Главная » Книги и журналы

1 ... 18 19 20 21 22 23 24 ... 30

Гашение дуги осуществдяется в камере с дугогасительной решеткой 4. Над камерой установлена пламегасительная решетка 3.

Расцепляющее устройство обеспечивает моментное замыкание и размыкание контактов. Расцепители максимального тока - полупроводниковые, изготовляются в виде отдельного блока 8. Они позволяют при помощи рукояток 9 регулировать номинальный ток расцепителя, уставку по току в зоне короткого замыкания, время отключения для выключателей с вьщержкой времени или время отключения при перегрузках. Полупроводниковый расцепитель воздействует на расцепляющее устройство через независимый расцепитель (катушку с сердечником 11, якорь 12).

При переменном токе измерительным элементом для полупроводникового расцепителя являются трансформаторы тока 10, а при постоянном токе - магнитные датчики, устанавливаемые в каждом полюсе.

Привод выключателя: ручной - осуществляется рукояткой 7, двигательный - устанавливается на крышке и воздействует на выключатель через эту рукоятку.

Выключатели типа ВВШ. На базе выключателей серии AM построены водоохлаждаемые выключатели на номинальные токи 25 и 50 кА. Система водоохлаждаемых основных контактов приведена на рис. 16-9. Вода по шинам-трубкам 1 поступает в башмаки 2, а оттуда в неподвижный контакт 4. Она протекает по залитой в тело контакта трубке 8, выходит в изоляционную трубку 5 и по ней поступает во второй неподвижный контакт 5. Там вода протекает по трубке 6 и выходит в полые шины 7, отводящие ток и воду.

Применение водяного охлаждения позволило в четыре раза повысить номинальные токи выключателей. Применяя параллельные контакты, можно получить выключатели на очень большие номинальные токи.

16-3. ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Рост токов короткого замыкания в промышленных установках, необходимость отключать токи 200 кА и выше (в коротких сетях постоянного тока) чрезвычайно затрудняют построение выключающих аппаратов и распределительных устройств в связи с возникающими громадными электродинамическими силами. Применение токоограничивающих выключателей, ограничивающих токи короткого замыкания, не только облегчает процесс отключения, но в десятки раз снижает электродинамические силы.

Токоограничивающие выключатели получили распространение на электрифицированных железных дорогах, на линиях метро, где применяется постоянный ток с напряжением до 3000 В. Они необходимы в выпрямительных полупроводниковых установках. Все возрастающее значение этих выклютателей обусловлено тем, что они ликвидируют аварию раньше, чем она успевает развиться до своих максимальных размеров.

Быстродействие при отключении достигается за счет применения (как правило)

Рис. 16-10. Схема конструкции токоограничивающего выключателя типа БВП-5

одноступенчатой контактной системы с малыми зазорами, мощных отключающих пружин, всемерно облегченной подвижной системы, быстродействующих электромагнитных, электродинамических и других расцепляющих

устройств, основанных соот-

ветственно на принципе вытеснения магнитного потока или использования отбрасывающих электродинамических сил. Появились взрывные расцепители. Применяется ряд других мер;

Устройство выклютателя на принципе вытеснения магнитного потока поясним на примере выклютателя, показанного на рис. 16-10, предназначенного для защиты силовой цепи электровозов постоянного тока (выключатель БВП-5, [/ о„ = 3000 В, С/ ах = = 4000 В, / ом = 1850 А, собственное время отключения не более 0,003 с).

На общей раме расположены магнитопровод 8 с удерживающей катушкой, размагничивающий виток-е-сердечником 7, параллельно ему включенный магнитный шунт. 9, якорь 10 с шарнирно укрепленным на нем рычажным подвижным контактом 4, неподвижный контакт 5 с дугогасительной катушкой 6, отключающая пружина 3, привод (в данном слуие электропневматический - цилиндр 1 и система рычагов ii) и узел вспомогательных контактов 2.

Во включенном положении якорь выклютателя удерживается электромагнитом 8; размагничивающий поток, создаваемый витком 7, мал из-за магнитного шунта 9, который представляет собой токоведущую шину с надетыми на нее стальными короткозамкнутыми кольцами. Сопротивление шунта меньше сопротивления витка, а индуктивность шунта много больше индуктивности витка. При установившемся режиме ток выключателя распределяется по витку и шунту обратно пропорционально их сопротивлениям.

