Wyłączniki prądu stałego

Wyłączniki prądu stałego służą do odłączania obwodu pod obciążeniem. W podstacjach trakcyjnych wyłączniki służą do odłączania linii elektroenergetycznych 600 V podczas prądów przeciążeniowych i zwarciowych oraz do odłączania prądu wstecznego prostowników w przypadku cofania zapłonu lub awarii zaworów (tj. zwarć wewnętrznych podczas pracy bloku równoległego).

Gaszenie łuku za pomocą wyłączników automatycznych następuje w powietrzu na tubach łukowych. Wydłużenie łuku można wykonać za pomocą podmuchu magnetycznego lub w wąskich komorach szczelinowych.

We wszystkich przypadkach rozłączenia obwodu i powstania łuku elektrycznego następuje naturalny ruch łuku w górę wraz z ruchem ogrzanego przez niego powietrza, tj.

NA podstacje trakcyjne stosowane głównie do szybkich wyłączników automatycznych.

Ryż. 1. Oscylogramy prądu i napięcia przy wyłączonym prądzie zwarciowym: a-przełącznik szybki, b-przełącznik szybki

Całkowity czas T przerwania prądu zwarciowego lub przeciążeniowego przez wyłącznik składa się z trzech głównych części (rys. 1):

T = tO + t1 + t2

gdzie t0 jest czasem narastania prądu w wyłączanym obwodzie do wartości prądu nastawionego, tj. do wartości, przy której następuje zadziałanie odłącznika wyłącznika; t1 to czas otwarcia własnego wyłącznika, tj. czas od momentu osiągnięcia ustawionego prądu do momentu rozwarcia styków wyłącznika; t2 — czas jarzenia łuku.

Czas narastania prądu w obwodzie t0 zależy od parametrów obwodu i ustawienia przełącznika.

Wewnętrzny czas wyzwalania t1 zależy od typu przełącznika: dla przełączników nieszybkich wewnętrzny czas wyzwalania mieści się w zakresie 0,1-0,2 s, dla przełączników szybkich - 0,0015-0,005 sek.

Czas wyładowania łukowego t2 zależy od wartości wyłączanego prądu oraz charakterystyki wyłączników.

Całkowity czas zadziałania wyłącznika szybkiego wynosi 0,15-0,3 s, dla wyłącznika szybkiego 0,01-0,03 s.

Ze względu na krótki właściwy czas zadziałania, wyłącznik szybki ogranicza maksymalną wartość prądu zwarciowego w zabezpieczanym obwodzie.

W podstacjach trakcyjnych stosowane są szybkie automatyczne wyłączniki prądu stałego: VAB-2, AB-2/4, VAT-43, VAB-20, VAB-20M, VAB-28, VAB-36 i inne.

Przełącznik VAB-2 jest spolaryzowany, to znaczy reaguje na prąd tylko w jednym kierunku — do przodu lub do tyłu, w zależności od ustawienia przełącznika.

na ryc. 2 przedstawia mechanizm elektromagnetyczny wyłącznika prądu stałego.

Ryż. 2.Mechanizm elektromagnetyczny wyłącznika VAB -2: a — wyłączenie wyłącznika, b — granice zużycia granicznego styków wyłącznika VAB -2, (A — minimalna grubość styku stałego wynosi 6 mm, B — minimalna grubość styku ruchomego wynosi 16 mm); 1 — cewka trzymająca, 2 — obwód magnetyczny, 3 — cewka przełączająca, 4 — zwora magnetyczna, 5 — górna szyna stalowa, 6 — kotwica, 7 — cewka główna, 8 — cewka kalibracyjna, 9 — obwód magnetyczny w kształcie litery U, 10 — wyjście prądowe, 11 — śruba regulacyjna, 12 — płytka manewrowa, 13 — łącznik elastyczny, 14 — ogranicznik, 15 — dźwignia kotwicy, 16 — oś dźwigni kotwicy, 17 — styk stały, 18 — styk ruchomy, 19 — dźwignia stykowa, 20 — dźwignia styku osiowego, 21 — oś z rolką, 22 — dźwignia blokująca, 23 — sprężyny zamykające, 24 — dyszel, 25 — śruby regulacyjne, 26 — docisk, 27 — rdzeń cewki trzymającej

Dźwignia kotwicy 15 (ryc. 2, a) obraca się wokół osi 16 przechodzącej przez górny stalowy pręt 5. W dolnej części dźwigni 15, składającej się z dwóch siliminowych policzków, dokręcona jest stalowa kotwica 6, aw górnej w części znajduje się tuleja dystansowa z osią 20, wokół której obraca się dźwignia stykowa 19, wykonana z zestawu płyt duraluminiowych.

