43. Системы гашения электрической дуги в электрических аппаратах

Системы газового дугогашения

Главные выключатели на ЭПС переменного тока – в этом случае применяют систему газового дугогашения. В газовом дугогашении электрическая дуга возникает с потоком газов, под действием которого она охлаждается, искривляется, удлиняется и разрывается. Виды систем газового дугогашения:1)Расширительноедугогашение: поток газов создает сама электрическая дуга, в результате взаимодействия со специальными газогенерирующими веществами. Оргстекло, фибро. Образовавшийся газ содержит большое количество водорода и обладает повышенный теплоемкостью, происходит интенсивный отвод тепла от дуги. Применение: аппараты разового использования (вставки плавких предохранителей), разрядники, масляные выключатели. 2)Воздушноедугогашение: на дугу действует поток сжатого воздуха. Способы воздушного дугогашения: -попеременное –применятся в аппаратах с рабочим объемом не более 15 кВ; -продольное –используется в ГП электровоза постоянного тока.

Системы магнитного дугогашения

Действие системы магнитного дугогашения основано на взаимодействии электрической дуги с магнитным полем, под действием которого электрическая дуга перемещается в пространстве и удлиняется, является относительно простыми по конструкции. Механизм магнитного дугогашения: направление силы определяется по правилу левой руки (выталкивается). Разновидности магнитного дугогашения:1)Дугогашение с постоянными магнитами: «-»: -малые токовые нагрузки; -хрупкость материала магнитов. 2)Электромагнитное дутье (электродинамическое магнитное дугогашение): основано на взаимодействии электрической дуги с собственным магнитным полем и магнитным полем токоведущих частей аппарата: . «+»: -простота, отсутствие дополнительный устройств; -поддержание постоянства направления силыF_эм при изменении направления тока I. «-»: собственной магнитной дуги недостаточно для разрыва (дугогашения) при больших разрывных токах и напряжениях. 3)Электромагнитноедугогашение: основан на взаимодействии электрической дуги с внешним магнитным полем, создаваемым специальными устройствами, состоящими из катушки возбуждения (дугогасительная катушка) и магнитопровода. По способу включения катушки бывают в системе с последовательным и независимым возбуждением:1)с последовательным возбуждением: «+»: -сила F_эм пропорциональна току I; -при изменении направления тока I направление силы F_эм не меняется. «-»: трудность гашения дуги при малых токах. 2)с независимым возбуждением: питается катушка от отдельного источника. «-»: необходимость изменения направления тока в дугогасительной катушке при изменении тока нагрузки. Процесс гашения электрической дуги:,. К – катушка; Р1 – верхний дугогасительный рог; Р2 – нижний дугогасительный рог (с подвижным контактом); П – полюса (магнитопровод). Электрическая дуга, возникающая между контактами, перемещается перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, перебрасывается на дугогасительные рога, удлиняется и рвется.

44. Электромагнитный и электропневматический приводы электрических аппаратов

Электромагнитный привод электрических аппаратов

В нем используется сила притяжения якоря к сердечнику электромагнита или сила, перемещая якорь внутри сердечника против усилия сжимаемой или растягиваемой пружины. «+»: -простота конструкции и управления; -высокая надежность; -требуется 1 вид энергии (эл. энергия). «-»: -сравнительно низкие контактные нажатия; -нажатие очень чувствительно к уровню напряжения управления. Применение: аппараты цепей вспомогательного оборудования (БВЗ-2; электромагнитные контакторы; электромагнитные защелки); аппараты цепей управления (электромагнитные контакторы, реле, герконы, электропневматические вентили).

