Основные сведения о работе автоматических выключателей постоянного тока
Быстродействующие выключатели постоянного тока применяют на тяговых подстанциях, постах секционирования и пунктах параллельного соединения. Основное назначение выключателей – защита контактной сети в аварийных режимах работы (перегрузках и коротких замыканиях) [2]. Кроме того, с помощью выключателей осуществляется разрыв цепи тока при производстве оперативных переключений.
На учебной тяговой подстанции использован быстродействующий выключатель ВАБ-206-4000/30-Л-7-УХЛ4 в модуле ячейки 3,3кВ.
Описание конструкции быстродействующего выключателя типа ваб-206
Выключатель состоит из полюса, дугогасительной камеры, реле тока. Оперативное управление осуществляется с помощью станции управления.
Устройство полюса. Полюс выключателя изображен на рис. 3.3. Включение и удержание во включенном положении осуществляется за счет приводного электромагнита. Приводной электромагнит выключателя установлен на потенциале земли (рама 1) и изолирован от главных контактов выключателя на полное испытательное напряжение.
Электромагнит привода состоит из магнитопровода 2, катушки управления 3 и якоря 7, вращающегося на оси 6. Также на оси 6 крепится якорь механизма свободного расцепления 4. Якорь 7 связан посредством пружины 10, скобы 8, оси 9 с изоляционной тягой 11. Тяга 11, посредством оси 12, соединена с рычагом 25, который жестко связан с подвижным контактом 19. Пружина 10 обеспечивает нажатие главных контактов, а пружина 5 обеспечивает отключение и удержание якоря 7 и подвижного контакта 19 в отключенном положении.
Контактный блок состоит из:
нижней выводной шины 23, закрепленной на швеллере 24;
подвижного контакта 19, соединенного с шиной 23 гибкими связями и вращающегося на оси 26;
неподвижного контакта 18, который соединен с катушкой магнитного дутья 20;
верхней выводной шины 21.
Неподвижный контакт закреплен на изоляционных стенках 22. На швеллере 24 и неподвижном контакте 18 установлены дугогасительные рога 15 и 17.
Подвижный контакт 19 и неподвижный контакт 18 имеют серебряные напайки, защищенные от обгара дугогасительным контактом 16.
Контактное нажатие дугогасительного контакта 16 создается пружиной 13. Гайка 14 служит для регулировки провала дугогасительного контакта. Все узлы контактного блока установлены на изоляторах 27. Контактный блок через изолятор 28 соединен с магнитопроводом 2 приводного электромагнита.
Подвод тока осуществляется через верхнюю шину 21 и нижнюю шину 23.
На раме 1 имеются два болта заземления 29.
Кроме этого на полюсе установлены некоторые элементы схемы управления выключателем, которые приведены на рис. 3.4.
Блок сигнализации представляет собой набор из двух блок-контактов 5, переключающихся под действием рычага 4, установленного на якоре. Конец рычага 4, кроме этого, служит механическим указателем включенного или отключенного положения выключателя.
Так же на полюсе установлены реле тока 2 и блок конденсаторов 3, электрически связанный с контактом реле тока 2.
Для электрического монтажа установлен клеммный ряд 6. Подвод проводов от реле тока 2 и катушки управления 1 к клеммному ряду 6 осуществляется через отверстия, защищенные резиновыми кольцами 7.
Рис. 3.4. Элементы схемы управления установленные на полюсе.
Устройство реле тока. Общий вил реле тока приведен на рис. 3.5.
Реле тока состоит из магнитопровода 1, который разделен на две параллельные магнитные ветви. На ветвь меньшего сечения насажены короткозамкнутые кольца 5 из меди. К магнитопроводу 1 через изоляционную планку 7 закреплены контакты 8 и установлена шкала 11 со значениями токов уставки. Кроме этого на магнитопроводе 1 с помощью оси 4 и рычагов 3 установлен якорь 2. На рычагах 3 через изоляционную колодку 10 закреплена контактная планка 9. Уставка реле регулируется сжатием пружины 12 с помощью болта 15 при определенном зазоре δ3 (см. рис. 3.6) между якорем 2 и магнитопроводом 1, равном 1...4 мм. Между пружиной 12 и пробкой 13 установлена стрелка 16, указывающая значение тока уставки на шкале 11.
Реле тока отключает выключатель, разрывая цепь катушки управления выключателя (см. рис. 3.7).
Принципиальная электрическая схема выключателя показана на рис. 3.6.
Рис. 3.5. Реле тока.
Замыканием кнопки SВ2 (рис. 3.7) подается напряжение на катушку контактора КМ, который при включении своими контактами шунтирует резисторы R1...R5.
