Автоматичні вимикачі постійного струму служать для відключення ланцюга під навантаженням. На тягових підстанціях вимикачі застосовуються для відключення живильних ліній 600 в при перевантаженнях і струмах короткого замикання і для відключення зворотного потоку у випрямних агрегатів при зворотних запалювання або пробої вентилів (т. Е. Внутрішніх коротких замикань при паралельній роботі агрегатів).
Гасіння електричної дуги автоматичними вимикачами відбувається в повітрі на дугогасильних рогах. Подовження дуги може бути вироблено за допомогою магнітного дуття або в камерах з вузькими щілинами.
У всіх випадках відключення ланцюга і освіти електричної дуги відбувається природний рух дуги вгору разом з рухом нагрітого нею повітря, т. Е. Теплове дуття.
на тягових підстанціях застосовуються головним чином швидкодіючі автоматичні вимикачі.
Мал. 1. Осцилограми струму і напруги при відключенні струму короткого замикання: а - небистродействующім вимикачем, б - швидкодіючим вимикачем
Повний час Т відключення струму короткого замикання або перевантаження вимикачем складається з трьох основних частин (рис. 1):
T = tо + t1 + t2
де t0-час наростання струму в відключається ланцюга до величини струму уставки, т. е. до величини, при якій спрацьовує відключає пристрій вимикача; t1 - власний час відключення вимикача, т. е. час від моменту досягнення струму уставки до моменту початку розбіжності контактів вимикача; t2 - час горіння дуги.
Час наростання струму в ланцюзі t0 залежить від параметрів ланцюга і уставки вимикача.
Власний час відключення t1 залежить від типу вимикача: у небистродействующіх вимикачів власний час відключення знаходиться в межах 0,1-0,2 сек, у швидкодіючих - 0,0015-0,005 сек.
Час горіння дуги t2 залежить від величини, що відключається струму і характеристик дугогасильних пристроїв вимикача.
Повний час відключення небистродействующего вимикача знаходиться в межах 0,15-0,3 сек, швидкодіючого - 0,01 - 0,03 сек.
Завдяки малому власним часу відключення швидкодіючий вимикач обмежує максимальне значення струму короткого замикання в захищається ланцюга.
На тягових підстанціях застосовуються швидкодіючі автоматичні вимикачі постійного струму: ВАБ-2, АБ-2/4, ВАТ-43, ВАБ-20, ВАБ-20М, ВАБ-28, ВАБ-36 і інші.
Вимикач ВАБ-2 є поляризованим, т. Е. Реагує на струм тільки одного напрямку - прямого або зворотного, в залежності від настройки вимикача.
На рис. 2 показаний електромагнітний механізм вимикача постійного струму.
Мал. 2. Електромагнітний механізм вимикача ВАБ-2: а - розріз вимикача, б - межі граничного зносу контактів вимикача ВАБ-2, (A - мінімальна товщина нерухомого контакту 6 мм, Б - мінімальна товщина рухомого контакту 16 мм); 1 - утримує котушка, 2 муздрамтеатр, 3-включає котушка, 4 - магнітний якір, 5 - верхній сталевий брус, 6 - якір, 7 - котушка головного юка, 8 - калібрувальна котушка, 9 - П-подібний магнітопровід, 10 - токоведущий висновок, 11 -регуліровочний гвинт, 12 - шунтирующая пластина, 13 - гнучка зв'язок, 14 - упор, 15 - важіль якоря, 16 - вісь важеля якоря, 17 - нерухомий контакт, 18 - рухливий контакт, 19 - контактний важіль, 20 - вісь контактного важеля, 21 - вісь з роликом, 22 - стопорний важіль, 23 - відключають пружини, 24 - тяга, 25 - регулюють гвинти, 26 - скоба , 27 - сердечник утримує котушки
Важіль якоря 15 (рис. 2, а) обертається навколо осі 16, пропущеної через верхній сталевий брус 5. У нижній частині важеля 15, що складається з двох силумінових щік, затиснутий сталевий якір 6, а у верхній частині - розпірна втулка з віссю 20, навколо якої обертається контактний важіль 19, виконаний з набору дюралюмінієвих пластин.
