3.1.5. Электромагнитные выключатели высокого напряжения. Электромагнитные выключателиЭлектромагнитные выключатели. Типы, виды, устройство, работа электромагнитных выключателейВыключатели электромагнитные обладают теми достоинствами, что для своей работы не требуют ни масла, ни сжатого воздуха, ни тем более элегаза, они допускают большое число включений. Однако отключающая способность их ограничена по напряжению. Гашение в электромагнитных выключателях основано на воздействии на ствол дуги и достижении падения напряжения на стволе дуги, большего приложенного. Они находят применение как выключатели для КРУ на напряжение 6—20 кВ, токи до 3200 А при частых коммутациях (выключатели нагрузки — выключатели в цепях мощных двигателей и других нагрузок). Гашение дуги здесь осуществляется при помощи магнитного дутья в камерах с продольными (прямыми, извилистыми и т. п.) щелями. Катушки магнитного дутья и токопроводы к ним обычно при замкнутых контактах не обтекаются током. При отключении возникающая дуга перебрасывается на эти детали и включает их последовательно в цепь тока. Возбуждается поле гашения дуги. Дуга гаснет, ток в цепи обрывается. Таким образом, эти детали находятся под током только на время гашения — примерно 0,02 с.
Рис. 1-14. Контактная и дугогасительная системы электромагнитного выключателя.
На рис. 1-14, а представлена схема контактной и дугогасительной систем электромагнитного выключателя. Контактная система состоит из основных 1 и 2 и дугогасительных 3 и 10 контактов, последние имеют дугостойкие напайки. Дугогасительная система состоит из изоляционной камеры 4 и охватывающего камеру П-образного магнитопровода 5, на среднюю часть которого надета дугогасительная катушка 6. Внутри камеры размещен пакет дугогасительных керамических пластин 8, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. В нижней части пластины имеют вырезы, постепенно сужающиеся кверху. Пластины образуют постепенно сужающуюся зигзагообразную щель (рис. 1-14,6). По бокам пакета укреплены дугогасительные рога. Рог 7 электрически соединен только с дугогасительной катушкой. Второй конец катушки присоединен к неподвижному контакту. Рог 9 соединен с подвижным контактом. При замкнутых контактах катушка не обтекается током. Возникающая при размыкании контактов дуга движется сначала под действием только электродинамических сил контура (положения А и Б) и перебрасывается этими силами на рога 7 и 9. При этом в контур тока включается дугогасительная катушка, и созданное ею магнитное поле загоняет дугу в решетку (положения В, Г и Д), где и происходит ее гашение. Многие дугогасительные устройства имеют пламегасительные решетки. В системах с электромагнитным дутьем затруднено гашение малых токов ввиду соответственно малых электродинамических сил, подчас недостаточных для растяжения дуги и переброса ее на рога. Поэтому многие конструкции снабжаются небольшим автопневматическим устройством, связанным с подвижной системой и действующим на начальном этапе расхождения контактов. Все три полюса выключателя монтируются на стальной сварной раме, имеющей катки. В нижней части рамы расположен привод. Как правило, привод электромагнитный, но может быть и другой. На опорных фарфоровых изоляторах, закрепленных на вертикальной стойке рамы, укреплены контактная и дугогасительная системы. Токоподводы при встройке выключателя в КРУ снабжаются втычными контактами. Подвижные контакты трех полюсов связаны изоляционными тягами с общим валом выключателя. Дугогасительная камера и контакты каждого полюса закрыты изоляционным кожухом, отделяющим полюсы выключателя друг от друга и от стенок распределительного устройства. Механическая износостойкость выключателей-до 50000 циклов, коммутационная — 5000 отключений. www.eti.su Электромагнитные выключатели переменного тока выше 1000 ВЭлектромагнитные выключатели занимают особое место среди других выключателей переменного тока. Область их применения ограничена напряжением 10-15 кВ. Действие выключателя основано не на газовом дутье. Дуга, образующаяся на контактах, втягивается магнитным полем в гасительную камеру. Последняя состоит из ряда керамических дугостойких, инертных (в отношении выделения газа) пластин с V-образными вырезами, разделенных небольшими воздушными промежутками. Благодаря этому длина дуги значительно увеличивается (до 1-2 м), а сечение ее в узких вырезах пластин вынужденно уменьшается. Дуга приходит в тесное соприкосновение с холодными поверхностями пластин, обладающих высокой теплопроводностью. Это ведет к увеличению потерь энергии и градиента напряжения. Сопротивление дуги быстро увеличивается, а ток уменьшается до тех пор, пока дуга не погаснет. Типичная осциллограмма тока и напряжения при отключении короткозамкнутой цепи электромагнитным выключателем приведена на рис.1,а. Она существенно отличается от соответствующих диаграмм для масляных и воздушных выключателей.
Рис.1. Принцип действия электромагнитного выключателя: а - изменение тока и напряжения в процессе отключения; б - движение электронов в электрическом и магнитном полях Падение напряжения в дуге здесь значительно больше. В масляных и воздушных выключателях сопротивление дугового промежутка и его влияние на ток проявляются лишь в течение последних нескольких десятков микросекунд, предшествующих угасанию дуги. В электромагнитных выключателях резкое увеличение сопротивления дуги вследствие ее значительной длины является основным условием успешного отключения. Ток стремится к нулю. При этом сдвиг фазы тока по отношению к напряжению уменьшается. Движение дуги в электромагнитном выключателе и ее удлинение происходят под действием магнитного ноля, направленного перпендикулярно направлению тока. Это явление принято объяснять упрощенно, рассматривая дуговой столб как металлический проводник с током. Направление электродинамической силы определяют, руководствуясь правилом левой руки. Однако дуга не является металлическим проводником, а представляет собой плазму, т.е. раскаленный, ионизованный газ, и для объяснения движения дугового столба в магнитном поле необходимо более детально рассмотреть физику процесса. Под действием магнитного поля, направленного перпендикулярно электрическому полю (рис.1,б), электроны и ионы несколько отклоняются от своего основного направления в зависимости от магнитной индукции и длины свободного пробега заряженных частиц. В слабом магнитном поле угол отклонения невелик. Все же ионы и электроны, движущиеся в направлении электрического поля, получают составляющую скорости в направлении, перпендикулярном В и Е, и при столкновении передают это движение нейтральным молекулам газа. Под действием этой объемной силы газ движется в направлении, перпендикулярном дуге. Газ с высокой температурой выбрасывается из дугового столба вперед по движению, а холодный газ подсасывается в дуговой столб с противоположной стороны. Ионизация происходит легче с фронта, так как температура здесь выше. Плотность тока с этой стороны увеличивается, а с противоположной - уменьшается. В результате дуговой столб приходит в движение вместе с газом.
Рис.2. Гасительная камера электромагнитного выключателя Устройство гасительной камеры электромагнитного выключателя конструкции ВЭИ показано на рис.2. В процессе отключения сначала размыкаются главные контакты 1, после этого размыкаются дугогасительные контакты 2 и 3. Возникшая дуга растягивается и перебрасывается на передний рог 4, а потом на задний рог 7, соединенный с подвижным контактом 2 (положения Б и В). В цепь вводятся витки электромагнита 5 и между полюсными наконечниками 6 создается магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости чертежа. Силы взаимодействия тока в дуге и магнитного поля направлены вверх и втягивают дугу в вырезы пластин (положение Д). Число пластин определяется номинальным напряжением и номинальным током отключения. При напряжении 10 кВ число пластин значительно больше, чем при напряжении 6 кВ.