По катушке управления выключателем L протекает включающий ток. Якорь 7 (рис. 3.3) притягивается, одновременно притягивается якорь механизма свободного расцепления 4, который удерживает скобу 8, при этом пружины 10, расположенные между якорем 7 и скобой 8 поджимаются. Скоба 8 жестко связана с подвижным контактом 19, поэтому замыкания контактов не происходит. Выключатель находится в предвключенном положении.
Блокировочный контакт S (рис. 3.7) замыкает цепь катушки реле блокировки К, которое, срабатывая, размыкает цепь катушки контактора КМ и становится на самоподпитку, вторично шунтируя блок-контакт S, пока нажата кнопка SВ2.
Блокировочное реле К служит для предотвращения многократного включения и отключения выключателя (звонковой работы) при включении его на короткое замыкание в цепи (в течение времени, пока замкнут контакт кнопки SВ2).
Для повторного включения выключателя необходимо отпустить кнопку SВ2 и вновь нажать ее.
После отключения контактора КМ и расшунтирования резисторов R1 ...R5 по катушке L протекает ток, удерживающий якорь 7 во включенном положении. Однако величина этого тока недостаточна для удержания якоря механизма свободного расцепления 4 в притянутом положении. Якорь механизма свободного расцепления 4 отпадает и освобождает скобу 8.
Рис 3.6. Работа реле тока
Под действием пружин 10, скоба 8 начинает вращаться вокруг оси 6 и, через ось 9, тягу 11 и ось 12, передает движение на рычаг 25, на котором жестко закреплен подвижный контакт 19. Установленный на подвижном контакте 19, дугогасительный контакт 16 выбирает зазор предвключенного положения δ2 (3 + 0,5 мм) и далее замыкается на рог 17, соединенный с неподвижным контактом 18. После выбора провала дугогасительного контакта δ2 замыкаются главные контакты выключателя 19 и 18, при этом между скобой 8 и якорем 7 остается зазор δ1 2,5 – мм, обеспечивающий провал главных контактов. Контактное нажатие обеспечивается пружинами 10.
Выключатель готов к немедленному отключению, т.е. обеспечивается свободное расцепление выключателя.
При коротких замыканиях или перегрузке в защищаемой цепи линейный выключатель отключается после размыкания контактов КА (рис. 3.7) реле тока в цепи удерживающей катушки выключателя.
Реле тока для линейного выключателя чувствительно к крутизне нарастания тока: при медленном нарастании тока в защищаемой цепи величина магнитного потока Ф1 создающего тяговое усилие, определяется соотношением магнитных проводимостей двух ветвей магнитопровода 1 (рис. 3.6). Магнитный поток в верхней ветви магнитопровода 1 Ф1 больше, чем поток в нижней ветви Ф2, и, при появлении в отключаемой цепи тока, равного току уставки реле тока, якорь 2 притягивается к магнитопроводу 1, перемещая планку контактную 4 (рис. 3.5) и размыкая контакты 5.
При быстром нарастании аварийного тока в момент короткого замыкания, величина уставки реле снижается. Это вызвано тем, что проходящий через верхнюю ветвь магнитопровода 1 (рис. 3.6) при коротком замыкании магнитный поток Ф1 в защищаемой цепи возрастает быстро. Так как на ветвь меньшего сечения насажены короткозамкнутые кольца 4, то скорость нарастания магнитного потока Ф2 в этой ветви будет невелика из-за встречных потоков, возникающих под воздействием тока, индуцируемого в короткозамкнутых кольцах. Таким образом, магнитный поток в верхней ветви магнитопровода 1 Ф1 быстро возрастает, и реле тока срабатывает раньше, чем ток в защищаемой цепи достигает величины тока статической уставки.
Рис. 3.7. Схема электрическая принципиальная
Параллельно контактам датчика тока включены конденсаторы СЗ и С4 (рис. 3.7). При размыкании контактов реле тока КА, благодаря наличию конденсаторов СЗ, С4, в цепи катушки L возникает колебательный процесс спадания тока. За счет его отрицательной полуволны уничтожается остаточная намагниченность магнитопровода 2 (рис. 3.3), что обеспечивает быстродействие выключателя. Якорь 7 под воздействием пружин 5, 10 ударяет по скобе 8, которая вместе с якорем 7, начинает вращаться вокруг оси 6 и, через изоляционную тягу 11, вращает рычаг 25, на котором жестко закреплены подвижный контакт 19 и дугогасительный контакт 16. При этом сначала размыкается главный подвижный контакт 19, а затем дугогасительный контакт 16, что препятствует возникновению электрической дуги между серебряными напайками подвижного 19 и неподвижного 18 контактов.
Кнопка SВ1 (рис. 3.7) служит для оперативного отключения выключателя.