Електромагнітні вимикачі

Електромагнітні вимикачі для гасіння дуги не потребують ні масла, ні стиснутого повітря, що є великою перевагою їх перед іншими типами вимикачів. Вимикачі такого типа виготовляють на напругу 6-10 кВ, номінальний струм до 3600 А і струм відключення до 40 кА. Електромагнітні вимикачі призначені для роботи в закритих приміщеннях або в комплектних розподільних пристроях (КРУ) внутрішньої установки.

Конструктивна схема електромагнітного вимикача вем-10

Рис.1 Конструктивна схема електромагнітного вимикача

Зв’язуючою основою вимикача є суцільнозварна рама-візок 1, на якій змонтовані три полюси вимикача з дугогасильними камерами. У верхній частині рами на опорних ізоляторах 5 закріплена система електромагнітного дуття – полюсні наконечники 9 з котушкою електромагнітного дуття 6. Підведення струму до нерухомих 12 і рухомих 14 контактів здійснюється через стрижні прохідних ізоляторів 3. Нерухомий контакт, що складається з набору торцевих ламелей робочого контакту і пальцевих ламелей – дугогасильного, своєю основою жорстко зв'язаний з виводом верхнього прохідного ізолятора і виводом 4 котушки електромагнітного дуття 6. Ножі рухомого контакту (спарені шини) кріпляться на ізоляційній стійці 17 і шарнірно зв'язані з контактним виводом нижнього прохідного ізолятора. На ножах закріплена планка робочого та основа дугогасильних контактів 14, а також циліндр повітряного піддуву 15. Струмопроводи прохідних ізоляторів зовні закінчуються розеточними контактами 2 типи «тюльпан» або звичайними пальцевими контактами. Над контактами вимикача розміщаються дугогасильні камери 7.

Камери накладками 8 спираються на полюсні наконечники 9 магнітопроводів і з торцевої сторони кріпляться до них з допомогою ізоляційних планок 10. З внутрішньої сторони до торцевих стінок камер на керамічних лотках кріпляться дугогасильні рога 11, між якими всередині камери розташовуються дугогасильні керамічні ґрати з ізоляційного матеріалу. Дугогасильний ріг, що розташований над нерухомим контактом, приєднується до основи контакту через котушку магнітного дуття (виводи 4). Ріг же рухомого контакту з'єднується з контактним виводом за допомогою мідної шинки 13. В нижній частині викатного візка розміщується електромагнітний привід типу ПЕГ, важіль вала якого 18 з'єднується з рухливими контактами за допомогою ізоляційних 16.

Включення вимикача відбувається під впливом зусиль, що розвиває привід, і супроводжується обертанням ножів рухомих контактів до їхнього замикання з нерухомими. Розмикання контактів відбувається під впливом відключающих пружин 19.

Принцип гасіння дуги електромагнітним вимикачем

На мал.2, а зображена схема дугогасильної камери електромагнітного вимикача і показано зміщення дуги в процесі відключення вимикача. Електрична дуга, що виникає між дугогасильними контактами в момент їхнього розмикання (положення А), під дією теплових потоків і електродинамічних сил переміщається в камеру на дугогасильні рога. При цьому природний рух теплових потоків вгору підсилюється під дією спеціального повітряного піддуву. На мал.2,а повітряний піддув не показаний. При зміщенні дуга торкається дугогасильного рога 1 над нерухомим контактом. Але поки дуга не відірветься від нерухомого контакту, струм проходить безпосередньо з нерухомого контакту на рухомий контакт, минаючи котушку електромагнітного дуття 5, що в цей момент зашунтована відрізком дуги між нерухомим контактом і його рогом (положення Б). Після того, як дуга відірветься від нерухомого контакту (положення В), весь струм буде проходити через котушку електромагнітного дуття, внаслідок чого створюється потужне магнітне поле. В результаті взаємодії дуги з полем відбувається подальше переміщення дуги вгору в камеру (положення Г і Д).

Рис.2 Схема дугогасильної камери

Слід зазначити, що магнітне дуття створюється електромагнітом, котушка якого вмикається послідовно в контур проходження струму по мережі: основа нерухомого контакту — котушка електромагнітний дуття-ріг нерухомого контакту — дуга — ріг рухомого контакту – з’єднувальна шинка з нижнім вводом. Напруженість магнітного поля в такому електромагніті буде рости пропорційно струму. Чим більше струм, тим більше сила магнітного поля, що переміщає електричну дугу.