Рис.3. Электромагнитный выключатель типа ВЭМ-10Э-100/12,5УЗ Отечественные заводы строят электромагнитные выключатели серии ВЭМ с номинальным током отключения до 40 кА при напряжении 6,9 кВ и до 20 кА при напряжении 11,5 кВ (рис.3). Они получили применение в системах собственных нужд мощных электростанций, а также в промышленных установках, где необходимы частые операции включения и отключения. Стоимость их относительно высока.
Контрольные вопросы1. На какие напряжения выполнялись баковые и маломасляные выключатели. 2. Какие функции выполняет масло в баковых и маломасляных выключателях. 3. Конструкция и материал контактов в масляных выключателях. 4. Способы гашения дуги. 5. С каким приводом используются масляные выключатели. 6. Особенности дугогасительного устройства выключателя серии ВМТ. повышающие износостойкость контактов. 7. Назначение встроенного трансформатора тока 4. Электромагнитные выключателиПо способу сооружения и монтажа современные РУ (распределительные устройства) делятся на сборные и комплектные. Сборные РУ собираются на месте установки из отдельных узлов в условиях строительной площадки. Комплектные РУ (КРУ) комплектуются (составляются) из отдельных шкафов, изготовленных на заводе и поставляемых в готовом для монтажа виде. Применение КРУ ведет к повышению технико-экономических показателей электроустановки благодаря изготовлению КРУ по отлаженной заводской технологии, индустриализации строительно-монтажных работ, упрощению проектирования, обслуживания и ремонта. Отечественная промышленность выпускает КРУ со схемой с одной системой шин на напряжения 6-35 кВ. они применяются на электрических станциях и подстанциях с масляными, электромагнитными и вакуумными выключателями. Электромагнитные выключатели для КРУ 6 и 10 кВ применяют для потребителей с частыми отключениями. Электромагнитные выключатели нашли широкое применение на блочных тепловых и атомных электростанциях с энергоблоками единичной мощностью от 300 до 1200 МВт, на плавучих электростанциях, подстанциях метрополитена, металлургических комбинатах. Особое место среди КРУ с электромагнтными выключателями занимают рудничные взрывобезопасные КРУ типов КРУВ-6 и ЯВ-6400. Указанные КРУ применяют в подземных выработках угольных шахт, опасных по газу и пыли для управления вводными и отходящими присоединениями распределительных электрических сетей на напряжение 6 кВ, а также для управления отдельными электроприемниками. Были разработаны также электромагнитные выключатели общепромышленного применения, которые предусматривались для установки в КРУ2-10-20. На основе этих разработок промышленностью было освоено производство электромагнитных выключателей ВЭМ-10П со встроенным пружинным приводом на переменном оперативном токе и ВЭМ-10Э с электромагнитным приводом 151. Принцип работы элекромагнитных выключателей основан на гашении электрической дуги в дугогасительной камере, содержащей пакет керамических пластин, в которые дуга затягивается поперечным магнитным полем, возбуждаемым током дуги. Дуга, возникающая при размыкании дугогасительных контактов, под действием электродинамических сил контура тока и тепловых конвенционных потоков поднимается вверх и входит в дугогасительную камеру, постепенно увеличивая свое сопротивление. На рис.3.1 показаны различные положения, которые занимает электрическая дуга, поднимаясь по камере. Одно ее основание задерживается при этом на металлокерамической напайке неподвижного дугогасительного контакта, а второе перемещается по верхней кромке подвижного дугогасительного контакта. Дуга образует петлю между металлокерами-ческими напайками этих контактов (положение А). Постепенно удлиняясь, петля дуги приближается к левому рогу и переходит на него. При этом, часть дуги, находящаяся между металлокерамической напайкой неподвижного дугогасительного контакта и рогом оказывается зашунтированной катушкой магнитного дутья. Отдавая тепло керамической гребенке, она быстро гаснет и через катушку начинает проходить полный ток, протекающий через выключатель. Второе основание дуги перебрасывается с подвижного дугогасительного контакта на правый рог, и дуга принимает положение Б. Вторая катушка дутья, один конец которой соединен с рогом, а другой с нижним выводом выключателя, при этом оказывается последовательно включенной в цепь дуги. Между полюсными боковыми щеками электромагнитов создается интенсивное магнитное поле, пронизывающее камеру перпендикулярно плоскости, в которой движется дуга. Это магнитное поле взаимодействует с током дуги. Направление навивки витков катушек выбрано таким, что усилие воздействия магнитного поля на дугу направлено всегда в сторону затягивания дуги в камеру, где она занимает последовательно положения Б, Г и т.д. Поднимаясь в камере, дуга входит в вырезы керамических пластин пакета, приобретает зигзагообразную форму (длина ее увеличивается) и одновременно отдает тепло керамическим пластинам. Благодаря этому сопротивление дуги увеличивается и при очередном переходе тока через нуль дуга гаснет. Горячие газы, образующиеся при горении дуги, вытекают вверх по узким щелям между пластинами, охлаждаясь до такой степени, что выброса пламени из камеры не наблюдается. Электромагнитный выключательВЭ-10 на номинальное напряжение 10 кВ и номинальные токи от 1250 до 3600 А с пружинным приводом. Управление выключателем (дистанционное или вручную) осуществляется двигательным выносным пружинным приводом косвенного действия. Операция включения осуществляется за счет энергии, предварительно запасенной включающими пружинами привода, отключение - за счет энергии, запасенной отключающими пружинами привода. Собственное время отключения выключателя с приводом до 0,06 с, полное время отключения (до погасания дуги) - 0,07 с, собственное время V включения - 0,075 с, минимальная бестоковая пауза при АПВ - 0,5 с.
Рис. 4.1. Дугогасительная камера электромагнитного выключателя: 1.23 - щеки боковые; 2 - экран; 3 - гребенка; 4, 18 - рога; 5 - сердечник; 6 , 17 - катушки; 7 - шпилька; 8, 10 - колодки; 9, 20 -пластина; 11 - пакет пластин; 12, 13 - распорка; 14 - козырек; 15, 22 - плита; 16 - эксцентрик; 19 -выхлоп; 21 - уплотнение; А, Б, В, Г - положение дуги в процессе ее гашения. Узкие щели ДУ нагреваются дугой до очень высоких температур, при которых корпус начинает проводить ток. Большой остаточный ток может приводить кпробою по раскаленной поверхности пластин. Из-за этого номинальное напряжение электромагнитных выключателей не превышает 10 кВ. Достоинства электромагнитных выключателей: 1. Высокая надежность и большой срок службы.
