книги / Электрические аппараты. Общий курс

мыкания, что затрудняет получение необходимых ступе­ ней селективности.

Для дистанционного отключения автомата устанав­ ливается независимый электромагнитный расцепитель (поз. 11, рис. 18-1), который может быть выполнен как для питания постоянным током, так и для питания пере­ менным током. Обмотка электромагнита рассчитывается на кратковременный режим работы.

Номинальное напряжение расцепителя не берется вы­ ше 220 В. Если источник питания имеет более высокое напряжение, то ставится добавочное сопротивление.

Минимальный расцепитель выполняется также элек­ тромагнитного типа (поз 10, рис. 18-1). Для того чтобы избежать нагрева катушки в отключенном положении, она питается через замыкающий блок-контакт. Этот контакт при включении замыкается раньше, чем главные контакты. Благодаря этому механизм подготавливается к работе в процессе самого включения. Напряжение от­ падания электромагнита регулируется в пределах 35— 70% номинального. При снижении напряжения ниже на­ пряжения уставки пружина отрывает якорь от магнит­ ной цепи и воздействует на механизм свободного расцеп­ ления. Ввиду того что электромагнит не может притя­ нуть якорь при имеющемся большом начальном зазоре, в процессе включения механизм автомата либо подводит якорь к сердечнику, либо уменьшает натяжение пружи­ ны расцепителя. После окончания процесса включения восстанавливается натяжение пружины расцепителя.

Минимальный расцепитель может использоваться для дистанционного отключения, если последовательно с ним включить кнопку с размыкающим контактом. Если же минимальный расцепитель воздействует на механизм свободного расцепления через часовой механизм с вы­ держкой времени, то дистанционное отключение должно производиться независимым расцепителем.

18-5. Основные серии универсальных и установочных автоматов

а) Серия автоматов А-3700. Разрез автомата дан на рис. 18-4. Неподвижный контакт 7 имеет возможность небольшого перемеще­ ния и находится под действием контактной пружины. Подвижный контакт 6 укреплен на изоляционном рычаге, связанном с механиз­ мом аппарата через тягу 16. Контакты имеют металлокерамические накладки 8.

Гашение дуги осуществляется деионной дугогасительной каме­ рой 9 (§ 10-3). Полное время срабатывания токоограничивающего автомата 10—15 мс.

В селективных автоматах используется электродинамический компенсатор по рис. 18-1. Контакты не размыкаются до тех пор, пока не начнется движение рычага 16.

Для ручного включения рукоятка 11 сначала перемещается вниз. При этом рычаг 12 сцепляется с защелкой 13. Последняя фиксирова­ на полуосью отключающей рейки 14. При движении рукоятки вверх независимо от скорости движения происходит замыкание контактов под действием пружин 15, перебрасывающих ломающиеся рычаги 16 и 17 вверх. Вращение рычага происходит вокруг оси 02, расположен­ ной на рычаге 12. Такое включение называется моментным.

При отключении рукоятка 11 перемещается вниз до упора. Пру­ жины 15 создают момент, отключающий контакты. В случае корот­ кого замыкания якорь 18 расцепителя действует на отключающую рейку 14 и освобождает защелку 13, а следовательно, и рычаг 12. Происходит отключение. При перегрузках полупроводниковый блок защиты 5, питающийся от измерительного трансформатора тока 3, подает сигнал на независимый электромагнитный расцепитель 4. Якорь расцепителя 1 освобождает боек 2, воздействующий на отклю­ чающую рейку 14. Полупроводниковый блок защиты позволяет ре­ гулировать номинальный ток устройства и выдержку времени сраба­ тывания в широких пределах. При перегрузках возврат обеспечива­ ется, если после 75%-ной выдержки времени ток упадет до /н. При коротких замыканиях возврат обеспечивается, если после 50, 170, 320 мс с начала короткого замыкания ток упадет до 70% уставки тока короткого замыкания.

В автоматах переменного тока питание схемы полупроводнико­ вого блока происходит от трансформатора тока 3. В автоматах по­ стоянного тока в качестве датчика тока применяются магнитные эле­ менты (гл. 13). Питание схемы блока производится от специального стабилизированного источника.

В процессе эксплуатации работа полупроводникового блока за­ щиты может быть проверена без вывода автомата в ревизию.

