Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Никифоровский Н.Н. Судовые электрические станции учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
82
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
17.3 Mб
Скачать
Рис. 5.23. Секция пакетного выклю­ чателя и переключателя

лей — в небольших габаритах, отсутствии открытой электрической дуги и открытых токоведущих частей, что повышает надежность и бе­ зопасность работы установки.

Пакетные выключатели рассчитаны на включение и отключение цепей под нагрузкой, что позволяет использовать их не только для включения и отключения линий, но и, например, в качестве пускате­ лей мелких двигателей.

Выпускаемые пакетные выключатели выполняются в виде одно-, двух- и трехполюсных аппаратов. Каждый полюс выключателя сос­ тоит из отдельного кольца-секции.

В многополюсных выключателях секции установлены одна над дру­ гой. Внутри секции расположена контактная система полюса. Сек­ ция (рис. 5.23) состоит из корпуса /, выполненного из изоляционного материала. В корпусе укреплены неподвижные контакты 3 с вывод­ ными винтовыми зажимами. В сек­ цию входят также подвижные скользящие пружинящие контак­ ты 2 и фибровые дугогасящие шай­ бы 4. Секции различных полюсов отличаются друг от друга только расположением неподвижных кон­ тактов в пазах корпуса, что облег­ чает присоединение к ним прово­ дов внешней цепи.

В центральные отверстия подвижных контактов вставляется перек­ лючающий изолированный валик, связывающий подвижные контакты с переключающим механизмом, расположенным над контактной сис­ темой в крышке пакетного выключателя.

Переключающий механизм выключателей обеспечивает быструю коммутацию цепи, причем скорость движения подвижных контактов не зависит от скорости вращения оператором рукоятки выключа­ теля, а определяется заводной пружиной, встроенной в переключаю­ щий механизм выключателя.

Двойной разрыв цепи в каждом полюсе выключателя, значитель­ ная скорость движения контактов и наличие фибровых дугогасящих шайб обеспечивают довольно высокую отключающую способность пакетных выключателей (при напряжении установки до 250 в). Их ценная особенность заключается также в том, что пакеты секций вы­ ключателя могут встраиваться в защитные оболочки: водозащищен­ ные, герметические и др.

Ценно также и то, что из секций можно собирать разнообразные схемы многополюсных пакетных переключателей.

К недостатку выключателей следует отнести небольшую отклю­ чающую способность при напряжении 350—380 в, особенно при ин­ дуктивном характере нагрузки.

237

Автоматические воздушные выключатели

Автоматические воздушные выключатели (АВВ) — это аппараты, предназначенные для защиты и коммутации цепей постоянного и переменного тока напряжением до 500 е, 50 гц, а иногда и на большие напряжения, при ненормальных режимах работы и повреждениях (перегрузках., коротких замыканиях, снижения напряжения и др.). Выключатели применяют также для нечастых (в сравнении с контак­ торами) замыканий и размыканий цепей при нормальной работе.

Рис. 5.24.

Принципиальные схемы устройства АВВ

с реле максимального тока

 

и их защитные характеристики:

а — б е з в ы д е р ж к и в р е м е н и ; б — н е с е л е к т и в н ы е с е р и и A B ; б — с т е п л о в ы м и э л е к т р о м а г н и т ­

 

н ы м э л е м е н т а м и

 

АВВ

подразделяют на универсальные

том числе селективные)

и установочные.

 

АВВ как аппараты защиты выполняют функции: защита от мак­ симального тока; защита от пониженного (минимального) напряже­ ния; защита от обратной мощности. Для выполнения этих функций в АВВ встраивают реле; их иногда называют расцепителями.

АВВ с реле максимального тока предназначены для размыкания

цепи при токах. На рис. 5.24

приведены схемы устройства и харак-

тристики распространенных типов таких АВВ.

схема

устройства

На

рис. 5.24, а приведена

принципиальная

АВВ с

реле максимального тока без выдержки

времени.