Недостаток электромагнитных выключателей: высокая проводимость стенок ДУ. Контрольные вопросы 1. Каковы особенности гашения дуги в электромагнитных выключателях. 2. Каково назначение автопневматического дутьевого устройства. 3. Почему электромагнитные выключатели допускают частые включения и отключения. 4. Чем объясняется повышенная износостойкость дугогасящей части выключателя. studfiles.net 3.1.5. Электромагнитные выключатели высокого напряженияЭлектромагнитные выключатели на 6-20 кВ находят широкое применение в комплектных распределительных устройствах (КРУ), особенно в системах внутренних нужд на ТЭЦ и АЭС. Номинальные токи выключателей достигают 3 кА. При этом в отличие от масляных или воздушных выключателей эксплуатационные расходы относительно невелики, так как не нужно компрессорное оборудование. Принцип действия электромагнитного выключателя заключаетсяв том, что при воздействии магнитного поля на дугу она удлиняется и загоняется в дугогасительную камеру узкощелевого типа. Дуга, взаимодействуя со стенками камеры (диаметр дуги значительно превосходит ширину щели) охлаждается. Условия гашения в конце полупериода тока наступают при большой длине дуги. На рис. 3.1.4 показано дугогасительное устройство электромагнитного выключателя ВЭМ-6 на напряжение кВ, номинальный ток отключениякА, номинальный токА. На стальной раме 13 при помощи изоляторов 12 укреплена дугогасительная камера 14 и катушка магнитного дутья 11 с магнитными полюсами 10, охватывающими камеру с боков (показано штриховыми линиями). Подвижный контакт 2 вращается на опорном изоляторе 1 при помощи изоляционной тяги 18. Выключатель имеет главный 3 и дугогасительный 5 контакты. Главный контакт служит для проведения тока во включенном состоянии и имеющий серебряные накладки для снижения переходного сопротивления. Дугогасительный контакт обеспечивает режим коммутации и армирован дугостойкой металлокерамикой.
Рис. 3.1.4. Дугогасительное устройство электромагнитного выключателя ВЭМ-6 При размыкании дугогасительных контактов 5, 6 возникающая между ними дуга под воздействием электродинамических сил перемещается вверх. По мере развития дуги на рисунке показаны различные этапы ее промежуточного положения (А, Б, В, Г, Д, Е). Неподвижный контакт 6 отделен от дугогасительного рога 9 изоляционным промежутком необходимым для того, чтобы катушка магнитного дутья 11 включалась бы посредством связи 8 лишь в момент перехода основания дуги на дугогасительный рог 9 (участок дуги шунтируется катушкой магнитного дутья 11). Пройдя этапы последовательного гашения дуги А-Б-В-Г-Д-Е в магнитном поле, образованном катушкой магнитного дутья, связью 16 и дугогасительным рогом 15, дуга приобретает очень большие линейные размеры, что приводит к выполнению необходимых условий для ее погашения. При отключении небольших токов (десятки ампер) электродинамические силы на начальном этапе развития дуги недостаточны для ее вхождения в дугогасительное устройство. Для устранения этого недостатка имеется автопневматическое устройство 17. Поршень его связан с подвижным контактом 2, что приводит к выбросу струи сжатого воздуха по трубке 4 автопневматического устройства на контактную поверхность неподвижного дугогасительного контакта 6 и облегчает условия перехода дуги на дугогаситтельный рог 9. 3.1.6. Вакуумные выключателиУсловия существования и гашения дуги в вакууме имеют свои особенности. При расхождении контактов в вакуумной дугогасительной камере (ВДК) в последний момент между ними образуется жидкометаллический мостик, который затем разрушается. Происходит ионизация паров металла контактного мостика под воздействием приложенного напряжения сети, приводящая к образованию дуги. Таким образом, дуга в вакууме существует из-за ионизации паров контактного материала вначале за счет материала контактного мостика, а затем в результате испарения материала катодного электрода под воздействием энергии дуги. Поэтому, если поступление паров контактного материала будет недостаточно, вакуумная дуга должна погаснуть. При подходе тока к нулю тепловая энергия, выделяющаяся в дуге, тоже уменьшается, количество паров металла соответственно снижается и дуга должна погаснуть на первом переходе тока через нуль. Время горения дуги в ВДК не превосходит 10 мс. Кроме того, для вакуумной дуги характерна очень высокая скорость деионизации столба дуги (диффузная деионизация носителей тока электронов и ионов), обеспечивающая быстрое восстановление электрической прочности после погасания дуги. В вакууме электрическая дуга существует либо в рассеянном „диффузном" виде при токах до 5000-7000 А, либо в концентрированном „сжатом" виде при больших значениях тока. Граничный ток перехода дуги из одного состояния в другое зависит в значительной степени от материала, геометрической формы и размеров контактов, а также от скорости изменения тока. Диффузная дуга в вакууме существует в виде нескольких параллельных дуг одновременно, через каждую из которых может протекать ток от нескольких десятков до нескольких сотен ампер. При этом катодные пятна, отталкиваясь друг от друга, стремятся охватить всю контактную поверхность. При небольших токах и значительной площади контактов силы электромагнитного взаимодействия этих проводников с током (токи одного направления притягиваются) не могут преодолеть сил отталкивания катодных пятен друг от друга. Так как через каждое катодное пятно протекают небольшие токи, это приводит к небольшим размерам опорных пятен дуги на катоде и соответственно тепловая постоянная их оказывается очень малой < 1 мкс. По мере увеличения тока силы электромагнитного притяжения преодолевают силы отталкивания, и происходит слияние отдельных дуг в один канал, что приводит к резкому увеличению размеров катодного опорного пятна и соответственно его тепловой постоянной. Вследствие этого появляются значительные трудности гашения дуги, либо происходит полный отказ камеры. Поэтому задачи, стоящие при разработке ВДК, заключаются в создании условий, при которых дуга существовала бы в диффузном виде, либо время воздействия „сжатой" дуги на электроды было бы минимальным. Это достигается созданием радиальных магнитных полей, обеспечивающих перемещение опорных точек дуги с высокой скоростью по электродам. Для получения радиальных и аксиальных магнитных полей разработаны различные конструкции контактных систем (рис. 3.1.5).