Работоспособность полупроводникового блока сохраняется при колебании напряжения 85—110%.

Автомат может быть снабжен электромагнитным приводом для включения [Л. 3-7]. Выходной элемент привода воздействует на ру­ коятку 11 и обеспечивает включение и отключение аппарата. При монтаже привода автомат не разбирается и не демонтируется.

Номинальные токи серии автоматов 160—630 А. Номинальное переменное напряжение до 660 В, постоянное 440 В. Ожидаемый ток к. з. до 200 кА (амплитуда тока короткого замыкания цепи), износо­ стойкость до 5000—10 000 коммутационных операций ВО (см. § 19-1) в зависимости от номинального тока аппарата. Подробные сведения приведены в [Л. 3-7].

б) Серия автоматов «Электрон». Для сетей с большим номиналь­ ным током (250—4000 А) разработана серия «Электрон». Контактная и дугогасительная системы автомата изображены на рис. 18-5. Авто­ мат имеет основную (/, 2, 3) и дугогасительную (4, 5) контактные системы. Контактирующие поверхности облицованы металлокерами­ кой. Для повышения динамической стойкости используется компен­ сатор 8. При отключении поворачивается рычаг 9. Сначала переме­ щается мостик 1 и образуется зазор 6 мм, после чего размыкаются

контакты 4t 5. Образующаяся дуга затягивается в дугогасительную камеру, имеющую металлические пластинки 6. Для улучшения гаше­ ния стенки камеры сближаются, образуя вверху узкую щель. Для ограничения выброса пламени и ионизированных газов камера закры­ та пламегасителем 7. Отключаемый ток автомата достигает 65 кА. Номинальное переменное напряжение 660 В и постоянное 440 В. Вы­ ходные зажимы автомата выполнены втычной конструкции, что поз-

Рис. 18-5. Контактная и дугогасительные системы автомата серии «Электрон».

воляет легко вкатывать и выкатывать автомат по специальным рель­ сам для ремонта и ревизии. Дистанционное включение автомата про­ изводится электромагнитным (при /н = 600 А) или пружинным приводом (при /н =1000-4000 А).

18-6. Быстродействующие автоматы

Как указывалось в § 18-1, быстродействие может быть получено за счет сокращения собственного времени и времени гашения дуги. Последнее ограничивается пере­

напряжениями. Чем быстрее происходит уменьшение то­ ка, тем выше перенапряжения (§ 4-2). Поэтому возмож­ ности сокращения длительности горения дуги ограниче­ ны. В настоящее время она доведена до (1,5—2) - 10“"2 с (на постоянном токе). Основное внимание уделяется уменьшению собственного времени автомата.

Для получения малого собственного времени контак­ ты в быстродействующем автомате выполняются торце­ вого типа с малым провалом порядка 8— 10 мм. Макси­ мальное расстояние между контактами берется неболь­ шим и составляет 18—22 мм при номинальном напряжении до 3000 В.

После расхождения контактов между ними возникает металлический мостик. Образование дуги и ограничение тока в цепи за счет введения в цепь сопротивления дуги начинается при расстоянии между контактами 1 — 1,5 мм. Для уменьшения оплавления контактов и ускорения раз­ рыва металлического мостика в месте расположения кон­ тактов создается мощное магнитное поле.

С целью получения малого собственного времени не­ обходимо максимально сократить время от момента до­ стижения током значения / ср до момента расхождения контактов. В связи с этим в быстродействующих автома­ тах обычно не применяются защелочные механизмы и электромагнитные расцепители с якорем, имеющим зна­ чительный свободный ход. Стремятся либо непосредст­ венно (жестко) связать якорь электромагнитного элемен­ та с контактом, либо максимально упростить эти связи.

По способу разгона контактов при отключении быст­ родействующие автоматы разделяются на автоматы с пружинным, магнитно-пружинным, электромагнитным и электродинамическим отключением.

В зависимости от того, какие цепи защищают автоматы, они делятся на линейные, катодные и анодные. Из всех серий быстродей­ ствующих автоматов наиболее универсальной является серия ВАБ-28, которая выпускается на номинальные токи от 1500 до 6000 А и номинальные напряжения от 825 до 3300 В.