1 – ярмо; 2 – якорь; 3 – катушка управления; 4 – отключающая пружина; δ_нач – начальный воздушный зазор. МДС катушки управления: F_м=Iw=(U_у/r)w; где w – количество витков катушки; r – омическое сопротивление катушки. Под действием МДС в магнитопроводе возникает поток Ф. Сила тяги электромагнита: F_эм=0,5μ₀S_δ(F_м/δ)^2; где δ – величина воздушного зазора; μ₀ – магнитная проницаемость воздушного зазора; S_δ – площадь сечения воздушного зазора. Под действием силы F_эм якорь перемещается вниз, растягивая при этом отключающую пружину 4. Для работы привода полярность не имеет значения. Привод работает при подаче переменного тока. Для отключения достаточно снять питание с катушки. Нагрузочная характеристика – зависимость силы тяги электромагнита от магнитодвижущей силы при постоянном воздушном зазоре: .Статическая характеристика – зависимость силы тяги электромагнита от величины воздушного зазора при постоянной МДС катушки (тока в катушке). Условия нормальной работы электромагнитного привода: .G – вес; F_пр – сила отключающей пружины; F_к – сила контактного нажатия; δ₀ – конечный зазор; δ_нач – начальный зазор; F_рез = F_пр+F_к-G. Для нормальной работы привода необходимо, чтобы сила F_м была больше F_рез во всем диапазоне изменения δ. Если ток в катушке мал (характеристика F_эм1), то якорь начинает перемещаться, однако в момент соприкосновения контактов – он остановится, притирки и нормального замыкания контактов не происходит. А если ток достаточен (F_эм2) – привод нормально работает. Коэффициент возврата – это отношение МДС, при которой якорь отпадает к МДС, при которой якорь притягивается: k_в=F_м.откл/F_м.вкл. Для большинства коммутационных аппаратов (контактов, реле) допускается медь на низком уровне (0,2–0,3), однако для некоторых аппаратов, коэффициент возврата ≈1 (защитные реле, регуляторы: k_в=0,95–0,98). Для повышения коэффициента возврата необходимо устранить скачок сил сопротивления в момент первоначального взаимодействия контактов. Практически достигается: -уменьшением хода якоря; -уменьшение предварительного контактного нажатия. Нормальное время срабатывания: t_ср=0,08–0,15с. Время срабатывания реле времени: t_ср≤3с.