Когда ток

в защищаемой цепи превысит минимальную величину тока, при ко­ тором электромагнит 1 преодолевает усилие пружины 2, он притя­ гивает якорь 3; при этом якорь, поворачиваясь на оси 4, освобож­ дает рычаг 5, и выключатель под действием пружины 6 отключается.

Рассматриваемый выключатель снабжен максимальным токовым реле (максимальным расцепителем), которое относят к числу первич­ ных реле прямого действия (§ 6.2). Минимальный ток, при котором реле (расцепитель) срабатывает, называется током срабатывания реле

238

/ ср. Величину / ср регулируют натяжением пружины 2. При рассмат­ риваемых особенностях выключателя время отключения им цепи при токах I > / ср практически неизменно и, в зависимости от типа вык­ лючателя, составляет 0,02—0,25 сек. В выключателях с замедлителем срабатывания (селективные выключатели) время срабатывания может увеличиваться, например до 0,6 сек.

На рис. 5.24, а представлена защитная (независимая) характе­ ристика выключателя: с изменением тока в реле t срабатывания вык­ лючателя остается неизменным.

Независимую характеристику имеют установочные АВВ серии А-3000 (А-3100, А-3300, А-3700 и др.) с электромагнитным расцепите­ лем, универсальные АВВ 'серии AM и др.

На рис. 5.24, б представлена схема устройства и характеристика неселективного АВВ серии AB с так называемой ограниченно-зави­ симой характеристикой. Когда ток нагрузки превысит ток срабатыва­ ния электромагнита 1 реле выключателя, якорь 3 реле начнет пово­ рачиваться на оси 4, и усилие при этом через пружину 5, выполняю­ щую роль жесткой связи, передается пружине 2 и механизму реле времени РВ. В качестве реле времени часто используют часовой

механизм,

реже — гидравлические замедлители (выключатели АК50).

Чем больше ток

в обмотке электромагнита, тем больше его электро­

магнитная

сила

и тем быстрее срабатывание выключателя. Начиная

с момента,

когда / = / отс и (70тс > / ср),

пружина 5, растягиваясь,

позволяет якорю реле сбросить защелку

выключателя еще до того,

как растянется пружина 2 и сработает механизм выдержки времени. Часть характеристки выключателя, зависящая от тока, удоб­ на для защиты элементов сети (приемников, линий) от токов недопу­ стимой перегрузки, тогда как независимая часть харатеристики при небольшом времени срабатывания выключателя позволяет пре­ дотвратить разрушительное действие токов к. з. Величину / ср регу­ лируют натяжением пружины 2, а / отс — натяжением пружины 5. Ограниченно-зависимую характеристику имеют АВВ серии АК50 с гидравлическим замедлителем и электромагнитным расцепителем,

А-3000 с комбинированными расцепителями, состоящими из теплового ' (биметаллического) и электромагнитного или полупроводникового и электромагнитного элементов. Схема устройства и характеристика АВВ с тепловым и электромагнитным элементами представлена на на рис. 5.24, в. При токах нагрузки в границах от /ср до / отс рабо­ тает только тепловой расцепитель; его время срабатывания на этом участке зависит от тока (чем больше ток через тепловой расцепитель, тем меньше время срабатывания). Для тепловых расцепителей выклю­

чателей А-3000 обычно

/ср л; 1,3/р.ном, для полупроводниковых —

/ср ж 1,25/р.ном, где

/р-ном — номинальный ток расцепителя.

В АВВ серий АК50,

А-3000 и др. электромагнитный расцепитель,

начиная с тока цепи, равного / отс, срабатывает быстрее гидравличес­ кого, теплового или полупроводникового расцепителей. Время сра­ батывания выключателей при I > / отс практически от тока не зависит.