Электромагнитный механизм выключателей ВАБ-28, схематично изображенный на рис. 18-6, состоит из электромагнита 1 с удер­ живающей катушкой 2 и якоря 3. Последний может поворачиваться вокруг оси 0 1 из положения «включено» в положение «отключено» до упора 4.

В положении «включено» якорь 3 удерживается силами электро­ магнитного притяжения, которые создаются постоянным током, об­ текающим катушку 2. При этом отключающая пружина 5 и контакт­ ная пружина 6 растянуты. Ток защищаемой цепи проходит по шине At катушке магнитного дутья 8, подвижному контакту 7 и шине Б.

Отключение като д н о го вы клю чателя при обратном за­ жигании ртутных вентилей происходит следующим образом. Резкое падение тока в главной цепи, вызванное изменением знака тока, создает в сердечнике 11 уменьшающийся магнитный поток, который наводит э. д. с. в обмотке 12. Последняя присоединена к обмотке 13, витки которой проходят сквозь отверстия в магнитопроводе 1. Маг­ нитный поток обмотки 13 насыщает участки магнитопровода, что приводит к резкому увеличению магнитного сопротивления на пути основного потока. При некотором значении потока обмотки 13 си­

ла притяжения якоря уменьшится настолько, что он начнет движе­ ние под действием пружин 5 и 6. Большая скорость при размыка­ нии подвижного контакта достигается благодаря тому, что кине­ тическая энергия якоря 3, полученная им при разгоне, после вы­ бора зазора Ôударом передается контакту 7.

В процессе включения якорь свободного расцепления 10 притя­ гивается к скошенному полюсу электромагнита. Включение выклю­ чателя возможно, если в удерживающей обмотке 2 резко увели­ чить ток, что осуществляется контактором /С, который шунтирует добавочный резистор Ru форсируя питание обмотки 2. При этом якорь 3 притянется, растянув пружины 5 и 6. Подвижный контакт 7, однако, не может сдвинуться с места, так как его удерживает тяга 9, соединенная с якорем свободного расцепления 10. Замыкание кон­ тактов произойдет только после снятия форсировки, когда умень­ шится сила притяжения якоря свободного расцепления 10,

Отключение линейных выключателей производится за счет раз­ рыва цепи удерживающей катушки, который осуществляется размы­ кающими контактами специального реле (индуктивный дифферен­ циальный шунт) типа РДШ. Общий вид его дан на рис. 18-7. То­ коведущая шина 8 разделена на две параллельные ветви неравного сечения. Токи этих ветвей создают противоположно направленные м. д. с. в магнитопроводе 7. При возрастании тока распределение его по ветвям определяется не только активным, но и индуктивным соп­ ротивлением ветвей. Послед­ нее для нижней ветви мень­ шего сечения много больше, так как на этой ветви наса­ жены пакеты листовой ста­ ли 9. Индуктивное сопро­ тивление ветви меньшего се­ чения таково, что при своем резком возрастании ток практически полностью про­ ходит по ветви большего сечения. Таким образом, по­ ток в магнитопроводе 7 резко возрастает и якорь 6 притягивается к полюсу, размыкая контакты 1.

Чем больше скорость нарастания тока, тем быст­ рее срабатывает реле, поэто­ му оно срабатывает значи­

тельно раньше, чем ток достигнет величины статической уставки. Изменяя натяжение пружины 5 винтом 2, можно регулировать

ток статической уставки реле, которая указывается стрелкой 4 на шкале 3.

Контактная система выключателей ВАБ-28 сдвоенная: имеются основные и дугогасительные контакты.

Гашение дуги осуществляется в продольно-щелевой камере из асбестоцемента, имеющей три параллельные щели.

Кроме серии ВАБ-28, в СССР выпускается еще несколько серий быстродействующих автоматов, подробное описание которых можно отыскать в [Л. 18-2].

Г л ав а д е в я т н а д ц а т а я

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

19-1. Общие сведения

а) Назначение, основные параметры. Выключатель высокого напряжения предназначен для коммутации це­ пей переменного тока с напряжением 3 кВ и выше во всех режимах, возможных в эксплуатации: включение и от­ ключение номинальных токов, токов короткого замыка­ ния, токов холостого хода силовых трансформаторов и

емкостных токов конденсаторных батарей и длинных линий.