Ruchomy styk 18 jest zamocowany w górnej części dźwigni stykowej, a miedziany but z elastycznym połączeniem 13 jest zamocowany poniżej, za pomocą którego ruchomy styk jest podłączony do głównej cewki prądowej 7 i przez nią do zacisku 10. Do dolnej części dźwigni kontaktowej z obu stron przymocowane są ograniczniki 14, az prawej strony znajduje się stalowa oś z rolką 21, do której z jednej strony przymocowane są dwie sprężyny zamykające 23.

W pozycji wyłączonej układ dźwigni (dźwignia twornika i dźwignia kontaktowa) jest obracany przez sprężyny oporowe 23 wokół osi 16, aż zwora 6 zatrzyma się w lewym pręcie obwodu magnetycznego w kształcie litery U.

Cewki zamykające 3 i podtrzymujące 1 wyłącznika są zasilane własnym prądem stałym.

Aby włączyć wyłącznik należy najpierw zamknąć obwód cewki podtrzymującej 1, następnie obwód cewki zamykającej 3. Kierunek prądu w obu cewkach powinien być taki, aby generowane przez nie strumienie magnetyczne sumowały się do prawego rdzenia obwodu magnetycznego 9, który służy jako rdzeń cewki zamykającej; wówczas zwora 6 zostanie przyciągnięta do rdzenia cewki zamykającej, to znaczy znajdzie się w pozycji «Wł.». W tym przypadku oś 20 wraz z dźwignią stykową 19 obróci się w lewo, sprężyny odsprzęgające 23 rozciągną się i będą miały tendencję do obracania dźwigni stykowej 19 wokół osi 20.

Gdy przełącznik jest wyłączony, zwora 4 spoczywa na końcowej stronie cewki zamykającej, a gdy przełącznik jest włączony, pozostaje przyciągany do końca rdzenia przez wspólny strumień magnetyczny cewek zamykających i podtrzymujących. Zwora magnetyczna 4 za pomocą pręta 24 jest połączona z dźwignią blokującą 22, co nie pozwala na obrót dźwigni stykowej do ogranicznika ruchomego styku w nieruchomym. Dlatego między głównymi stykami pozostaje szczelina, którą można regulować, zmieniając długość pręta 24 i powinna wynosić 1,5-4 mm.

Jeśli napięcie zostanie usunięte z cewki zamykającej, wówczas siły elektromagnetyczne utrzymujące zworę 4 w pozycji przyciąganej zmniejszą się, a sprężyny 23 za pomocą dźwigni blokującej 22 i pręta 24 oderwą zworę od końca rdzenia cewki zamykającej i obrócić dźwignię stykową, aż do zamknięcia styków głównych. Dlatego główne styki zamkną się dopiero po otwarciu cewki zamykającej.

W ten sposób realizowana jest zasada swobodnego wyzwalania dla wyłączników VAB-2. Szczelina między zworą magnetyczną 4 (inaczej zwaną zworą swobodnego wyzwalania) a końcową stroną rdzenia zamykającego cewki w pozycji włączonej przełącznika powinna wynosić 1,5-4 mm.

Obwód sterujący zapewnia doprowadzenie krótkotrwałego impulsu prądu do cewki zamykającej, którego czas trwania jest wystarczający tylko na to, aby mieć czas na przesunięcie twornika do pozycji „On”. Obwód cewki zamykającej jest wtedy automatycznie otwierany.

Dostępność bezpłatnych przejazdów można sprawdzić w następujący sposób. Arkusz papieru umieszcza się między głównymi stykami, a styk stycznika jest zamknięty. Wyłącznik jest włączony, ale gdy styk stycznika jest zamknięty, styki główne nie powinny być zwarte, a papier można swobodnie wyjąć ze szczeliny między stykami. Gdy tylko stycznik stycznika otworzy się, zwora magnetyczna oderwie się od rdzenia cewki zamykającej i główne styki zamkną się. W takim przypadku kartka papieru zostanie wciśnięta między styki i nie będzie można jej usunąć.