При коротком замыкании, в переходном режиме нарастания тока, ток выключателя распределится По витку и шунту обратно пропорционально их

Рнс. 16-11. Схема конструкции (а) н общий вид (б) токоограннчивающего выключателя типа БВЗ-10

индуктивным сопротивлениям. Большая часть тока устремится в размагничивающий виток. Размагничивающее действие витка резко возрастет настолько, что пружина 3 оторвет якорь и разомкнет контакты. Это произойдет много раньше, чем ток короткого замыкания достигнет устанойившегося значения. Увеличение скорости размагничивания объясняется еще и тем, что магнитный поток вытесняется не из всего объема магнита, а только из малой его части у полюсов.

Принцип получения быстродействия у выключателя с механической защелкой рассмотрим на примере схемы рис. 16-11. Выключатель состоит из контактной системы с механизмом защелки, дугогасительной системы, привода, удерживающего и выключающего электромагнитов.

Контактная система с механизмом защелки состоит из неподвижного контакта 3, подвижного контактного рычага 2, подвесного рычага 4, рычага защелки 5 и отключающей пружины 1. Механическая связь между рычагами создается защелкой (ролики защелки 13 и 14). При номинальном режиме магнитный поток, создаваемый шиной 10 в отключающем электромагните 11, замыкается большей частью через магнитный шунт 7. Поток через полюсы и якорь 8 мал и недостаточен для притяжения якоря. При коротком замыкании ток в шине 10 резко возрастет. Однако в период возрастания тока короткозамкнутые кольца 6 за счет возбужденных в них вихревых токов воспрепятствуют (вытеснят) возрастанию и прохождению магнитного потока через шунт 7. Возросший магнитный поток замкнется через якорь 8. Якорь притянется к полюсам 9 и другим своим концом ударит (показано стрелкой) по рычагу защелки. Последний повернется и освободит контактный рычаг, контакты разомкнутся отключающей пружиной.

В выключателях с механической защелкой отключающий магнит существенно меньше, чем у рассмотренного выше электромагнитного выключателя. Малые электромагниты для управления защелками, ускоренное нарастание отключающего потока за счет магнитных шунтов с короткозамкнутыми витками, облегченная подвижная система и мощные отключающие пружины позволяют получить высокое быстродействие. Так, собственное время отключения выключателя типа БВЗ-10 (схема которого рассматривалась) на номинальный ток 3000 А при скорости нарастания тока (0,3 - 0,6) 10* кА/с не превышает 0,002 с.

Удерживающий электромагнит 12 служит для управления выключателем при перегрузках и оперативных отключениях. Включение выключателя может осуществляться любым приводом, в данном случае электропневматическим.

Гашение дуги в рассмотренных выключателях осуществляется в камере с узкой зигзагообразной щелью (схема на рис. 6-5), имеющей сверху пламе-гасительную решетку.

Стремление получить возможно большее быстродействие в выключателях на большие токи привело к созданию токоограничивающего выключателя с взрывным расцепителем (рис. 16-12). Этот выключатель в отличие от рассмотренных выше имеет основные и дугогасительные контакты. Неподвижные основные контакты 8 соединяются с поворотным подвижным контактом 5 самоустанавливающимися мостиковыми контактами 7. Мощные контактные пружины 6 и самоустанавливающиеся мостиковые контакты обеспечивают хороший койтакт. Пружина в виде закрученного стержня 4 стремится повернуть поворотный контакт 5 по часовой стрелке. Этому препятствует штанга И, удерживающая контакт за выступ 12. В штангу И встроен взрывной патрон 10. При помощи воспламеняющего импульса могут быть в течение 2 10 с вызваны детонация патрона и разрушение штанги И. Пружина 4 очень быстро повернет подвижную систему и разомкнет основные, а спустя 0,0003 с и дугогасительные 3 контакты (2 - неподвижные дугогасительные контакты).

Собственное время срабатывания такого выключателя порядка 0,001 с. При таких малых временах следует учитывать и инерцию самих отключающих пружин. Пружина в виде стержня, закрученного по оси, обладает существенно меньщей инерцией, чем спиральные и пластинчатые пружины.

Гащение электрической дуги осуществляется в закрытой камере 1 с узкой продольной щелью. Кроме того, для ускорения гащения дуги могут использоваться получаемые во взрывной камере 9 газы, при помощи которьк создается струя сжатого воздуха для обдува дуги.

Рнс 16-12 Схема (а) н общий вид (б) токоограннчивающего выключателя с взрывным расцепнтелем

На рассмотренном принципе построены выключатели на номинальные токи до 12 кА при напряжении до 4000 В. Перезарядка после срабатывания происходит автоматически. Рассмотренный принцип является весьма прогрессивным и может обеспечить построение автоматических выключателей с неограниченной отключающей способностью для сетей любой мощности.