Ограниченно-зависимую характеристику имеют селективные АВВ типа А'3700 С и серии AB с замедлителями расцепления. Замедлитель

239

задерживает срабатывание ABB на некоторый регулируемый проме­ жуток времени, не зависящий от тока через выключатель. Время за­ держки (замедления) срабатывания чаще всего составляет 0,1—0,6 сек. Выдержка времени (ступень времени) в срабатывании АВВ необхо­ дима для обеспечения избирательности действия защиты при токах к. з. (§ 6.3).

Выключатели с реле максимального тока получили наибольшее распространение среди АВВ.

Рис. 5.25. Принципиальные схемы устройства АВВ с реле минимального напряжения и обратной мощности и их защитные характеристики:

а — с р е л е м и н и м а л ь н о г о н а п р я ж е н и я ; б — с р е л е о б р а т н о г о т о к а

АВВ с реле пониженного напряжения предназначены для автомати­ ческого размыкания цепи при понижении напряжения до установлен­ ной границы.

Размыкание цепи в случае понижения напряжения необходимо для предотвращения одновременного пуска при восстановившемся нап­ ряжении большого числа двигателей, остановившихся в результате длительного и глубокого провала напряжения или его полного снятия.

На рис. 5.25, а приведена схема устройства и характеристика АВВ с расцепителем реле минимального напряжения. При снижении напряжения электромагнит 1 отпускает якорь 2, который сбрасывает защелку 3, в результате чего выключатель отключается. Регулирова­ ние напряжения срабатывания Ucp обеспечивается изменением на­ тяжения пружины 4.

240

Такую характеристику имеет, например, АВВ типа А-3700 с мини­ мальным расцепителем.

Нужно иметь в виду, что не всегда остановившиеся двигатели сле­ дует отключать от шин; напротив, двигатели таких ответственных судовых агрегатов, как насосы масляные, охлаждения, питания кот­ лов и др. следует оставить подключенными, чтобы при восстановив­ шемся напряжении в. установке они автоматически запускались и в кратчайшее время восстанавливали свою работу. Самозапуск асинхронных короткозамкнутых двигателей ответственной группы потребителей широко практикуется в стационарных установках. Его следует практиковать и на судах с учетом возможностей установ­ ки с генераторами и дизелями относительно небольшой мощности.

Применение реле минимального напряжения ограничивается так­ же и тем, что в настоящее время они не имеют выдержки времени и мо­ гут срабатывать при кратковременных (0,15—0,6 сек) глубоких провалах напряжения при коротких замыканиях. Вместе с тем за время к. з. в судовых установках двигатели не притормаживаются настолько, чтобы их следовало отключать.

АВВ с реле обратной мощности предназначены для автоматиче­ ского отключения цепи при изменении в ней направления мощности (§ 6.5). Контроль за направлением мощности обычно осуществляется специальными реле, установленными вне АВВ: реле обратного тока (в установках постоянного тока), реле обратной мощности (в установ­ ках переменного тока), которые, срабатывая, включают независимый расцепитель, установленный в выключателе. Схема устройства и ха­ рактеристика выключателя, защищающего генератор постоянного тока, приведены на рис. 5.25, б.

В автоматических выключателях, образующих группу универ­ сальных АВВ, например AB, АС, AM, А-3700 и другие, одновременно могут устанавливаться расцепители различного назначения (макси­ мальные и др.).

К числу основных элементов автоматических выключателей отно­ сят: расцепитель, контактную систему, дугогасительное устройство и привод выключателя.

Контактная система выключателей напряжением до 1000 в чаще всего состоит из главных (рабочих) и дугогасительных контактов, образующих две цепи, включенные (по отношению друг к другу) параллельно. При отключении выключателя первыми размыкаются главные контакты и ток из цепи главных контактов сбрасывается в цепь дугогасительных. Сброс тока практически всегда сопровождает­ ся образованием на главных контактах кратковременной электриче­ ской дуги. Для уменьшения разрушения контактов (уменьшения дуго­ вой эрозии), естественно, стремятся к уменьшению времени горения дуги, а оно при данном токе тем меньше, чем меньше индуктивность контура из параллельных цепей.контактов и чем меньше сопротивле­ ние цепи дугогасительных контактов. Для уменьшения индуктивности контура главные и дугогасительные контакты располагают возможно ближе, а для уменьшения сопротивления подбирают материал дугога­ сительных контактов с небольшим контактным сопротивлением.