Po włączeniu przełącznika słychać charakterystyczny podwójny huk: pierwszy od zderzenia zwory i rdzenia cewki zamykającej, drugi od zderzenia zamkniętych styków głównych.

Polaryzacja przełącznika polega na wybraniu kierunku prądu w cewce podtrzymującej w zależności od kierunku prądu w głównej cewce prądowej.

Aby przełącznik wyłączał obwód, gdy zmienia się w nim kierunek prądu, kierunek prądu w cewce podtrzymującej jest wybierany tak, aby strumienie magnetyczne wytwarzane przez cewkę podtrzymującą i główną cewkę prądową pokrywały się w kierunku rdzeń cewki zamykającej. Dlatego, gdy prąd płynie w kierunku do przodu, prąd obwodu głównego pomoże utrzymać wyłącznik w pozycji zamkniętej.

W trybie awaryjnym, po odwróceniu kierunku prądu głównego, zmieni się kierunek strumienia magnetycznego wytwarzanego przez cewkę prądu głównego w rdzeniu cewki zamykającej, tj. strumień magnetyczny pierwotnej cewki prądowej będzie skierowany przeciwnie do strumienia magnetycznego cewki podtrzymującej i przy określonej wartości prądu pierwotnego rdzeń cewki zamykającej zostanie rozmagnesowany, a sprężyny otwierające otworzą wyłącznik. O szybkości odpowiedzi decyduje w większym stopniu fakt, że o ile w rdzeniu cewki przełączającej strumień magnetyczny maleje, o tyle w rdzeniu głównej cewki prądowej strumień magnetyczny wzrasta.

Aby przełącznik wyłączał obwód, gdy prąd wzrośnie powyżej nastawionego prądu przewodzenia, kierunek prądu w cewce podtrzymującej jest tak dobrany, aby strumień magnetyczny cewki podtrzymującej w rdzeniu cewki zamykającej był skierowany przeciwnie strumień magnetyczny głównej cewki prądowej, gdy przepływa przez nią prąd przewodzenia.W tym przypadku wraz ze wzrostem prądu bazy wzrasta rozmagnesowanie rdzenia cewki zamykającej i przy określonej wartości prądu bazy, równej lub większej niż prąd nastawczy, wyłącznik otwiera się.

Prąd strojenia w obu przypadkach jest regulowany poprzez zmianę wartości prądu cewki podtrzymującej oraz zmianę szczeliny δ1.

Wielkość prądu cewki podtrzymującej jest regulowana poprzez zmianę wielkości dodatkowej rezystancji połączonej szeregowo z cewką.

Zmiana przerwy δ1 zmienia rezystancję strumienia magnetycznego pierwotnej cewki prądowej. Gdy szczelina δ1 maleje, rezystancja magnetyczna maleje, a zatem wielkość prądu wyłączania maleje. Szczelinę δ1 zmienia się za pomocą śruby regulacyjnej 11.

Odległość δ2 między ogranicznikami 14 a policzkami dźwigni twornika 15 w pozycji włączonej przełącznika charakteryzuje jakość zamknięcia styków głównych i powinna wynosić 2-5 mm. Zakład produkuje klucze o szczelinie δ2 równej 4-5 mm. Wielkość szczeliny δ2 określa kąt obrotu dźwigni kontaktowej 19 wokół osi 20.

Brak szczeliny δ2 (ograniczniki 14 stykają się z policzkami dźwigni twornika 15) wskazuje na słaby styk lub brak styku między głównymi stykami. Odległość δ2 mniejsza niż 2 lub większa niż 5 mm wskazuje, że styki główne stykają się tylko przy dolnej lub górnej krawędzi. Różnica δ2 może być niewielka ze względu na duże zużycie styków, które następnie są wymieniane.

Jeśli wymiary styków są wystarczające, wówczas szczelinę δ2 reguluje się przesuwając cały mechanizm przełączający wzdłuż ramy wyłącznika.Aby przesunąć mechanizm, należy zwolnić dwie śruby, które mocują mechanizm do ramy.

