегруз­ ках (7ч-8) Дом температура нагревательного элемента

ных пускателей) получили наибольшее распространение в электроустановках собственных нужд станций для управления электродвигателями, их изготовляют на но­ минальные токи от 75 до 600 А (в зависимости от серии) при напряжении до 660 В.

А в т о м а т и ч е с к и е в ы к л ю ч а т е л и (автома­ ты) — аппараты, предназначенные для автоматического размыкания электрических цепей при перегрузках, ко­ ротких замыканиях и для редких оперативных переклю­ чений при нормальных режимах работы.

Автоматы обычно выполняют функции защитных аппаратов при коротких замыканиях или перегрузках (автоматы максимального тока), снижении или исчезно­ вении напряжения (автоматы минимального напряже­ ния), изменении направления передачи мощности или тока (автоматы обратного тока или обратной мощно­ сти). При этом независимо от выполняемых функций их

лее 0,005 с), так как конструктивные особенности авто­ матов определяются главным образом именно этим па­ раметром [Л. 20].

Собственное время срабатывания зависит от конст­ рукции механизма размыкания автомата, силы отклю­ чающих пружин, массы подвижной системы и пути пере­

134

мещения этой массы до момента начала размыкания контактов.

В отдельную группу выделяют автоматы гашения поля.

Автоматы изготовляют на номинальные токи до 6 000 А, а отдельные серии до 20 000—30 000 А и на но­ минальные напряжения до 660 В переменного тока. Бы­ стродействующие автоматы изготовляют на номиналь­ ное напряжение до 3 300 В постоянного тока. Отключаю­ щая способность автоматов достигает 200—300 кА. Их выполняют одно-, двух- и трехполюсными.

Автоматы имеют следующие системы и конструктив­

тельными контактами), двухступенчатой (с главными и дугогасительными контактами) и при использовании ме­ таллокерамики — одноступенчатой. Д у г о г а с и т е л ь ­ н а я с и с т е м а может состоять из камер с узкими ще­ лями или из камер с дугогасительными решетками. Ком­ бинированные дугогасительные устройства — щелевые камеры в сочетании с дугогасительной решеткой приме­ няют для гашения дуги в ограниченном объеме при весь­ ма больших токах. Пр и в о д , служащий для включения автомата, может быть ручным непосредственного дейст­ вия и дистанционным (соленоидным, пневматическим и др.). Отключение автоматов осуществляется отключаю­ щими пружинами. Привод содержит механизм свободно­ го расцепления, который предназначен для обеспечения моментального отключения автомата под действием от­ ключающих пружин при наличии ненормального режима в защищаемой цепи. Кроме того, механизм свободного расцепления служит для нарушения механической связи между силовым включающим элементом и передаточ­ ным механизмом, чтобы исключить повторное действие привода при подаче команды на включение автомата на неисправную цепь (например, при включении на корот­ кое замыкание). Р а с ц е п и т е л и , служащие для конт­ роля параметров цепи (тока, напряжения, направления тока или мощности), действуют на механизм свободного расцепления для отключения автомата при нарушениях в цепи. К о м м у т а т о р с б л о к-к о н т а к т а м и служит для переключений в цепях управления, блокировки и сигнализации при изменении положения автомата: «включено» или «отключено».

135

реводится в нижнее положение, при этом фигурный рычаг 16 приходит в зацепление с защелкой 20, да­ лее рукоятка 17 переводится вверх и вместе с ней пружина 19 переместится в такое положение, что состав­ ляющая ее силы, приложенная к точке сочленения рыча­ гов 14, 15, будет направлена вверх. Сочленение рычагов 14, 15 ломаются и перемещаются вверх от мертвого (по прямой линии, соединяющей оси рычагов) положения до упора (неподвижной оси рычага 16). Для отключения автомата достаточно освободить рычаг 16 механизма свободного расцепления из защелки 20, что происходит

дом рукоятки вниз с одновременным перемещением на­ правления приложения силы отключающей пружины 19 к точке сочленений рычагов 14, 15 ниже мертвого поло­ жения.

5-8. КОММУТАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ НА НАПРЯЖЕНИЕ ВЫШЕ 1 000 В

П р е д о х р а н и т е л и в ы ш е 1 000 В аналогичны рас­ смотренным выше, но работают при более тяжелых усло­ виях гашения дуги. В современных конструкциях в ос­ новном применяется гашение дуги в узких каналах при высоком давлении (предохранители с мелкозернистым наполнителем) и гашение дуги при помощи автогазового или жидкостного дутья.