241

Напомним, что для уменьшения Дуровой эрозии контактов целе­ сообразно применение металлокерамических композиций (§ 5.3). В последнее время эти композиции находят все более широкое приме­ нение, что существенно повышает возможное число операций включе­ ния и отключения аппаратов при токах к. з. без замены контактов и, значит, облегчает эксплуатацию выключателей. Контактные си­ стемы выключателей проектируют с учетом их достаточной термиче­ ской и динамической устойчивости.

Дугогасительные устройства в АВВ выполняют в виде камер с деионной решеткой или узкой щелью, расположенной иногда, для умень­ шения габаритов камеры, зигзагообразно. Гашение дуги в таких

камерах рассмотрено в § 5.2. АВВ пожаробезопасны.

времени

Полное время

срабатывания АВВ /в складывается из

к — от момента,

когда ток в цепи выключателя достиг

значения

тока срабатывания реле / ср, до момента удара якоря реле по расцепи­ телю, времени t%— от момента удара якоря реле до момента начала размыкания контактов (образования дуги) и из времени 13 — от мо­ мента образования дуги до момента ее гашения. Таким образом,

к ~ к + к + к-

Для выключателей серии А-3000 время к очень мало и составляет

примерно 0,005—0,02 сек, полное

время

tB равно

0,012—0,05 сек.

У селективных выключателей tB =

0,18-f-0,63 сек (серии AM и др.).

В установках постоянного тока

имеет

значение

также время от

начала нарастания тока до значения /ср. Оно определяется ско­ ростью изменения тока в защищаемой цепи и током / ср.

Автоматические установочные выключатели типов А-3100 иА-3300

изготавливаются на номинальные токи 100, 200 и 600 а. Они предназ­ начены для нечастых коммутаций и защиты (см. гл. 6) электрических цепей напряжением 220 в (постоянный ток) и 380 в (переменный трк) от перегрузок и коротких замыканий.

Ввыключателях на номинальные токи 200 и 600 а контактная система состоит из главных и очень близко расположенных к ним дуго­ гасительных контактов, выполненных из металлокерамики на основе серебра. Близость контактов практически полностью исключает дуговую эрозию главных контактов при коммутации ими тока.

Ввыключателях на 100 а (рис. 5.26) контактная система состоит только из главных контактов, причем при отключении сперва размы­ каются нижние (рабочие) части главных контактов выключателя, а затем верхние, что предотвращает разрушение рабочей части поверх­ ности контактов дугой, образующейся при разрыве выключателем электрической цепи. Дугогасительное устройство выключателей вы­ полнено в виде деионной решетки из стальных пластин. Гашение дуги

втакой камере обеспечивается ее дроблением на короткие дуги (§ 5.2).

Ввыключатели встраивают тепловые или электромагнитные мак­ симальные расцепители. Встраивают также максимальные комбини­ рованные расцепители.

Тепловой расцепитель состоит из двух соединенных пластин, ма­ териалы которых имеют разные коэффициенты линейного расшире­ ния при нагреве, например сплав никеля с железом — у одной из

242

125

Рис. 5.26. Выключатель A-3I20 на 100 а, 500 в с комбинированным расцепителем:

1 о с н о в а н и е п л а с т м а с с о в о е ; 2 — ш и н а ; 3 з а ж и м ; 4 — п л а с т и н ы д у г о г а ­

с и т е л ь н о й р е ш е т к и ; 5 — к р ы ш к а ; 6 — р у к о я т к а ; 7 — р ы ч а г ; 8 — з а щ е л к а ; 9

р е й к а ; 10 — в и н т р е г у л и р о в о ч н ы й ; 11 —■ э л е м е н т т е п л о в о г о р а с ц е п и т е л я ; 12 рычаг расцепителя; 13 — п р у ж и н а ; 14 — с е р д е ч н и к э л е к т р о м а г н и т а ; / 5 — я к о р ь ;