Весьма перспективным является применение водяного охлаждения при создании токоограничивающих выключателей на большие номинальные токи [3]. Водяное охлаждение позволяет сильно уменьшить момент инерции подвижных частей, особенно в выключателях с защелкой.

В водоохлаждаемых токоограничивающих выключателях серии АБЭ на токи до 15 к А при напряжении 560 В постоянного тока момент инерции подвижных контактов удалось снизить до 3-10 кгм^, что во много раз меньше, чем в других системах.

16-4. ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ГАШЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

При неисправностях (пробой изоляции, внутреннее замыкание и т. п.) в обмотках электрических машин необходимо как можно быстрее погасить магнитное поле возбуждения машины. Чем быстрее исчезнет магнитное поле, тем меньшими будут повреждения. Эту задачу осуществляют выключатели гашения магнитного поля, отключая обмотку возбуждения от источника питания. Однако непосредственное ее отключение недопустимо. Вследствие большой индуктивности обмотки при обрыве тока на ее зажимах возникает чрезвычайно

большое напряжение, способное вызвать нарушение (пробой) изолящ1и самой обмотки.

Широкое распространение получил способ гашения поля путем разрядки обмотки возбуждения на постоянный или переменный резистор. Применяемые в этом случае выключатели (рис. 16-13, а) имеют две пары контактов-замыкающие 3 и размыкающие 4. Контакты коммутируют с перекрытием. При включении замыкающими контактами подключаются к источнику питания (возбудителю 2) обмотка возбуждения 1 и разрядный резистор Rp, а раз-

Рис 16-13 Схемы выключателей и процессы гашения поля

мыкающими контактами через очень небольшое время (сотые доли секунды) отключается цепь разрядного резистора. Питание получает только обмотка возбуждения L. При отключении (аварийном или оперативном) работа контактов осуществляется в обратном порядке. Сперва подключается к обмотке возбуждения разрядный резистор, а затем обмотка возбуждения, шунтированная разрядным резистором, отключается от источника питания. Происходит разряд обмотки возбуждения на подключенный к ней резистор. Процесс гашения поля (тока) при постоянном значении сопротивления резистора показан кривыми 1, и и, на рис. 16-13.

При рассмотренном способе время гашения поля оказывается относительно большим. Сокращение длительности гашения может быть достигнуто за счет увеличения сопротивления разрядного резистора. Однако здесь быстро достигается предел. Максимальное напряжение [/ на обмотке возбуждения в первый момент равно /оКр, где Iq - ток в обмотке возбуждения в момент натала гашения, а Rp - сопротивление резистора. Необходамо, чтобы это напряжение не превосходило допустимого по условиям прочности изоляции значения [/ з, откуда сопротивление разрядного резистора не может превосходить значения

следовательно, время гашения поля не может быть снижено ниже определенного значения.

Применение резисторов с нелинейным сопротивлением, а также других способов (относительно сложных) не дает оптимального решения.

Оптимальным является такой процесс гашения поля, при котором ток в обмотке возбуждения падает прямолинейно от Iq до нуля, а напряжение на обмотке поддерживается постоянньп! в течение всего времени гашения пол* Осуществить тако1процесс удалось, использовав электрическук> дугу в качестве нелинейного сопротивления [5]. Здесь ток и напряжение при гашении поля изменяются по прямым I2 и U2 (рис. 16-13), время гашения равно 0,17 Т вместо 0,77 Т при гашении на разрядный резистор.

Предложенный способ гашения поля [5] основан на том, что падение напряжения на короткой дуге (длина 2 - 3 мм) между двумя металлическими пластинами остается практически постоянньп! при изменении тока в широких пределах. Так, при токе свыше 50 А напряжение на каждой короткой дуге при медных пластинах составляет 28 - 32 В.

На рис. 16-13,6 приведена схема, выключателя, в котором разрядный резистор заменен дугогасительной решеткой 5, подключенной параллельно контактам 4. Во включенном положении выключателя, как и ранее, контакты 3 замкнуты, а контакты 4 разомкнуты. При отключении контакты 4 замыкаются, контакты 3 размыкаются (как и ранее), а затем контакты 4 вновь размыкаются Возникающая на них электрическая дуга загоняется магнитным полем в дугогасительную решетку, где она горит во время всего процесса гашения поля. Напряжение на решетке остается постоянным и равно

t/д = пи

где Ut - напряжение на короткой дуге между двумя пластинами решетки; п - число последовательно включенных дуг.