а)б) Рис. 3.1.5. Конструкции контактных систем ВДК с поперечным (а) и продольным (б) магнитным полем В ВДК на номинальное напряжение 10 кВ и номинальные токи отключения до 31,5 А применяются контактные системы с поперечным (по отношению к дуге) радиальным магнитным полем (рис. 3.1.5, а). Контакты со спиральными лепестками имеют вид дисков, у которых периферийные участки разрезаны спиральными пазами 3 на сегменты, соединенные в центральной части. В замкнутом состоянии контакты соприкасаются по кольцевому выступу. При размыкании контактов дуга под воздействием электродинамических сил, возникающих из-за искривления контура тока, перемещается на периферийные участки 4. При этом из-за спиралеобразных прорезей возникает радиальное магнитное поле, под воздействием которого дуга перемещается по периферийным участкам с высокой скоростью, что не вызывает появления больших расплавленных зон на электродах. С увеличением тока до 50 кА при ограниченности геометрических размеров электродов скорости движения дуг становятся столь велики, что все-таки дуга успевает образовать значительные оплавления особенно острых кромок лепестков. Это и ограничило предел отключающей возможности контактных систем такого типа до 50 кА. Новые разработки контактных систем направлены на создание аксиального (продольного по отношению к дуге) магнитного поля, образованного током отключения. Схема контактной системы, представленная на рис. 3.1.5, б позволяет коммутировать токи 200 кА. Создание магнитного поля аксиального параллельным дугам не дает им возможности соединиться, что сохраняет дугу в диффузном виде. Ток от центрального токоподвода растекается по четырем радиально расположенным токопроводящимися „спицам" 2, оканчивающимися на периферии проводниками кольцевой формы, но ограниченными лишь четвертью окружности каждая. В целом это создает один виток, обтекаемый током отключения. Оконечности этих кольцевых дуг соединяются непосредственно с электродом 4, на котором и происходит процесс возникновения и гашения дуги. Непосредственно контактирующая поверхность электродов 3, 4 имеет радиальные прорези, препятствующие слиянию дуг. Как отмечалось выше, дуга возникает и существует в результате ионизации паров материала контактов. При недостаточном их поступлении она должна гаснуть. Но оказывается, что дуга может погаснуть раньше естественного перехода тока через нуль - явление „среза тока". И тогда могут возникнуть опасные как для аппарата, так и для отключаемой цепи перенапряжения. Исследования показали [1], что максимальный ток среза наблюдается на контактах из молибдена - 14 А, вольфрама - 9 А, меди - 2 А, висмута - 0,3 А. Поэтому в качестве контактного материала не может быть использован какой-либо один металл, а используется сложная композиция на базе металла с высокой тепло- и электропроводностью Си, а также небольших включений легколетучих компонентов - висмута, сурьмы, хрома и пр. Таким образом, удается уменьшить ток „среза" до минимального значения. Конструкции вакуумных выключателей разнообразны. Одна из распространенных конструкций (рис. 3.1.6) имеет два изоляционных цилиндрических кожуха 1,2, снабженных по торцам металлическими фланцами 4, 15. Неподвижный контакт 12 при помощи токоввода 13 жестко крепится к фланцу 15., подвижный контакт 11 связан с фланцем 4 при помощи сильфона 5.
Рис. 3.1.6. Вакуумная дугогасительная камера ВДК-10-31 Как правило, в конструкции ВДК имеются экраны 3, 9, 10, 14, выполняющие функции повышения электрической прочности камеры за счет выравнивания градиента напряженности электрических полей и защиты внутренних изоляционных частей от металлизации распыленным контактным материалом (рис. 3.1.6). Электрическая прочность контактного промежутка очень высока. Это приводит к тому, что расстояние между контактами при напряжениях до 35 кВ не превышает 5 мм. Вакуумные выключатели находят все более широкое применение, вытесняя менее надежные и материалоемкие масляные и электромагнитные выключатели. studfiles.net ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ — КиберПедияВ отличие от масляных и воздушных выключателей электромагнитные выключатели для своей работы не требуют масла или сжатого воздуха, более просты и удобны в эксплуатации, обладают высокой надежностью и большим сроком службы.Электромагнитный выключатель серии ВЭ на напряжение 6 и 10 кВ, номинальный ток до 3,6 кА и номинальный ток отключения до 31,5 кА показан на рис. 25, а. Три полюса выключателя смонтированы на выкатной тележке 1. При перемещении тележки влево пальцевый контакт 2 соединяется с медной шиной комплектного распределительного устройства (КРУ). Подвижный контакт 3 выключателя имеет вращательное движение относительно точки О и приводится в действие изоляционной штангой 4, соединенной с механизмом выключателя. Разрывной контакт полюса имеет главные пальцевые контакты 5 и дугогасительные 6, расположенные над главными контактами. ДУ выключателя 7 расположено над контактной системой. Для улучшения гашения малых токов выключатель имеет устройство воздушного дутья 8, которое приводится в действие тягой 9, соединенной с механизмом привода выключателя. При отключении выключателя в дутьевом устройстве создается сжатый воздух, который протекает по трубке 10 и воздействует на дугу, перемещая ее вверх и включая катушки магнитного дутья. Рис. 25. Электромагнитный выключатель:а — общий вид выключателя ВЭ-10; б — дугогасительное устройство Присоединение цепей привода и сигнализации к схеме управления КРУ производится с помощью штепсельного контактного разъема 11.Правая катушка магнитного дутья 12 соединяется с нижним выводом выключателя шиной 13ДУ выключателя изображено на рис. 18 25,6. При размыкании дугогасительных контактов 1 и 2 возникает дуга А, которая под действием электродинамических сил и конвекционных потоков воздуха перемещается в положение Б Этому также способствует воздушное дутьевое устройство. Один конец дутьевой катушки 3 соединен с неподвижным контактом 1, второй — с левым рогом 5. При перемещении дуги вверх она касается рога 5, при этом участок дуги между контактом 1 и нижним концом рога 5 шунтируется дутьевой катушкой. Так как полное сопротивление катушки мало, то этот участок дуги гаснет и катушка 1 включается в коммутируемую цепь последовательно. Магнитный поток, создаваемый катушкой 3, проходит по полюсным наконечникам (поз. 12, рис. 25, а), с помощью которых магнитное поле направляется перпендикулярно плоскости (рис. 25,6). Силы взаимодействия тока дуги и поля перемешают дугу вверх и затягивают ее в ДУ, состоящее из пакета керамических пластин с вырезами (рис. 4.24). При перемещении дуги в положение Г правый конец дуги переходит на дугогасительный рог 4 и включается вторая система магнитного дутья. В результате дуга движется с большой скоростью (около 100 м/с). По мере перемещения вверх дуга деформируется, принимая зигзагообразную форму Е (в горизонтальной плоскости), удлиняется и тесно соприкасается с пластинами ДУ. Это приводит к росту сопротивления дуги и напряжения на ней. Из-за эффективного отвода тепла от дуги градиент напряжения на ней, В/м, не зависит от тока. Рис. 26. Изменение угла между током и напряжением в ДУ электромагнитного выключателя В результате сопротивление дуги становится больше сопротивления Х„ коммутируемой цепи, ток в цепи и сдвиг фаз между током и напряжением цепи уменьшаются, что приводит к облегчению восстановления напряжения на контактном промежутке. Осциллограмма процесса отключения электромагнитного выключателя представлена на рис. 26. До момента размыкания контактов фк=90°. При первом прохождении через нуль напряжение на дуге мало и дуга загорается вновь. По мере удлинения и охлаждения дуги напряжение на ней увеличивается. К моменту третьего прохождения тока через нуль напряжение значительно больше возвращающегося напряжения промышленной частоты, при этом обеспечивается неравенство (1). Из-за значительного сопротивления дуги ток к моменту гашения дуги значительно уменьшается.