16 — в а л и з о л и р о в а н н ы й ; 17 — п р о в о д н и к г и б к и й ; 18 — р ы ч а г м е х а н и з м а с в о ­ б о д н о г о р а с ц е п л е н и я ; 19 «— п л а с т и н а ; 20 и 21 — к о н т а к т ы п о д в и ж н ы й и н е

п о д в и ж н ы й

пластин и константана — у другой. Изгиб пластины при нагреве током перегрузки оказывается достаточным, чтобы регулировочный винт 10, укрепленный на ней, повернул рычаг 12 и сместил защелку 8, что позволяет пружине 13 отключить АВВ.

Электромагнитный расцепитель состоит из электромагнита 14, катушка которого включена в шину 2 полюса (фазы) выключателя. При токе / отс якорь 15 притягивается к электромагниту, при этом рычаг 12 поворачивается, смещает защелку 8, и АВВ отключается.

Тепловой и электромагнитный расцепители, работающие неза­ висимо один от другого, образуют комбинированный расцепитель.

При эксплуатации установочных АВВ с тепловыми шатровыми расцепителями следует считаться с тем, что после срабатывания расцепителя необходима пауза в 1—5 мин для его остывания, а лишь затем выключатель может быть снова включен.

Расцепители выключателей А-3100 и А-3300 имеют нерегулируемые установки и калибруются на заводе-изготовителе.

Устройство выключателей А-3300 во многом повторяет устройство выключателей А-3100.

Привод у выключателей А-3100 и А-3300 ручной и имеет свободное расцепление.

В механизме привода любого типа свободное расцепление необ­ ходимо для разобщения выключателя от силовой части привода. Это связано с тем, что расцепители могли вызвать отключение выклю­ чателя даже тогда, когда силовая часть привода выключателя про­ должает операцию включения.

Выключатели типа А-3700 заслуживают особого внимания. Они предназначены для максимальной токовой защиты электрических установок при перегрузках и коротких замыканиях в цепях напря­ жением до 660 в переменного тока и 440 в постоянного тока и, при не­ обходимости, для обеспечения защиты при снижении напряжения; их изготавливают на номинальные токи до 630 а.

Полезная отличительная особенность выключателей — различные сочетания, предусматриваемые при заказах: блок-контакты, неза­ висимый дистанционный расцепитель (отключающее реле), расцепи­ тель минимального напряжения (t/cp <; 0,ЗНном), электрический привод для дистанционного управления. Отключающая способность выключателей очень велика.

Выключатели А-3700 по времени срабатывания при токах к. з. имеют два исполнения: токоограничивающие выключатели, срабаты­ вающие за время t -< 0,01 сек (тип А-3700Б) и селективные выключа­ тели, срабатывающие через t <; 0,4 сек (тип А-3700С).

На рис. 5.27, а, б приведены структурная блок-схема бесконтакт­ ного устройства («полупроводниковый расцепитель») защиты выклю­ чателей А-3700 и их характеристики. На блок-схеме измерительный элемент 1 (например, трансформатор тока) обеспечивает пропорцио­

нальное преобразование тока через АВВ в

выходное напряжение,

2 — выделяет максимальное из напряжений

измерительных элемен­

тов, 3 — реле перегрузки (§ 6.2), 4 — реле времени с обратнозависи­ мой от тока характеристикой, 5 — реле короткого замыкания (§ 6.2),

244

Рис. 5.27. Защитные характеристики выключателей:

Й — структуриая блок-схема расцепителя АВВ типа А-3700; б — характеристика

АВВ типа А-3700 переменного тока, токоограничивающего исполнения при срабатывании полупроводникового расцепителя под действием тока к. з., превышаю­ щего ток его уставки, но ниже тока уставки электромагнитного расцепителя; 1 и 2 — при протекании тока по трем полюсам; в — характеристика АВВ типа А-3700

переменного тока с полупроводниковыми расцепителями при токах перегрузки

меньших тока

уставки расцепителя в зоне

токов к. з.; 1 — зона

при

времени!