В електромагнітних вимикачів полярність магнітного поля, що створюється котушкою електромагнітного дуття, повинна бути такою, щоб магнітні сили, що діють на дугу, зміщували її вгору. Оскільки зі зміною напрямку струму зміняється і напрямок магнітного поля, що створюється цим струмом, завжди зберігається умова виштовхування дуги тільки в одну сторону — вгору, в дугогасильну камеру.

В міру руху дуги вгору, вона затягується у вузьку зиґзаґоподібну щілину керамічної ґратки, що утворену вирізами в пластинах і проміжками між ними. Просуваючись в зазорах між пластинами, дуга згинається, що дає можливість при невеликих розмірах камери значно розтягти дугу. У вузькому зиґзаґоподібному каналі керамічної ґратки відбувається тісне зіткнення дуги з поверхнею пластин, у результаті чого дуга віддає пластинам значну частину своєї теплової енергії. При підході струму до нульового значення відбувається інтенсивне охолодження дугового середовища; стовп дуги деіонізується, і вона гасне.

Дугогасильні камери придають траєкторії дуги велику довжину, що може складати 1,5 —1,8 м, чим забезпечується значне збільшення опору дуги і як наслідок цього в ній падає напруга, по величині близька до напруги мережі, що відключається. Такі особливості гасіння дуги обумовлюють, як відзначалося вище, важливі позитивні якості електромагнітних вимикачів.

Приведений короткий опис принципу дугогасіння показує, що електромагнітні вимикачі можуть забезпечити надійне гасіння дуги при відключенні. Однак для цього необхідні правильні конструктивні рішення всіх ланок дугогасильного пристрою, їх якісного виконання і належне експлуатаційне обслуговування.

Повітряний піддув. При відключенні невеликих струмів (до 1000 А) сили взаємодії виявляються не достатніми для швидкого затягування дуги в камеру. Для скорочення часу горіння дуги малих струмів, покращення умов її перекидання з контакту на дугогасильні роги, а також кращої вентиляції міжконтактного простору електромагнітні вимикачі забезпечуються спеціальним пристроєм повітряного піддуву. Повітряний піддув складається з поршня і циліндра, що закінчується трубкою, розташованої під нерухомим контактом. Рух поршня зв'язаний з рухом рухомих контактів. При відключенні електромагнітного вимикача поршень переміщається всередину циліндра і стискає повітря, що там знаходиться. Струя стиснутого повітря продуває проміжок між контактами, що розмикаються, і допомагає переміщенню, а також охолодженню дуги.

Перемикаючі механізми. Переміщення рухомих контактів при включенні і відключенні вимикачів здійснюється за допомогою ручного або електричного соленоїдного, або пружинного приводів. Механічні характеристики приводів підбираються таким чином, щоб зусилля, що розвиваються ними, могли перебороти зустрічні сили відключающих пружин та забезпечити необхідну швидкість руху контактів. Приводи повинні надійно фіксувати вимикач у включеному і відключеному положеннях і забезпечити чітке відключення вимикача за можливо малий час. Необхідно, щоб приводи не допускали повторних замикань контактів при одній команді включення, тобто мали блокування від "хитань". У той же час готовність приводу до оперативних повторних включень від команди оператора повинна бути постійною.

Ручний привід - це власне важіль, за допомогою якого через механічні зв'язки зусиллями оператора (в залежності від конструкції перемикаючого механізму) виконується стиск або розтягування пружин, що відключають, і перехід контактної системи у включене положення.

В електричному пружинному приводі двигун, встроєний редуктор, який попередньо заводить пружинний механізм приводу, зусиллями якого потім здійснюється включення вимикача. Такий привід вимагає небагато енергії і джерелом струму для його роботи може служити вимірювальний трансформатор напруги.

Електричний соленоїдний привід постійного струму внаслідок відсутності проміжного підготовчого циклу більш зручний в оперативному відношенні негайною готовністю до дії, але він вимагає потужного споживання постійного струму напругою 110 або 220 В.