Описанный выключатель обеспечивает 104 коммутационных циклов при Iном=1600 А и 5-10-3 циклов при Iном = 3600 А без ревизии и ремонта Механическая износостойкость его составляет 5-104 циклов. Поэтому выключатели этой серии применяются при большой частоте операций.Выключатель имеет пружинный привод, который заводится двигателем. Привод обеспечивает однократный цикл 0—0,3—ВО с бестоковой паузой 0,3 с В юрой цикл может быть совершен через 15 с после завода включающих пружин.Недостатком электромагнитных выключателей является большая проводимость стенок ДУ. Узкие щели ДУ нагреваются дугой до очень высоких температур, при которых начинают проводить ток. Большой остаточный ток может приводить к пробою по раскаленной поверхности пластин. Из-за этого номинальное напряжение электромагнитных выключателей не превышает 10 кВ Вакуумные выключатели - Выключатели высокого напряжения ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ В вакуумных выключателях контакты расходятся в среде с давлением 10~4 Па. При таком вакууме дугогасительный промежуток имеет очень высокую электрическую прочность — примерно 100 кВ/мм. Малая плотность воздуха создает возможность гашения дуги без ДУ за время 0,01— 0,02 с. Все это дает возможность создать выключатели с малым износом контактов, работающие при минимальном техническом обслуживании в течение нескольких десятков лет. Это определяет перспективность развития и широкого применения вакуумных выключателей. Процесс гашения дуги в вакууме рассмотрен ранее. Здесь добавим, что образующиеся под действием высокой температуры ионы движутся к электродам, создавая вблизи них соответствующие объемные заряды. Поток электронов направляется к аноду и производит его бомбардировку. Освобождающиеся из анода положительные ионы движутся к катоду и разрушают его. Эти процессы определяют срок службы контактов.Следует отметить, что высокие значения напряженности электрического поля (при малых расстояниях между контактами) являются также причиной возникновения дуги в вакууме благодаря автоэлектронной эмиссии. Малая плотность среды обусловливает очень высокую скорость диффузии зарядов из-за большой разницы плотностей частиц в разряде и вакууме. Быстрая диффузия частиц, высокая электрическая прочность вакуума позволяют эффективно гасить дугу в вакуумном выключателе.Для работы вакуумного выключателя имеет большое значение дегазация контактов, так как адсорбированные ими газы при разогреве выделяются и ухудшают вакуум. С целью удаления газовых включений из контактов их нагревают в течение нескольких часов до красного каления.При работе выключателя распыленные материалы контактов осаждаются на поверхности изоляционного цилиндра, что создает возможность перекрытия изоляции. Для защиты цилиндра от паров металла электроды защищаются специальными металлическими экранами 8, 9 (рис. 27). При отсутствии экранов электрон, разгоняясь в электрическом поле по длинному пути, приобретает высокую энергию и при столкновении с молекулой может вызывать ее ионизацию. Благодаря экранам 8 и 9 электрическое поле разбито на два небольших участка (между электродами 9 и 8 и между электродами 8 и 9). Возможность перекрытия внутри камеры резко снижается.При переменном токе после прохождения тока через нуль происходит быстрое рассасывание зарядов вследствие диффузии, и через 10 мкс между контактами восстанавливается электрическая прочность вакуума. Быстрое нарастание электрической прочности промежутка после прохождения тока через нуль является большим достоинством вакуумных выключателей.Для вакуумной дуги характерен обрыв (срез) тока при подходе к нулевому значению. При уменьшении тока падает давление паров металла, дуга становится неустойчивой и гаснет. Резкие уменьшения тока могут вызывать перенапряжения, опасные для отключаемого оборудования. Ток среза зависит как от параметров отключаемой цепи, так и от свойств материала контактов. Вольфрам обладает устойчивостью к свариванию, высокой температурой плавления и износостойкостью. Однако при вольфрамовых контактах значения тока среза и перенапряжений очень высоки, так как пары вольфрама создают низкое давление. Перенапряжения при медных контактах в 2,5 раза ниже, но они более подвержены свариванию и износу. Эти противоречия устраняются, если часть контактной поверхности выполнена из дугостойкого металла (молибден), а другая часть — из материала с высоким давлением паров (сурьма). Хорошие результаты дает специальная металлокерамика. Наличие вакуума ухудшает охлаждение контактов. Однако за счет увеличения размеров подводящих шин, совершенствования конструкции ДУ и контактных материалов удается довести длительные токи до необходимых значений.В вакуумной дугогасительной камере (рис. 27) контактный стержень 4 с контактным наконечником 1—2 жестко укреплен в металлическом фланце 6 керамического корпуса 10. Контактный стержень подвижного контакта 5 связан с сильфоном 7, выполненным из нержавеющей стали. Сильфон представляет собой цилиндрическую эластичную гармошку. Поэтому стержень 5 имеет возможность осевого перемещения. Внутренняя полость сильфона связана с атмосферой, поэтому контакт 3 верхнего контакта нажимает на контакт 3 нижнего контакта с силой, равной произведению площади сильфона Sc на атмосферное давление. Допустим, Sc=100 см2, тогда контактное нажатие равно 1000 Н, что достаточно для пропускания небольшого номинального тока. При больших номинальных токах и для получения необходимой динамической стойкости ставится дополнительная пружина, создающая необходимое нажатие контактов. Металлические экраны 8 и 9 служат для выравнивания электрического поля между контактами с целью повышения электрической прочности. Экран 8 защищает также керамику 10 от напыления паров металла, образующихся при гашении дуги. Контакты 1 и 2 имеют форму, показанную на рис. 28. Касание контактов 1 происходит в шести точках, что позволяет снизить переходное сопротивление и уменьшить температуру контактов. Следует отметить, что тепло, выделяемое в контактах 1, V и контактных стержнях 4, 5, отводится в основном теплопроводностью к нижнему фланцу 6 и шинам, соединяемым с контактом 5. Из-за высокого вакуума отдача тепла в радиальном направлении идет только за счет излучения. Рис. 27. Вакуумная дугогасительная камераРис. 28. Контакты ДУ Поперечное магнитное поле в месте перехода тока из контакта 1 в контакт 1' быстро перебрасывает дугу на криволинейные сегменты 2 (рис. 28). Перемещение дуги по контактам с большой скоростью позволяет уменьшить эрозию контактов и снизить количество паров металла в вакуумной дуге. При таких контактах удалось поднять номинальный ток отключения до 31,5 кА при напряжении 10 кВ. Однако при больших токах отключения напряжение на дуге начинает расти с увеличением тока (до 100В и выше). При этом энергия дуги увеличивается, процесс гашения затрудняется. Как показали исследования, если мощная вакуумная дуга находится в продольном магнитном поле (индукция направлена по оси камеры), то удается снизить напряжение на дуге при больших токах (до 50 В) и отключать токи 100 кА при напряжении сети 10 кВ [9]. Параметры камеры КДВ-10-1600-20Номинальное напряжение, кВ.............. 10Номинальный ток отключения, кА............. 20Длительный ток, кА, при дополнительном поджатии контактов1600 Н ...................... 1,6Средний ток среза, А, не более............. 10Электрическая износостойкость, циклов ВО:при токе 1600 А..............., 10000при токе 20 кА................., 25Механическая износостойкость, циклов ВО......... 2-104Допустимый износ контактов, мм............ 4Ход подвижного контакта, мм............. 12Скорость подвижного контакта, м/с:при включении................ 