Резистор 6 пришлось ввести для исключения короткого замыкания на время, когда однобременно замкнуты контакты 3 и 4 в ходе отключения выключателя. Сопротивление ограничивающего резистора 6 много меньше сопротивления разрядного резистора, однако при этом наличие резистора 6 несколько снижает эффективность рассмотренного способа гашения поля.

При одновременном погасании дуги во всех промежутках дугогасительной решетки в момент, когда ток стремится к нулю (погасание дуги на одном промежутке ведет к погасанию всей дуги), на решетке возникает высокое напряжение, могущее привести к пробою изоляции обмотки. Для исключения этого явления параллельно решеткб ы^лючен резистор 7 с относительно большим сопротивлением. Резистор разбит на части, каждая из которых имеет разное сопротивление и шунтирует определенную группу (секцию) пластин решетки. Одна группа пластин не шунтирована. Такая схема обеспечивает разновременное погасание дуги в секдаях (в нешунтнрованной - в последнюю очередь), что позволяет ограничить перенапряжения допустимым значением.

Выключатель по схеме рис. 16-13,6 имел сложную кинематику и требовал дополнительного ограничивающего резцстора 6, который, как указывалось, несколько снижал эффективность гашения Та же идея была осуществлена в выключателе гашения поля (рис. 16-13, в) с обычной для автоматических выключателей кинематикой. Выключатель имеет основные 3 и дугогасительные 8 контакты, шунтированные дугогасительной решеткой. Первыми размыкаются основные контакты, а затем дугогасительные, на которых возникает электрическая дуга. Внешним магнитным полем дуга загоняется в решетку 5, где она и гаснет. Гашение поля идет по прямым /2 и [/2- Резистор 7 служит для той же цели. Резистор 6 отсутствует.

Рис. 16-14. Общий вид одного из выключателей серии АГП

В этом выключателе дугогасительная решетка при гашении поля включена последовательно с обмоткой возбуждения в отличие от предыдушего, где она была включена параллельно. При параллельном включении решетки напряжение на обмотке

И число пластин решетки

и max loR-b

где Кв - сопротивление обмотки возбуждения.

При последовательном включении решетки соответственно

[/щах = L/д - L/ = п^и, - и,;

t ax + и.

(16-7) (16-8)

(16-9) (16-10)

где [/, - напряжение на возбудителе (источрике питания). Следовательно, при одинаковых напряжениях на обмотке возбуждения в процессе гашения поля

генератора последовательное включение требует большего числа пластин дугогасительной решетки, чем параллельное. Это, однако, с лихвой окупается повышением эффективности гашения, отсутствием резистора 6 и более простой, а следовательно, и надежной кинематикой выключателя.

Общий вид одного из выключателей серии АГП, выполненного с последовательным включением дугогасительной решетки, приведен на рис. 16-14. Токоподвод 15 и основные контакты - неподвижные 2 и подвижные / - расположены открыто, дугогасительные контакты 9, 10 размещены в камере дугогашения. Возникающая при отключении дуга под действием поперечного магнитного поля, создаваемого последовательной катушкой 5, быстро перемещается по рогам 8 и проникает в дугогасительную решетку 7.

Решетка состоит из ряда медных пластин, изолированных друг от друга кольцами из фибры 14. Пластины насажены на стальной изолированный стержень 6. Снаружи решетка охвачена изолированным стальным кожухом 4. С боков решетки размещены катушки 5. Катушки включаются самой дугой в момент вхождения ее в решетку. Они намотаны так, что их магнитные поля направлены навстречу друг другу. В результате между стержнем и кожухом возникает радиальное магнитное поле. Дуга, попав в такое поле, приходит во вращательное движение вокруг оси решетки. Она движется с большой Скоростью й не плавит пластин решетки. Вся энергия, выделяющаяся в дуге, распределяется по поверхности пластин и поглощается ими.

При отключении цепи постоянного тока вся энергия, запасенная в отключаемой цепи, выделяется в дуге. Размеры пластин (объем металла) приняты такими, что решетка поглощает всю энергию, выделяющуюся при гашении поля, не перегреваясь свыше 200 °С. При этом выключатель допускает нри номинальном токе пять гашений поля подряд. Шунтирующее сопротивление размещено вне дугогасительной камеры.

Включающий электромагнит 11 с электромагнитной защелкой 12 служит только для включения. Во включенном положении выключатель удерживается защелкой. При освобождении защелки выключатель отключается. Выключатель снабжается соответствующим числом вспомогательных контактов 13 для цепей управления и сигнализации. Монтируется выключатель^ на стальной плите 3.

Выключатели серии АГП выполняются на номинальные токи 600, 1200, 3000 и 6000 А.