Электропневматический привод электрических аппаратов

В нем движение контактной системы создается энергией сжатого воздуха, подаваемого в пневматический цилиндр аппарата, под управлением электропневматического вентиля. «+»: -простота управления; -высокие контактные нажатия; -нажатие не зависит от уровня напряжения управления. «-»: -требуется 2 вида энергии – электрическая и энергия сжатого воздуха; -у части аппаратов нажатие зависит от уровня давления сжатого воздуха. Применение: -силовые коммутационные и защитные аппараты (ГВ, БВ, электропневматические конт-ы); -токоприемники; -групповые переключатели (переключатели соединений ТЭД, тормозные, реверсорные, блокировочные переключатели). Конструкция электропневматических вентилей: вентили входят в состав электропневматического привода и управляют подачей сжатого воздуха в пневматический цилиндр: 1)Вентиль включающего типа: . В исходном состоянии нижний клапан между камерами А и Б закрыт, верхний – между Б и В – открыт. Камера А – подводится сжатый воздух. Камера Б – цилиндр аппарата. Камера В – сообщается с атмосферой. При подаче напряжения на катушку управления (или при нажатии на толкатель) якорь переключается вниз и перекрывает клапаны вентиля; клапан между камерами А и Б открывается, а между камерами Б и В – закрывается. Сжатый воздух подается в цилиндр аппарата. При снятии с катушки, клапанная система возвращается в исходное состояние под действием отключающей пружины и сжатый воздух из цилиндра выходит в атмосферу. Вентиль включающего типа применяется в большинстве аппаратов с электропневматическим приводом (электропневматический контроллер; тормозные, реверсорные, блокировочные переключатели; токоприемник; БВ; ГВ). 2)Вентиль отключающего типа:. В исходном состоянии клапан между камерами А и Б открыт, а между Б и В – закрыт. При подаче напряжения на катушку якорь перемещается вниз, нижний клапан закрывается, верхний открывается. Цилиндр отделяется от пневматической магистрали, а сжатый воздух из него выходит в атмосферу. При снятии питания клапанная коробка возвращается в исходное состояние, цилиндр отделяется от атмосферы и снова наполняется сжатым воздухом. Вентили применяются в аппаратах, в которых требуется возврат в исходное состояние при снятии питания управления (переключатели соединений ТД). Индивидуальный электропневматический привод:. 1 – пневматический цилиндр; 2 – поршень; 3 – отключающая пружина; 4 – изолирующая тяга; 5 – электропневматический вентиль. Для включения надо подать напряжение на катушку вентиля; вентиль открывается; сжатый воздух поступает в цилиндр и возникает сила F_в, действующая на поршень. Поршень перемещается вверх, замыкая контакты через изолирующую тягу, и одновременно сжимает отключающую пружину. F_в =P_вS_п, (P – давление сжатого воздуха, S – площадь поршня). Для отключения привода надо снять питание с катушки двигателя. Сжатый воздух выпускается из цилиндра через вентиль, поршень перемещается вниз под действием отключающей пружины. Условия нормальной работы электропневматического привода:. F_пр – сила, создаваемая отключающей пружиной; F_тр – сила трения поршня о стенки цилиндра; G – сила тяжести (вес). Условием нормальной работы привода является: F_в>F_рез, где F_рез= F_пр+F_к+F_тр+G. Данная разновидность привода характеризуется влиянием давления сжатого воздуха на нормальную работоспособность. Уровни давления сжатого воздуха для питания электрических аппаратов по ГОСТ 9219-88: -номинальное давление P_ном= 0,5МПа; -минимально допустимое P_мин= 0,7P_ном= 0,35МПа – используется для расчета пневматичесой системы привода. Временные характеристики электропневматического привода: -время включения 0,05-0,07с; -время отключения 0,03-0,06с. Групповой электропневматический привод: . 1,2 – пневматические цилиндры; 3,; - поршни; 5 – зубчатая рейка, которая соединяет оба поршня; 6 – зубчатый сегмент (шестерня); 7,8 – электропневматические вентили; 9 – вал; 10 – кулачковая шайба. При данной разновидности привода применяются кулачковые переключающие элементы или кулачковые контакторы. По типу вентилей 7,8 и способу управления ими, существуют две разновидности привода.Первая разновидность: 7,8 – вентили включающего типа. В исходном состоянии оба вентиля обесточены. Для переключения привода надо подать питание на вентиль 7, воздух подается в цилиндр 1, далее на поршень 3, рейка перемещается в крайнее правое положение, следовательно, кулачковый вал поворачивается. Для перехода в исходное состояние: -снять питание с вентиля 7; -подать питание на вентиль 8. Воздух поступает в цилиндр 2, рейка перемещается в крайнее левое положение. Применяется в тормозных, реверсорных, блокировочных переключателей. Вторая разновидность: 7 – вентиль включающего типа; 8 – вентиль отключающего типа. Исходное состояние: оба вентиля обесточены, цилиндр 1 соединен с атмосферой, а в цилиндр 2 поступает сжатый воздух. Для переключения надо подать питание на оба вентиля. Вентиль 7 откроется, а 8 – закроется. Сжатый воздух поступает в цилиндр 1 и выходит из цилиндра 2. Рейка перемещается в крайнее правое положение – вал поворачивается. Для перевода в исходное состояние нужно снять питание с обоих вентилей. Применяется в аппаратах, которые должны возвращаться в исходное положение при исчезновении напряжения. Пример: соединение ТД с ПКГ. Существует разновидность электропневматических приводов на 3 положения; применялись в групповых переключателях электровозов ВЛ23. Привод имел 3й поршень и 3й вентиль. Существует разновидность электропневматического привода: диафрагменный привод, в котором поршень заменен резиновой диафрагмой. Используется в различных реле давления, датчиков давления, особенностью является небольшой ход привода (не более 50 мм).