0,5—0,7при отключении............... 2Срок службы ДУ, лет.............. 25 Общий вид выключателя, использующего ДУ по рис. 27, дан на рис. 29. Дугогасительные камеры 1, залитые в эпоксидный компаунд, имеют выходные контакты 2 в виде розеток. ДУ укреплены на тележке 3, в которой расположены механизм и привод выключателя.Параметры вакуумных ДУ приведены в [3.1]. Высокая износостойкость вакуумных ДУ позволила создать вакуумные контакторы, примером которых может быть трехфазный контактор КВТ-6/10-400-4-У2 со следующими параметрами: номинальное напряжение 6 и 10 кВ; номинальный ток 400 А; номинальный ток отключения 4 кА; коммутационная износостойкость при номинальном токе 105 циклов ВО, при токе 4 кА—50 циклов ВО; механическая износостойкость 106 циклов ВО; частота включений в час 300. Рис. 29. Вакуумный выключатель В настоящее время ведутся работы по увеличению номинального напряжения одного разрыва выключателя до 80 кВ при токе отключения 40 кА.В заключение следует отметить следующие преимущества вакуумных выключателей перед другими типами:1) отсутствие специальной дугогасящей среды, требующей замены;2) высокая износостойкость, обеспечивающая срок службы выключателей до 25 лет при минимальных эксплуатационных затратах;3) быстрое восстановление электрической прочности междуконтактного промежутка;4) полная взрыво- и пожаробезопасиость, отсутствие выбросов продуктов горения дуги в окружающее пространство;5) высокое быстродействие, обусловленное малой массой контактов и их малым ходом;6) широкий диапазон рабочих температур — от 70 до +200 °С.К недостаткам можно отнести: возникновение больших перенапряжений при отключении индуктивной нагрузки, что может приводить к повреждению изоляции; большие трудности при создании выключателей на номинальное напряжение 100 кВ и выше, когда приходится соединять несколько разрывов последовательно; сложность разработки и изготовления, большие затраты для организации производства. Тем не менее при массовом производстве себестоимость вакуумного выключателя приближается к себестоимости маломасляных и электромагнитных. При напряжении до 35 кВ вакуумный выключатель является наиболее перспективным, особенно при отключении больших токов высокой частоты.При массовом производстве вакуумные выключатели всего на 5—15% дороже маломасляных и дешевле электромагнитных. Экономия эксплуатационных расходов обусловливает все более широкое распространение вакуумных выключателей (в Японии 50 % всех выключателей вакуумные) Синхронизированные выключатели - Выключатели высокого напряжения 9. СИНХРОНИЗИРОВАННЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ Во всех рассмотренных выше выключателях расхождение контактов может начинаться при любом значении коммутируемого тока. Интеграл берется за каждый полупериод, после чего энергия суммируется.Возрастание номинального тока отключения выключателей ведет к увеличению энергии Лд, выделяемой в дуговом промежутке. При этом усложняется конструкция выключателей, увеличиваются их габаритные размеры и масса. Кроме того, с ростом энергии Аа увеличивается износ контактов. Даже применение металлокерамических контактов не решает этого вопроса при большом числе отключений.Режим отключения можно значительно облегчить, если ограничить выделяемую в дуге энергию. Это достигается синхронизацией момента начала расхождения контактов с моментом прохождения тока через нуль при высокой скорости движения контактов. Рис. 30. Синхронизированное отключение цепей высокого напряжения:а — структурная схема синхронизированного выключателя; б — к пояснению метода синхронизации Структурная схема одного из вариантов синхронизированного выключателя представлена на рис. 30. Трансформатор тока ТА питает синхронизатор 1, который выдает запускающий импульс 1,5—2 мс до момента прохождения тока через нуль. К этому моменту расстояние между контактами должно быть достаточным для надежного гашения дуги. При этом энергия, выделяемая при расхождении контактов, уменьшается в 10—50 раз. Уменьшается не только время горения дуги (до 1,5—2 мс), но и максимальное значение тока в дуге (до 0,21т). Все это создает благоприятные условия для гашения дуги при первом прохождении тока через нуль.На логический элемент 3 подаются сигналы от синхронизатора 1 и релейной защиты 2. Сигнал на выходе этого блока появляется при наличии сигнала от релейной защиты. От логического элемента 3 подается сигнал в систему оптической передачи 4—6. Сигнал по волоконному световоду 5 поступает на фотоприемник 6, в качестве которого используются фотодиоды либо фототиристоры. Сигнал приемника 6 используется для управления индукционно-динамическим приводом 7, 8, обеспечивающим необходимую скорость подвижного контакта 9 выключателя.Принцип действия индукционно-динамического привода следующий. От источника питания ИП через трансформатор Т и диод заряжается конденсаторная батарея с емкостью С=100н-300 мкФ и напряжением батареи 3—5 кВ. При поджиге трехэлектродного разрядника 10 конденсатор разряжается на катушку 7, расположенную вблизи диска 8, изготовленного из материала с очень малым электрическим сопротивлением. Диск жестко связан с подвижным контактом 9. Разряд батареи имеет колебательный характер с частотой 1—5 кГц. Под действием магнитного поля катушки, изменяющегося с такой частотой, в диске наводятся вихревые токи. Эти токи взаимодействуют с током катушки и создают силу, отталкивающую диск от катушки. Диск жестко связывается с подвижным контактом. Описанный индукционно-динамический привод обладает очень высоким быстродействием.Для повышения быстродействия диск привода связан с подвижным контактом без каких-либо промежуточных передач. Время передачи импульса от синхронизатора до трехэлектродного разрядника составляет десятки микросекунд, так что полное время отключения выключателя не превышает 1,5—2 мс.Схемы и методы синхронизации весьма разнообразны [3, 9]. Рассмотрим принцип синхронизации с запоминанием тока (метод МЭИ). Назовем время подачи синхронизирующего сигнала временем упреждения гупр. После начала КЗ производится измерение значения тока и времени его наступления (рис. 30,6). Полное время отключения синхронизированного выключателя вместе с защитой лежит в пределах 0,02 с.По сравнению с другими типами синхронизированные выключатели имеют следующие преимущества:1. Малая длительность горения дуги. Значительно уменьшаются износ контактов и эксплуатационные расходы.2. Облегчается процесс гашения дуги. Уменьшение выделяемой дугой энергии позволяет увеличить номинальный ток отключения при том же расходе воздуха.3. Увеличивается скорость восстановления электрической прочности промежутка. Работа выключателя при высоких скоростях восстановления напряжения допустима без шунтирующих резисторов.4. Отключение КЗ за время г<0,02 с повышает динамическую устойчивость энергосистем промышленной частоты.Недостатком синхронизированных выключателей является сложность схемы и конструкции, наличие большого количества элементов, что сказывается на надежности работы. В связи с этим развитие синхронизированных выключателей на высокие напряжения временно затормозилось. Тем не менее принцип синхронного размыкания цепи используется во взрывных предохранителях с напряжением 6—10 кВ. Синхронизирующий сигнал приводит в действие взрывное устройство, разрушающее плавкую вставку, расположенную в трансформаторном масле. Благодаря высокому давлению (10—15 МПа) гашение дуги происходит при первом прохождении тока через нуль. Отключаемые токи могут достигать 200 кА при напряжении 10 кВ. Синхронизированное размыкание контактов используется и в полупроводниковых отключающих аппаратах.
