2696

наличии в отключаемой цепи индуктивности, уменьшение тока до нуля должно происходить медленно без резких скачков и обрывов, иначе на индуктивности возникнут

недопустимо большие напряжения в виде ЭДС самоиндукции eL = − L dtdi , которые могут

вызвать повреждения элементов цепи и самого отключающего устройства. Практически уменьшение тока до нуля в индуктивной цепи постоянного тока

осуществляется введением в цепь КЗ встречного напряжения, встречного тока или же активного сопротивления, изменяющегося от нуля до бесконечности за некоторое конечное время.

Способы отключения цепей постоянного тока путем введения в отключаемую цепь встречного напряжения

Идеальное отключающее устройство постоянного тока. Такое устройство способно мгновенно ввести в цепь тока встречное прямоугольное напряжение больше напряжения источника. Как только ток в цепи станет равен нулю, после этого разомкнуть контакт В (рис. 1,а) и свести встречное напряжение к нулю.

в)

Рис. 8. Схема, поясняющая процесс отключения цепи постоянного тока:

а – введением встречного напряжения; б – кривые изменения тока в цепи при мгновенном введении постоянного встречного напряжения; в – кривые изменения

тока в цепи при идеальном отключающем устройстве

Рассмотрим процесс отключения идеальным отключающим устройством LR-цепи с установившимся током I0=U/R. Введение встречного напряжения в момент t = 0 , изменяющегося скачком от нуля до Е1(t)=СU, где С – коэффициент превышения встречного напряжения по отношению к напряжению источника, вызовет в цепи переходный процесс. Ток i(t) в цепи LR с постоянной времени τ = L/R после введения источника определится как алгебраическая сумма, т. е.

11

Для I и II этапов встречное напряжение равно нулю, а для тока справедливо следующее выражение:

где I∞ = U / R – установившееся значение тока КЗ в цепи; τ = L / R – постоянная времени

цепи КЗ.

Подставляявэтоуравнениеt1 вместоt, Iу вместоi(t) ирешаяегоотносительноt1, найдем

Из выражения iIII (t) можно установить, что максимальное значение тока, равное I2,

имеет место при t3–t2 в момент введения встречного напряжения. Отношение Imax=I2 к току уставки оценивают коэффициентом ограничения тока Когр.

Реальное отключающее устройство с запаздыванием. В реальных условиях вводимые в цепь КЗ встречные напряжения являются либо функциями времени, либо еще функциями тока цепи. Рассмотрим для примера этап III (рис. 3) процесса отключения КЗ, когда вводимое напряжение соответствует выражению

где КЕ – коэффициент, характеризующий скорость нарастания встречного напряжения, В/с.

Рис. 3. Определение тока в цепи на третьем этапе ее отключения

13

соединенных выключателя гарантировано отключают аварийные токи в цепи с индуктивностью 6–11мГн; установившееся значение аварийного тока не более 27000 А.

Собственное время размыкания главных контактов (время от момента достижения тока уставки до размыкания главных контактов) зависит от тока уставки, крутизны нарастания тока и начальной нагрузки. При начальной крутизне нарастания тока 0,4.106А/с и отсутствии начальной нагрузки это время составляет 0,008 с и 0,005 с при уставке соответственно 3000 и 5000 А.

Выключатель имеет систему автоматического магнитного дутья. При этом катушка электромагнита, создающего магнитное поле в зоне горения дуги, включена в цепь отключаемого тока последовательно с главными контактами. При малых токах такое дутье действует неэффективно, поэтому отключение выключателем тока менее 80 А не гарантируется. Выключатель имеет продольно-щелевую камеру системы Петрова. Ширина щели у входа в нее рассчитана на ввод дуги с током 12–15 кА (диаметр дуги примерно 1,2 см), поэтому в безындуктивной цепи, когда в момент входа дуги в камеру ток и диаметр превышают указанные выше значения, отключение выключателем тока также не гарантируется.

В момент отключения тока КЗ в цепи с индуктивностью 6–11 мГн встречное напряжение, развиваемое дугами двух последовательно включенных выключателей, достигает 10–14 кВ.

Для цепей управления выключателем используется постоянное напряжение 110 В. Держащая катушка выключателя потребляет ток 0,5 А. Катушка включения кратковременно в течение 0,4–0,6 с потребляет ток 73 А.

Конструктивное устройство. Основными частями выключателя являются: дугогасительная камера, блок главных контактов, электромагнитный механизм, блокировочные контакты. Основу электромагнитного механизма (рис. 1), приводящего в действие главные и блокировочные контакты составляет магнитная система.

Рис. 1. Электромагнитный механизм и блок главных контактов выключателя ВАБ-43

16

Якорь 1, находясь в крайнем правом положении, через боковины 2, ось 22 и упор 21, удерживает тягу 25 в нижнем положении. Тяга 25, в свою очередь, удерживает подвижный контакт 26 максимально повернутым вокруг оси 27 так, что между подвижным и неподвижным контактами выключателя образуется достаточный изолирующий зазор δ′′7.

Чтобы включить выключатель, подают напряжение на катушку управления 13, причем такой полярности, чтобы ток i2 (рис. 2,в) имел направление, при котором создаваемый им поток Ф2 был встречным по отношению к потоку Ф′1 в месте прилегания якоря 1 к правому стержню магнитопровода 12. Суммарный поток через якорь 1 и правый стержень магнитопровода 12 уменьшается, а поток через якорь 1 и левый стержень увеличивается. В этот момент сила притяжения якоря к правому стержню определяется разностью сил, создаваемых суммарным потоком Ф2 и Ф1I и пружиной 4. Взаимодействие потоков Ф1 и Ф2 во времени можно рассматривать как процесс магнитной коммутации, в результате которой поток Ф′1 как бы переключается из правого в левый стержень магнитопровода 12. Когда результирующая сила, действующая на якорь, возрастает до значения (Fпр+Fм), якорь мгновенно переключится из правого в крайнее левое положение (рис.14,г).