Предохранители серий ПК и ПКТ с мелкозернистым наполнителем (в виде кварцевого песка) состоят из фар­ форовой герметичной трубки, армированной латунными контактными колпачками, в которой расположены мед­ ные посеребренные (ПК) или константановые (ПКТ) проволочные плавкие вставки. Для улучшения условий гашения дуги вставки должны иметь достаточно боль­ шую длину и малое сечение. Это достигается примене­ нием нескольких параллельных вставок в виде спира­ лей-пружин (ПК) или намотанных на ребристый кера­ мический сердечник (ПК, ПКТ). Для уменьшения тем­

действия при коротких замыканиях на вставки напаи­ вают оловянные шарики, создающие металлургический эффект. При расплавлении вставки дуга горит в узком

137

канале, образованном металлом испарившейся плавкой вставки. Тесное соприкосновение дуги с окружающим ее кварцем в условиях высокого давления, образовавшего­ ся за счет паров металла, ускоряет ее гашение. Предо­ хранители ПК и ПКТ имеют указатели, которые выбра­ сываются пружиной из трубки при перегорании вставки.

При перегорании предохранителя в момент испаре­ ния— «взрыва» пары металла обладают свойствами ди­ электрика, вследствие чего ток мгновенно обрывается и возникают перенапряжения (до 4,5—5 £/ф), способные пробить газовый промежуток. Для снижения перенапря­ жений применяют вставки, состоящие из двух последо­ вательно соединенных вставок разных сечений. Вначале перегорает вставка с меньшим сечением, потом — встав­ ка с большим сечением. Это приводит к некоторому за­ медлению отключения и снижению перенапряжения.

Предохранители серии ПК предназначены для защи­ ты цепей напряжением до 35 кВ, их изготовляют на но­ минальные токи до 400 А и мощность отключения

■^откл^ЗОО ТЫС. кВ-А (5откл = 1^3(/намЛкш .откл) •

Предохранители серии ПКТ предназначены для за­ щиты измерительных трансформаторов напряжения до 35 кВ, они имеют мощность отключения 1 млн. кВ-А и более.

Предохранители с автогазовым, газовым и жидкост­ ным гашением дуги выполняют с короткой плавкой вставкой, которая состоит из медной токоведущей части и стальной удерживающей части. После перегорания сначала медной, а затем стальной частей дуговой про­ межуток удлиняется с помощью пружин или давления образующихся газов. Дуга втягивается в дугогасящую или газогенерирующую среду и под действием газового или жидкостного дутья гаснет.

В стреляющих предохранителях типа ПСН, исполь­ зуемых в установках 10, 35 и ПО кВ, дуга, возникающая при сгорании плавкой вставки, затягивается пружиной ножа в канал газогенерирующей трубки и гасится мощ­ ным продольным дутьем газов, выбрасываемых из труб­ ки со световым и звуковым эффектом.

Р а з ъ е д и н и т е л и предназначены для включения и отключения электрических цепей под высоким напряже­ нием без тока или при небольшом токе (холостого хода силовых трансформаторов, зарядного тока воздушных и кабельных линий и т. п.). Назначение разъединителя —

138

изолировать участок цепи на время ремонта электрообо­

ножей, предусматривают заземляющие ножи с одной или двух сторон. В некоторых схемах электрических соедине­ ний используют разъединители для изменения схемы установки путем переключения отдельных цепей, находя­ щихся под напряжением, если эти переключения не со­ провождаются обрывом тока и возникновением дуги на контактах разъединителя.

Конструкции разъединителей различных типов отли­ чаются характером движения ножа, устройством основ­ ного элемента — контактов, которые должны надежно работать при номинальном режиме и обладать стой­ костью при коротких замыканиях. В разъединителях применяют высокие контактные нажатия. Для обеспече­ ния электродинамической стойкости используют электро­ магнитные и электродинамические компенсаторы.

Разъединители снабжают ручным, электродвигательным или пневматическим приводом, который, как прави­ ло, во избежание ошибочных действий (размыкания под током) блокируют с приводом выключателя.

В ы к л ю ч а т е л и предназначены для отключения и включения цепей высокого напряжения в нормальных и аварийных режимах. Они являются одним из наиболее ответственных аппаратов в электроустановках. Совре­ менные выключатели выполняют на номинальные токи от 50 до 20 000 А, номинальные напряжения от 3 до 750 кВ с мощностью отключения от 50 до 40000 МВ-А.

Конструкция выключателя прежде всего определяет­ ся способом гашения дуги. Поэтому современные вы­ ключатели можно разделить на следующие группы

[Л. 20].

1.Масляные выключатели — гашение дуги происхо­ дит в масле: баковые (с большим объемом масла, кото­ рое служит также изоляцией) и маломасляные или горшковые [с малым объемом масла, являющимся только ду­ гогасящей (генерирующей) средой].

2.Воздушные выключатели — гашение дуги осуще­ ствляется сжатым воздухом, запасенным в резервуаре

выключателя.

3. Автогазовые выключатели — гашение дуги осуще­ ствляется газами, которые выделяются из стенок камер под действием высокой температуры дуги.

139