Выключатели нагрузки - Выключатели высокого напряжения ВЫКЛЮЧАТЕЛИ НАГРУЗКИ Стоимость выключателей с приводами довольно велика. С учетом необходимых для управления выключателем трансформаторов тока и устройств релейной защиты стоимость современного распределительного устройства получается очень высокой.Если длительный ток установки невелик (400—600 А при напряжении 10 кВ), вместо выключателя с релейной защитой целесообразно использовать выключатель нагрузки и предохранители.Выключатель нагрузки имеет ДУ небольшой мощности для отключения номинальных токов. В случае КЗ используется высоковольтный предохранитель. В выключателях нагрузки для гашения дуги применяются камеры с автогазовым, электромагнитным, элегазовым дутьем и вакуумными элементами.В камерах с автогазовым дутьем гашение дуги осуществляется газами, которые выделяются под действием высокой температуры дуги стенками из газогенерирующего материала (органического стекла, винипласта и др.). Общий вид автогазового выключателя нагрузки типа ВН-16 на номинальное напряжение 10 кВ и отключаемый ток 200 А показан на рис. 31. Все три полюса размещаются на сварной раме. На нижнем опорном изоляторе полюса расположены вывод полюса и шарнир подвижного контакта 1. На верхнем изоляторе укреплены неподвижный главный контакт 2, дугогасительная камера 5 и второй вывод полюса. Подвижный главный контакт 1 выполнен из двух стальных пластин. В середине укреплен дугогасительный контакт 4 в виде изогнутой тонкой медной шины. Подвижные контакты приводятся в движение валом выключателя 3, который соединен с контактами фарфоровой тягой. Отключение выключателя происходит под действием пружин 6, которые заводятся при включении. В дугогасительной камере (рис. 31,6) расположен неподвижный дугогасительный контакт точечного типа 7, соединенный с главным неподвижным контактом 2. Корпус камеры выполнен из пластмассы и состоит из двух половин, стянутых винтами. Внутри корпуса размещены два вкладыша 8 из газогенерирующего материала — органического стекла.Управление выключателем осуществляется ручным рычажным приводом со встроенным электромагнитом для дистанционного отключения. Если необходимо дистанционное включение, то может быть использован дополнительный электромагнитный привод.Во включенном положении выключателя ток проходит через контур главных и дугогасительных контактов. Во время отключения сначала размыкаются главные контакты и весь ток перебрасывается в цепь дугогасительных контактов. После расхождения дугогасительных контактов между вкладышами 8 загорается дуга. Малая толщина подвижного дугогасительного контакта 4 и узкая щель, в которой он перемещается, обеспечивают хороший контакт дуги со стенками вкладышей. Выключатель нагрузки типа BH-16 Благодаря высокой температуре дуги вкладыши интенсивно выделяют газ, который стремится выйти из камеры через зазор между подвижным контактом и вкладышами. При этом возникает продольный обдув дуги, в результате чего она гаснет. Зона выброса газов из камеры 200—500 мм. Контакт 4 выходит из камеры тогда, когда дуга погаснет. В отключенном положении дугогасительный контакт отходит от камеры на расстояние, обеспечивающее достаточную электрическую прочность для данного класса напряжения Последовательно с выключателем нагрузки включаются мощные предохранители типа ПК, которые защищают установку от КЗ.Выключатель может снабжаться дополнительным устройством, которое автоматически отключает его после срабатывания предохранителей. Это устройство приводится в действие указателем срабатывания предохранителя. Рис. 32. Вакуумный контактор:1— камера вакуумная дугогасительная; 2 — каркас; 3— основание; 4— резистор; 5 — разъемы штепсельные; 6 — диод; 7 — щека; 8 — панель; 9— счетчик числа циклов; 10 — привод электромагнитный; 11 — контакт вспомогательной цепи; 12 — пружины отключающие; 13 — траверса; 14 — пружина дополнительного поджатия; 15 — связь гибкая; 16 — выводы контактные Без замены вкладышей выключатель нагрузки допускает 75 отключений тока 200 А при напряжении 10 кВ.Перспективны вакуумные выключатели нагрузки и контакторы. На рис. 32 представлен вакуумный контактор К.ВТ-6/10-400-4-У2 на камерах КВД-10-400-4-У2. Вакуумный контактор в отличие от выключателя нагрузки имеет большое допустимое число коммутаций номинального тока (105 ВО) и отключает 50 раз небольшие токи КЗ (4 кА при напряжении 10 кВ). Вакуумная камера 1 укреплена в изоляционном корпусе 2. Дополнительное поджатие подвижного контакта создается пружиной 14. Отключение производится изоляционной траверсой 13, на которую действует электромагнит 10. Электромагнит может питаться постоянным или переменным током через выпрямительный мост. Контактор КВТ-6/10-400-4-У2 имеет следующие данные номинальное напряжение 6 и 10 кВ, номинальный ток 400 А, число допустимых коммутаций (ВО) при номинальном токе 10% число включений и отключений в час 300 при токе 400 А, поминальный ток отключения 4 кА, число допустимых коммутаций при этом токе 50.На базе вакуумных ДУ могут быть созданы выключатели нагрузки на номинальный ток до 2 кА, номинальный ток отключения 6 кА и номинальное напряжение до 36 кВ[7].
11. ВЫБОР ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ При выборе выключателя его номинальные параметры сравниваются с параметрами сети в месте его установки. Выключатель выбирается по наиболее тяжелому режиму работы, который возможен в эксплуатации. Номинальное напряжение выключателя должно быть равно или больше номинального напряжения защищаемой сети. Номинальный длительный ток выключателя должен быть больше номинального тока установки. Номинальный ток отключения выключателя должен быть больше максимального расчетного тока короткого замыкания к моменту расхождения контактов. При определении необходимо рассмотреть все возможные варианты КЗ и выбрать наиболее тяжелый вероятный режим. Как правило, наиболее тяжелые режимы создаются при отключении трех- и однофазного КЗ на землю. Расчет апериодической слагающей ведется из условия, что КЗ произошло в момент, когда напряжение в одной из фаз равно нулю. Ток /вкл.ном должен быть не менее ударного тока КЗ, протекающего через выключатель. При выборе выключателя следует иметь в виду, что в момент размыкания контактов выключателя апериодическая составляющая тока КЗ не должна превышать апериодический ток, гарантированный заводом-изготовителем. Обычно этот ток выражается в процентах номинального тока отключения. Расчетное время размыкания берется равным минимально возможному. Наряду с номинальным током отключения необходимо учитывать циклы (последовательность включений и отключений— ВО), при которых выключатель работает. Номинальный ток отключения выключателей без АПВ гарантируется при цикле О—180—ВО—380—ВО. Для выключателей, работающих в циклах многократного быстродействующего АПВ, возможно уменьшение номинального тока отключения, особенно при втором или третьем АПВ. Термическая стойкость проверяется из условия протекания через выключатель тока КЗ в течение максимального времени, обусловленного срабатыванием защиты. Номинальный ток электродинамической стойкости выключателя должен превышать максимально возможное значение ударного тока КЗ, которое может быть в установке. Обычно сравнивают мгновенные значения пика тока. Выпускаемые промышленностью выключатели испытываются при скоростях восстановления напряжения, которые являются типовыми. Однако в некоторых случаях необходимо проводить расчет скорости восстановления напряжения в проектируемых сетях и сравнивать с условиями, которые имели место при испытаниях аппарата. Особенно тяжелые условия с этой точки зрения имеют место при КЗ на зажимах мощных генераторов, трансформаторов и неудаленных КЗ. Иногда требуется установка специальных шунтирующих резисторов для снижения скорости восстановления напряжения. Для мощных системных выключателей, от работы которых зависит устойчивость параллельно работающих сетей, важным параметром является время отключения и время повторного включения. Иногда эти параметры диктуют выбор типа выключателя и его привода. При выборе типа выключателя следует учитывать следующие обстоятельства: 1. При номинальном напряжении 6—10 кВ и редких коммутациях целесообразно применение маломасляных выключателей. При частых коммутациях рекомендуется применять вакуумные и элегазовые, обладающие большим сроком службы. 2. При номинальном напряжении 35—110 кВ и номинальных токах отключения до 20 кА целесообразно применять маломасляные выключатели. При больших номинальных напряжениях и больших номинальных токах отключения применяются воздушные и элегазовые выключатели. При экономической оценке выбираемого типа выключателей следует учесть, что, несмотря на то, что вакуумные выключатели имеют большую стоимость, применение их более оправдано ввиду малых расходов на техническое обслуживание и большого срока службы ДУ (до 25 лет).