Нормально якорь в крайнем левом положении удерживается только силой, пропорциональной потоку Ф′1. Это состояние системы должно всегда предшествовать отключению выключателя (рис. 2,д).

Отключение выключателя происходит аналогично, однако в этом случае в левом стержне магнитопровода 12 взаимодействуют поток (рис. 2,е), создаваемый током i3 в шине 10, которыйявляется частьютоказащищаемойцепи, ипотокФ′1 держащей катушки.

Механизм свободного расцепления обеспечивает автоматическое замыкание главных контактов только после отключения катушки управления и затухания ее потока Ф2. Он состоит из сердечника 14, укрепленного на левом стержне магнитопровода 12, скобы 15, рычага 20, который шарнирно связан с тягой 25, а также защелки 19 с пружиной 18, на левом конце якоря. Защелка 19 и якорь 17 посажены на ось 16.

При подаче напряжения на катушку управления 13 одновременно с потоком Ф2 появляется и поток рассеяния ФР (рис. 2,г), последний замыкается по сердечнику 14, скобе 15, якорю 17 механизма свободного расцепления и заставляет якорь 17, преодолевая силу пружины 18, притянуться к сердечнику 14, поворачиваясь вокруг оси 16. Якорь 17 увлекает за собой защелку 19, которая своим зубом стопорит движение рычага 20, связанного с тягой 25. Одновременно при подаче напряжения на катушку управления 13 якорь 1 магнитной системы также начинает двигаться к левому сердечнику магнитопровода 12. Он, воздействуя на тягу 25, начинает поворачивать подвижный контакт 26 по часовой стрелке вокруг оси 27. Однако при расстоянии между дугогасящими контактами 4–5 мм движение подвижного контакта прекращается в результате действия механизма свободного расцепления. При этом движение якоря 1 продолжается, ось 22 поднимается, и пружина 26 сжимается. Крайнее левое положение якоря фиксируется блок-контактами, а катушка управления обесточивается, вызванный ею поток затухает.

При значении потока, близкого к нулю, под действием пружины 18 якорь 17 сбивает зуб защелки 19 с рычага 20. В результате освобождается тяга 25 и под действием сжатой пружины 23 замыкает сначала дугогасительные контакты 30 и 32, затем и главные контакты 26 и 34. Включенному положению соответствует рис. 2, д и 2, е.

Дугогасительный контакт 30 выполнен подвижным относительно главного контакта 26 и подпружинен пружиной 29. Это дает возможность при отключении раньше разомкнуть главные контакты.

18

Процесс автоматического отключения выключателя при КЗ происходит следующим образом. Будем считать, что до момента КЗ ток фидера равен нулю, а состояние магнитной системы выключателя определяется рис. 2, д (положение «Включено»). Если правильно выбрать направление тока в шине 10, то ток КЗ вызывает в правом стержне магнитопровода 12 поток Ф3(t), направленный встречно потоку Ф′1. По мере роста тока КЗ уменьшается результирующий поток и сила притяжения якоря влево стремительно уменьшается:

Fоп = [Ф′1-Ф3(t)]2/S1.

Поскольку поток Ф3(t) замыкается через зазор δв, появляется сила притяжения якоря к правому стержню магнитопровода 12, которая стремительно растет:

где Kp – коэффициент рассеяния магнитного потока.

В результате на якорь 1 магнитной системы действует сила Fя=(Fол–Fоп) – Fпр.

По мере роста Ф3(t) сила Fол уменьшается по сравнению с Fоп, член в скобках становится отрицательным, стремительно растет и действует согласно с Fпр. Этим достигается высокое быстродействие выключателей с пружинно-магнитным отключением.

Уставка выключателя определяется величиной потока Ф′1, вызываемого стабилизированным током i1 держащей катушки. Для изменения уставки выключателя регулировочная планка 7 перемещается по основанию 6 магнитного шунта, чем достигается изменение его сопротивления, а следовательно величины потока Ф′1 .

Конструктивное устройство дугогасительной камерыи процесс гашения дуги. Камера выключателя (рис. 3) имеет две секции, размещенные параллельно, благодаря чему при ограниченных ее размерах удается растянуть в ней дугу до двойной длины.

Дуга, сходя с контактов 9 и 10 (положение I), при движении вверх попадает на электрически связанные с ними разгонные рога 8 (положение II), затем разворачивается и в положении III касается размножающего рога 7. После этого в камере образуется две дуги: в первой секции IV и во второй IV секции. Растягиваясь и двигаясь вверх по одинаковым траекториям, дуги «лижут» стенки перегородки 6 (рис. 3,а), что способствует интенсивному отводу тепла из каналов дуг и деионизации остаточных ионизированных частичек воздуха.

Далее дуги втягиваются в устья специальных магнитопроводов 4, вмонтированных в камеру между внешней стенкой II и V-образной перегородкой 5. Механизм движения дуги поясняется на рис. 3,б. Силы F, действующие на дугу, возникают вследствие разности плотностей потока Ф ниже и выше положения дуг с суммарным током 2i. В положении VI дуги касаются медных защитных колец 3, размещенных в перемычках 2, после чего, сходя с них. оказываются в свободной верхней полости камеры, где и горят в положении VII до погасания. В этой последней стадии дуг их длина, а следовательно, и падение напряжения на них стабилизируется, остаются неизменными и практически не зависят от отключаемого тока и индуктивности цепи.

19