Odległość między głównymi stykami w pozycji otwartej powinna wynosić 18-22 mm. Docisk styków głównych dla łączników o prądzie znamionowym do 2000 A włącznie powinien mieścić się w przedziale 20-26 kg, a dla łączników o prądzie znamionowym 3000 A - w granicach 26-30 kg.

na ryc. 2, b przedstawia układ ruchomy łącznika z oznaczeniem granicy zużycia styków. Styk ruchomy uważa się za zużyty, gdy wymiar B spadnie poniżej 16 mm, a styk stały, gdy wymiar A spadnie poniżej 6 mm.

na ryc. 3 przedstawia szczegółowy schemat sterowania wyłącznikiem VAB-2 Schemat zapewnia podanie krótkotrwałego impulsu do cewki zamykającej i nie pozwala na wielokrotne załączanie po dłuższym naciśnięciu przycisku zasilania, tj. zapobiega „dzwonieniu”. Cewka podtrzymująca jest stale ładowana prądem.

Aby włączyć przełącznik, naciśnij przycisk «Włącz», zamykając w ten sposób obwód cewek stycznika K i blokującego RB. W tym przypadku aktywowany jest tylko stycznik zamykający obwód cewki zamykającej VK.

Gdy tylko zwora znajdzie się w pozycji „Wł.”, zamykające styki pomocnicze wyłącznika BA zamkną się, a styki otwierające otworzą się. Jeden ze styków pomocniczych omija cewkę stycznika K, co spowoduje przerwanie obwodu cewki zamykającej. W takim przypadku całe napięcie sieciowe zostanie przyłożone do cewki przekaźnika blokującego RB, który po zadziałaniu ponownie manipuluje cewką stycznika swoimi stykami.

Aby ponownie zamknąć przełącznik, otwórz przycisk zasilania i zamknij go ponownie.

Rezystancja rozładowania CP połączona równolegle z cewką podtrzymującą DC służy do zmniejszenia przepięcia cewki w obwodzie otwartym. Regulowana rezystancja diody LED zapewnia możliwość zmiany prądu cewki podtrzymującej.

Prąd znamionowy cewki podtrzymującej przy 110 V wynosi 0,5 A, a prąd znamionowy cewki zamykającej przy tym samym napięciu i równoległym połączeniu obu sekcji wynosi 80 A.

Ryż. 3. Schemat elektryczny sterowania wyłącznikiem VAB-2: Wył. — wyłącznik, DC — cewka podtrzymująca, LED — rezystancja dodatkowa, CP — rezystancja rozładowania, BA — styki pomocnicze wyłącznika, LK, LZ — lampki sygnalizacyjne czerwona i zielona, ​​Incl. — przycisk zasilania, K — stycznik i jego styk, RB — przekaźnik blokujący i jego styk, VK — cewka zamykająca, AP — wyłącznik automatyczny

Dopuszczalne są wahania napięcia obwodów roboczych od -20% do +10% napięcia znamionowego.

Całkowity czas odłączenia obwodu od wyłącznika VAB-2 wynosi 0,02-0,04 sek.

Wygaszenie łuku, gdy wyłącznik przerywa obwód pod obciążeniem, następuje w komorze łukowej za pomocą impulsu magnetycznego.

Cewka inflatora magnetycznego jest zwykle połączona szeregowo z głównym stykiem stałym wyłącznika i jest zwojem głównej szyny zbiorczej, wewnątrz której znajduje się rdzeń wykonany z taśmy stalowej. W celu skupienia pola magnetycznego w strefie wyładowania łukowego w stykach, rdzeń magnetycznej cewki wybuchowej w przełącznikach posiada części biegunowe.

Komora gaszenia łuku (rys. 4) jest płaską skrzynką wykonaną z cementu azbestowego, wewnątrz której wykonane są dwie podłużne przegrody 4. W komorze zainstalowany jest róg 1, wewnątrz którego przechodzi oś obrotu komory.Ten klakson jest elektrycznie połączony z ruchomym stykiem. Kolejna tuba 7 jest zamocowana na styku stacjonarnym. Aby zapewnić szybkie przejście łuku od styku ruchomego do klaksonu 1, odległość klaksonu od styku nie powinna przekraczać 2-3 mm.

Łuk elektryczny, który powstaje podczas wyłączania między stykami 2 i 6 pod działaniem silnego pola magnetycznego cewki inflatora magnetycznego 5, jest szybko przedmuchiwany przez rogi 1 i 7, wydłużany, chłodzony przez przeciwprąd powietrza i ściany w wąskich szczelinach między przegrodami i szybko gasną. Zaleca się układanie płytek ceramicznych w ścianach komory w strefie gaszenia łuku.