cyberpedia.su Электромагнитные выключателиНесмотря на ограниченную область использования по напряжению (6—20 кВ) выключатели этого типа нашли широкое применение в КРУ, особенно в системах внутренних нужд на ТЭЦ и АЭС. Номинальные токи выключателей достигают 3150 А, а номинальные токи отключения — 40 кА. При этом в отличие от масляных или воздушных выключателей эксплуатационные расходы на них относительно невелики. Принцип действия электромагнитного выключателя заключается в том, что при воздействии магнитного поля на дугу она удлиняется и направляется в дугогасительную камеру (рис. 9.12) узкощелевого типа, где, тесно взаимодействуя со стенками камеры (диаметр «свободной» дуги значительно превосходит ширину щели dд > δщ), она охлаждается.
На рис. 9.13 представлено дугогасительное устройство электромагнитного выключателя ВЭМ-6 на напряжение Uном = 6 кВ, номинальный ток отключения Iо.ном = 38,5 кА, номинальный ток Iном = 1600 А.
На стальной раме 13 при помощи изоляторов 12 укреплены гасительная камера 14 и катушка магнитного дутья 11 с магнитными полюсами 10, охватывающими камеру с боков (показаны штриховыми линиями). Подвижный контакт 2 вращается на опорном изоляторе 1 при помощи изоляционной тяги 18. Выключатель имеет главный 3 и дугогасительные 5, 6 контакты. В зависимости от назначения функции их различны: главный служит для проведения тока во включенном состоянии и имеет серебряные накладки для снижения переходного сопротивления; дугогасительный обеспечивает режим коммутации и армирован дугостойкой металлокерамикой 7. При размыкании дугогасительных контактов 5, 6 возникающая между ними дуга под воздействием электродинамических сил перемещается вверх. По мере развития дуги на рисунке показаны различные этапы ее промежуточного положения (А, Б, В, Г, Д, Е). Неподвижный контакт 6 отделен от дугогасительного рога 9 изоляционным промежутком, необходимым для того, чтобы катушка магнитного дутья 11 включалась посредством связи 8 лишь в момент перехода основания дуги на дугогасительный рог 9 (участок дуги Е шунтируется катушкой магнитного дутья 11). Пройдя этапы последовательного гашения дуги А—Е—Б—В—Г—Д в магнитном поле, образованном катушкой магнитного дутья, связью 16 и дугогасительным рогом 15, дуга приобретает очень большие линейные размеры (до 2 м), что приводит к необходимым условиям для ее гашения. Следует отметить, что при отключении небольших токов (десятки ампер) электродинамические силы на начальном этапе развития дуги недостаточны для ее вхождения в ДУ. Для устранения этого недостатка имеется автопневматическое устройство 17. Поршень его связан с подвижным контактом 2, что приводит к выбросу струи сжатого воздуха по трубке 4 автопневматического устройства на контактную поверхность неподвижного дугогасительного контакта б и облегчает условия перехода дуги на дугогасительный рог 9.
Похожие статьи:poznayka.org Электромагнитный выключатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4Электромагнитный выключательCтраница 4 Электромагнитные выключатели гасят дугу без применения масла или сжатого воздуха, что является большим преимуществом их перед другими типами выключателей. [47] Электромагнитные выключатели нагрузки типаВНТЭМ - 10 [12-2] изготовляют для напряжений 6 и 10 кВ, номинальных продолжительных токов соответственно 630 и 400 А и с номинальными токами отключения 1000 и 630 А, превышающими номинальные продолжительные токи приблизительно в 1 5 раза. Выключатели нагрузки снабжают пружинными приводами с ручным заводом и дистанционным управлением. В положении отключено обеспечен видимый разрыв цепи, как у разъединителей. [49] Электромагнитные выключатели первых выпусков имели недостаток, состоявший в том, что крепящие болты выполнялись диаметром несколько меньшим диаметра отверстий в основании контакта и в шинном выводе. [50] Электромагнитный выключатель серии ВЭ на напряжение б и 10 кВ, номинальный ток до 3 6 кА и номинальный ток отключения до 31 5 кА показан на рис. 18.25, а. Подвижный контакт 3 выключателя имеет вращательное движение относительно точки О и приводится в действие изоляционной штангой 4, соединенной с механизмом выключателя. Разрывной контакт полюса имеет главные пальцевые контакты 5 и дугога-сительные 6, расположенные над главными контактами. ДУ выключателя 7 расположено нзд контактной системой. Для улучшения гашения малых токов выключатель имеет устройство воздушного дутья 8, которое приводится в действие тягой 9, соединенной с механизмом привода выключателя. При отключении выключателя в дутьевом устройстве создается сжатый воздух, который протекает по трубке 10 и воздействует на дугу, перемещая ее вверх и включая катушки магнитного дутья. [51] Почему электромагнитные выключатели допускают частые включения и отключения. [53] Каждый электромагнитный выключатель снабжается заводской инструкцией, в которой достаточно подробно приведены технические требования и нормы по обслуживанию. [54] Почему электромагнитные выключатели допускают частые включения и отключения. [55] Существующие электромагнитные выключатели с узкощелевыми камерами различаются исполнением магнитных систем и формой щелевых каналов. ДУ изготовляются с плоской и зигзагообразной щелью. [56] Срабатывает электромагнитный выключатель автомата безопасности, вследствие чего закрывается стопорный клапан СК и регулирующий клапан РК на линии топливного газа и открывается байпасный кран БК. [57] Приводы электромагнитных выключателей снабжаются также набором других блокировочных контактов ( типа КСА), связанных с приводом выключателя. [58] Изоляция электромагнитного выключателя решена разнообразно, так как в выключателях применены: фарфоровые изоляторы, эпоксидные втулки, текстолитовые стойки, стеклопластиковые тяги, плоские гетинаксовые экраны, воздушные промежутки, керамические пластины, эпоксидные и другие покрытия. Электрическая прочность воздушных промежутков определяет расстояния между разнопотенциальными частями выключателя. В соответствии с Правилами устройства электроустановок ни одна часть, находящаяся под напряжением, не должна приближаться к заземленным конструкциям менее чем на 90 мм при напряжении 6 кВ и на 120 мм-при напряжении 10 кВ Если выключатель работает в неотапливаемом помещении, что соответствует техническим условиям на ВЭМ, то при внезапных оттепелях в силу большой тепловой инерции изолирующих материалов последние оказываются холоднее окружающего воздуха и на них осаждается роса, что сильно снижает их разрядное напряжение. [59] Достоинствами электромагнитных выключателей являются большое число отключений без ревизии, взрыве - и пожаробезопасность, отсутствие потребности в сжатом воздухе и масле. [60] Страницы: 1 2 3 4 5 www.ngpedia.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