установленном на шкале, 16 сек; 2 — то же, но при времени 4

сек;

г — харак­

теристика АВВ

типа АК50, трехполюсного

с электромагнитным

расцепителем

 

{Іот:с*=7 1р.ном) и гидравлическим замедлителем

 

 

6 — блок постоянного запаздывания срабатывания защиты при токе к. з. (включается в схему расцепителя селективного АВВ), 7 — уси­ литель сигналов (работает на независимый электромагнитный расце­ питель, встроенный в АВВ).

При заказе выключателей А-3700 можно предусматривать выдвиж­ ное выполнение, что облегчает их эксплуатацию. Удобно и то, что

Завод-изготовитель

запрещает

опиливать

неровности

и

наплывы

 

 

 

 

 

 

на

контактах,

 

возникшие

 

 

 

 

 

 

в

результате

воздействия

 

 

 

 

 

 

электрической дуги, чтобы не

 

 

 

 

 

 

повредить напаянную на кон­

 

 

 

 

 

 

такты тонкую металлокерами­

 

 

 

 

 

 

ческую пластинку.

 

 

 

 

 

 

 

 

Установочные

выключате­

 

 

 

 

 

 

ли типа АК50 изготовляются

 

 

 

 

 

 

на

номинальный

 

ток

50 а

 

 

 

 

 

 

(63 а) при номинальном токе

 

 

 

 

 

 

расцепителей

от

0,6 до 50 а

 

 

 

 

 

 

(63 а) и могут работать в се­

 

 

 

 

 

 

тях напряжением до 400 в пе­

 

 

 

 

 

 

ременного тока и 320 в посто­

 

 

 

 

 

 

янного тока.

Автоматические

 

 

 

 

 

 

выключатели снабжены элек­

 

 

 

 

 

 

тромагнитным расцепителем с

 

 

 

 

 

 

гидравлическим замедлителем

 

 

 

 

 

 

или

только

электромагнит­

АВВ А-3700 рассчитаны для работы без смены каких-либо деталей.

Рис. 5.28. Автоматический выключатель

ным расцепителем.

 

 

 

АК50:

 

 

 

 

реле

1 — крышка;

2 — механизм управления;

3 — ду­

Электромагнитное

гогасящее устройство; 4 — расцепитель

макси­

(максимальный расцепитель)

мального тока; 5 — выводные

зажимы;

6 — кор­

пус пластмассовый; 7 — якорь;

8 — полюсный

выключателя (рис. 5.28) имеет

наконечник; 9 — головка плунжера; 10 — труб­

две подвижные детали, яв­

ка;

И — плунжер;

12

пружина

провода

реле: якорь 7

и плунжер 11.

ляющиеся частью

магнито­

При небольших токах

пере­

грузки плунжер электромагнитными силами подтягивается к полюс­ ному наконечнику 8, перемещаясь в трубке 10, заполненной специаль­ ной жидкостью, тормозящей его перемещение, сила притяжения якоря 7 при перемещении плунжера к полюсу 8 возрастает и, наконец, достигает величины, достаточной для перемещения якоря в сторону полюса — выключатель срабатывает, так как усилие якоря передает­ ся через коромысло на рейку, воздействующую на механизм вы­ ключателя. При больших токах (токах отсечки) значение индукции в воздушном зазоре достаточно для притяжения якоря без перемеще­ ния плунжера. Индукция в зазоре возрастает и потому, что при боль­ ших токах головка плунжера 9 практически сразу, растягивая пру­ жину 12, перемещается в сторону полюса. На рис. 5.27, г приведена

защитная характеристика

выключателя.

АК50 выполнено

Дугогасительное устройство выключателей

в виде деионной решетки

из стальных пластин;

контактная систе-

246

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