Komory do gaszenia łuku dla wyłączników na napięcia 1500 V i więcej (rys. 5) różnią się od komór na napięcia 600 V dużymi wymiarami oraz obecnością otworów w ścianach zewnętrznych do odprowadzania gazów oraz dodatkowego urządzenia do detonacji magnetycznej .

Ryż. 4. Komora gaszenia łuku wyłącznika VAB -2 dla napięcia 600 V: 1 i 7 — tuby, 2 — styk ruchomy, 3 — ściany zewnętrzne, 4 — przegrody podłużne, 5 — magnetyczna cewka wybuchowa, 6 — styk stały

Ryż. 5. Komora do gaszenia łuku wyłącznika VAB -2 dla napięcia 1500 V: a — komora kamery, b — obwód gaszenia łuku z dodatkowym impulsem magnetycznym; 1 — styk ruchomy, 2 — styk stały, 3 — magnetyczna cewka detonująca, 4 AND 8 — rogi, 5 i 6 — rogi pomocnicze, 7 — pomocnicza magnetyczna cewka detonująca, I, II, III, IV — położenie łuku podczas gaszenia

Urządzenie do dodatkowego nadmuchu magnetycznego składa się z dwóch rogów pomocniczych 5 i 6, pomiędzy którymi połączona jest cewka 7. W miarę rozszerzania się łuku zaczyna się on zamykać przez rogi pomocnicze i cewkę, która pod wpływem przepływającego przez nią prądu , tworzy dodatkowy wstrząs magnetyczny. Wszystkie kamery mają metalowe płytki na zewnątrz.

W celu szybkiego i stabilnego wygaszania łuku szczelina między stykami powinna wynosić co najmniej 4-5 mm.

Korpus przełącznika wykonany jest z niemagnetycznego materiału - siliminy - i jest połączony z ruchomym stykiem, dzięki czemu podczas pracy znajduje się pod pełnym napięciem roboczym.

Automatyczny szybki przełącznik prądu stałego BAT-42

Działanie wyłączników prądu stałego

Podczas pracy konieczne jest monitorowanie stanu styków głównych. Spadek napięcia między nimi przy obciążeniu nominalnym powinien mieścić się w granicach 30 mV.

Tlenek usuwa się ze styków szczotką drucianą (szczotkowanie). Gdy wystąpi zwiotczenie, są one usuwane pilnikiem, ale nie należy podawać styków, aby przywrócić ich pierwotny płaski kształt, ponieważ prowadzi to do ich szybkiego zużycia.

Konieczne jest okresowe czyszczenie ścian komory gaszenia łuku z osadów miedzi i węgla.

Podczas rewizji rozłącznika prądu stałego sprawdza się izolację cewek podtrzymujących i zamykających w stosunku do korpusu, a także rezystancję izolacji ścian komory łukowej. Izolację komory łukowej sprawdza się poprzez podanie napięcia między główne ruchome i nieruchome styki przy zamkniętej komorze.

Przed uruchomieniem wyłącznika po naprawie lub długotrwałym przechowywaniu komorę należy suszyć przez 10-12 godzin w temperaturze 100-110°C.

Po wysuszeniu komora jest montowana na wyłączniku i mierzona jest rezystancja izolacji między dwoma punktami komory naprzeciw styków ruchomych i nieruchomych, gdy są one rozwarte. Rezystancja ta musi wynosić co najmniej 20 omów.

Nastawy wyłączników są kalibrowane w laboratorium prądem pozyskiwanym z generatora niskiego napięcia o napięciu znamionowym 6-12 V.

W podstacji wyłączniki wzorcuje się prądem obciążenia lub za pomocą reostatu obciążenia przy napięciu znamionowym 600 V. Można zalecić metodę kalibracji rozłączników prądu stałego przy użyciu cewki kalibracyjnej złożonej z 300 zwojów drutu PEL o średnicy 0,6 mm, zamontowany na rdzeniu głównej cewki prądowej. Przepuszczając prąd stały przez cewkę, wartość nastawy prądu jest ustawiana zgodnie z liczbą amperozwojów w momencie wyłączenia przełącznika. Przełączniki pierwszej wersji, które zostały wyprodukowane wcześniej, różnią się od przełączników drugiej wersji obecnością zaworu olejowego.