Основные параметры выключателей: номинальное напряжение, номинальный (длительный) ток, номиналь­ ный ток термической стойкости, номинальный ток элек­ тродинамической стойкости, номинальный ток отключе­ ния, номинальная мощность отключения, номинальный ток включения, собственное время включения и отключе­ ния выключателя, полное время включения и отключе­ ния.

Первые четыре параметра ничем не отличаются от аналогичных параметров других аппаратов, включенных последовательно в рабочую цепь (§ 1-8, 2-4, 2-6).

Наиболее тяжелым режимом для выключателя яв­ ляется отключение и включение токов короткого замы­ кания.

б) Процесс отключения. Номинальный ток и номи­ нальная мощность отключения. Циклы работы. При отключении выключателя между его контактами заго­ рается дуга. Токи короткого замыкания в современных цепях высокого напряжения достигают значения не­ скольких десятков и даже сотен килоампер.

Процесс гашения дуги в высоковольтных выключа­ телях связан с большими трудностями из-за большой ве­ личины возвращающегося напряжения промышленной частоты и высокой скорости восстановления напряже­ ния (§ 4-6).

Одним из основных параметров, характеризующих выключатель, является н о м и н а л ь н ы й т о к о т к л ю ­ ч е н и я — наибольший ток, который выключатель спосо­ бен надежно отключить при возвращающемся напряже­ нии между фазами, равном номинальному напряжению сети (при заданных условиях восстановления напряже­ ния на контактах выключателя).

В большинстве случаев причина, вызывающая корот­ кие замыкания, носит временный характер. Например, в результате, перенапряжений произошло перекрытие изо­ лятора на землю и возникло короткое замыкание. Воз­ никающая дуга быстро растягивается электродинамичес­ кими силами. После отключения цепи выключателем происходит деионизация дугового промежутка и восста­ новление его электрической прочности за счет охлажде­ ния столба дуги восходящими потоками воздуха и пере­ мещения дуги в пространстве.

Так как фарфоровая изоляция при этом остается не­ поврежденной, то при новом включении удается возобно­ вить подачу энергии потребителю. Этот процесс называ­ ется автоматическим повторным включением (АПВ). Применение АПВ позволяет повысить надежность энер­ госнабжения.

Время с момента отключения до нового включения должно быть достаточно малым для того, чтобы обеспе­ чить непрерывную работу установок потребителя.

Возможны случаи, когда к моменту повторного вклю­ чения короткое замыкание в цепкие исчезает, тогда вы­ ключатель включается на существующее короткое замы­ кание, после чего следует вновь отключение короткого замыкания.

В ряде выключателей, например масляных, отключе­ ние второго короткого замыкания происходит в более тя­ желых условиях, так как после первого отключения и включения выключателя на существующее короткое за ­ мыкание дугогасительное устройство может быть только частично заполнено маслом, что ухудшает процесс от­ ключения второго короткого замыкания. Поэтому номи­ нальный ток отключения связан также с циклом работы

стродействующим АПВ без ревизии должны отключать номинальный ток отключения в двух коммутационных циклах О—t—ВО, следующих друг за другом с паузой не менее 15 мин. Цикл О—t—ВО означает, что выключа­ тель сначала отключает короткое замыкание. Затем без выдержки времени происходит подача сигнала на вклю­ чение аппарата. После замыкания цепи следует повтор­ ное отключение.

Для выключателей, не предназначенных для АПВ, ГОСТ 687-70 [Л. 19-11 рекомендует в качестве стандарт­ ного цикла О— 180—ВО. Цифра 180 говорит о том, что между отключением и последующим включением аппа­ рата делается выдержка времени 180 с.

Действующее значение тока короткого замыкания не остается постоянным из-за изменения периодической и

апериодической составляющих. Типичная кривая тока приведена на рис. 19-1.

Начальное значение апериодической слагающей за­ висит от момента начала короткого замыкания и можег изменяться от нуля до амплитуды периодической состав­

ключения /отк.н понимается действующее значение перио­ дической составляющей тока в момент расхождения кон­ тактов. Этот ток указывается на щитке выключателя.

Выключатель обязан отключить цепь и при наличии