ГЛАВА

Резисторы, реостаты, контроллеры

17-1. РЕЗИСТОРЫ И ЯЩИКИ РЕЗИСТОРОВ

Резистор - самостоятельный элемент (или часть электрического аппарата), предназначенный для ограничения или регулирования тока и напряжения в цепи. Выполняется из материала с высоким сопротивлением.

Резисторы в виде отдельных конструктивных эле-ментов могут изготовляться бескаркасные, на теплоемком каркасе, рамочные, чугунные литые и стальные штампованные. Несколько элементов, собранных по определенной электрической схеме и объединенных в единый конструктивный узел, называются яшиком резисторов.

Резистор на теплоемком каркасе в виде цилиндра или трубки из нагревостойкого материала с достаточной диэлектрической прочностью (фарфор, стеатит, шамот и др.) показан на рис. 17-1, а. Намотка на цилиндр обеспечивает жесткость конструкции и повышает общую теплоемкость элемента за счет теплоемкости цилиндра.

Цилиндр имеет винтообразный желобок, глубина и шаг его зависят от диаметра укладываемой проволоки. Применяется проволока диаметром 0,3-2 мм. Вывода от ступеней сопротивления выполняются при помощи хомутиков. Осевое отверстие служит для крепления в ящиках - цилиндр надевается на стержень. По условиям технологии цилиндры изготовляются небольших размеров на малые мощности (до 105 Вт).

Для проволок малых диаметров применяются цилиндры без желобков. Для улучшения теплоотдачи и предохранения проволоки от сползания резисторы покрываются сверху слоем эмали или стекла. Они изготовляются на мощности от 5 до 150 Вт и сопротивления от 1 Ом до 50 кОм, с гибкими и жесткими выводами, нерегулируемые и регулируемые (рис. 17-1,6).

Рамочные резисторы показаны на рис. 17-2. Они состоят из стальной пластины I (рама, каркас), на боковых ребрах которой укреплены фарфоровые или стеатитовые изоляторы 2 (наездники). Изоляторы имеют углубления, в которые укладывается

Рис. 17-1. Резисторы на теплоемких каркасах

проволока или лента сопротивления 4. Лента укладывается либо плашмя (константан), либо на. ребро (фехраль). Выводы ступней сопротивления выполняются в виде хомутиков 3 или припаянных медных наконечников 5. Пластина имеет вырезы для крепления. Сборка в ящики осуществляется на изолированных стержнях. Нужные характеристики (сопротивление, ток) получаются соответствующим соединением отдельных элементов в параллеЛьно-последовательные группы. Резисторы из константана выполняются на токи до 35 А (350 Вт), а из фехраля - на большие Токи. Ящики из фехралевых резисторов изготовляются на большие мощности (для двигателей - от трех до нескольких тысяч киловатт).

Рис. 17-2. Рамочные резисторы

Резисторы чугунные литые и стальные штампованные выполняются зигзагообразной формы (ряс. 17-3) с ушками для крепления. Тонким пластинам придается жесткость при помощи изолированных ребер или путем изгибания краев пластины. Резисторы собираются в ящики (рис.- 17-3) в виде пакетов на изолированных стержнях. Необходимая схема соединений получается соотаетствующим расположением изоляционных и металлических дистанционных шайб. Отдельные резисторы изготовляются на токи до 250- 300 А, а ящики - на токи до 1000 А и более.

Материалы, применяемые для изготовления резисторов, должны обладать высоким удельным электрическим сопротивлением, высокой температурой плавления, механической прочностью и коррозионной стойкостью, хорошей обрабатываемостью и малой стоимостью. Во многих случаях требуется, чтобы материал имел возможно меньший температурный коэффициент.

Чистые металлы обладают, как правило, низким удельным сопротивлением и для изготовления сопротивлений используются редко. Обычно применяют медно-никелевые, марганцево-медные, хромоникелевые, железохромовые сплавы, а также литой чугун и сталь. Графит, нефтяной кокс, карборунд и другие подобные материалы идут для изготовления специальных резисторов.

Резисторы могут выполняться для продолжительного (регулировочные, нагрузочные), повторно-кратковременного (пусковые, тормозные и т. п.) и кратковременного (разрядные, пусковые, тормозные и т.п.) режимов работы. Нагрузочная способность резисторов определяется в соответствии с режимом работы на основании тепловых расчетов.

Нагрузочная способность резисторов при длительном режиме может быть определена из уравнения

Р = KFx. (17-1)

1 ... 18 19 20 21 22 23 24 ... 30