У верхній частині контактного важеля укріплений рухливий контакт 18, а знизу - мідний черевик з гнучким зв'язком 13, за допомогою якої рухливий контакт з'єднується з котушкою головного струму 7 і через неї з висновком 10. До нижньої частини контактного важеля з обох сторін прикріплені упори 14, а з правого боку є сталева вісь з роликом 21, до якої кріпляться однією стороною дві відключають пружини 23. з іншого боку відключають пружини за допомогою регулюючих гвинтів 25 закріплені в скобі 26, нерухомо встановленої на сталевому брусі 5.
У відключеному положенні система важелів (важіль якоря і контактний важіль) повернута відключають пружинами 23 навколо осі 16 до упору якоря 6 в лівий стрижень П-образного магнітопровода.
Що включає 3 і утримує 1 котушки вимикача отримують живлення від власних потреб постійного струму.
Для включення вимикача необхідно спочатку замкнути ланцюг утримує котушки 1, потім - ланцюг включає котушки 3. Напрямок струму в обох котушках має бути таким, щоб магнітні потоки, створювані ними, складалися в правому стрижні сердечника магнітопроводу 9, який служить сердечником включає котушки; тоді якір 6 притягнеться до сердечника включає котушки, т. е. виявиться в положенні «Включено». При цьому вісь 20 разом з контактним важелем 19 повернуться вліво, що відключають пружини 23 розтягнуться і будуть прагнути повернути контактний важіль 19 навколо осі 20.
У випадку вимкнення відключений, магнітний якір 4 лежить на торці сердечника включає котушки і при включенні вимикача залишається притягнутим до торця сердечника сумарним магнітним потоком включає і утримує котушок. Магнітний якір 4 за допомогою тяги 24 пов'язаний зі стопорним важелем 22, який не дозволяє контактному важелю повернутися до упору рухомого контакту в нерухомий. Тому між головними контактами залишається зазор, який може регулюватися зміною довжини тяги 24 і має дорівнювати 1,5-4 мм.
Якщо зняти напругу з включає котушки, то електромагнітні сили, які утримують якір 4 в притягнутому положенні, зменшаться і пружини 23 за допомогою стопорного важеля 22 і тяги 24 відірвуть якір від торця сердечника включає котушки і повернуть контактний важіль до замикання головних контактів. Отже, головні контакти замкнуться тільки після того, як буде розімкнути ланцюг включає котушки.
Таким чином здійснюється принцип вільного розчеплення у вимикачів ВАБ-2. Зазор між магнітним якорем 4 (інакше званим якорем вільного розчеплення) та торцем сердечника включає котушки у включеному положенні вимикача повинен бути в межах 1,5-4 мм.
Схема управління передбачає подачу на що включає котушку короткочасного імпульсу струму, тривалість якого достатня тільки для того, щоб встигнути перевести якір в положення «Включено». Після цього ланцюг включає котушки автоматично розмикається.
Наявність вільного розчеплення може бути перевірено в такий спосіб. Між головними контактами поміщають папірець і замикають контакт контактора. Відбувається включення вимикача, але поки контакт контактора замкнутий, головні контакти не повинні замкнутися і папірець може бути вільно вийнята з проміжку між контактами., Як тільки контакт контактора буде розімкнений, магнітний якір буде відірваний від торця сердечника включає котушки і замкнуться головні контакти. При цьому папірець буде затиснута між контактами і її не можна буде вийняти.
При включенні вимикача чути характерний подвійний удар: перший - від зіткнення якоря і сердечника включає котушки, другий - від зіткнення замкнувшихся головних контактів.
Поляризація вимикача полягає у виборі напрямку струму в утримує котушці в залежності від напрямку струму в котушці головного струму.
Для того щоб вимикач відключив ланцюг при зміні напрямку струму в ній, напрямок струму в утримує котушці вибирається таким чином, щоб магнітні потоки, створювані утримує котушкою і котушкою головного струму, збігалися у напрямку в осерді включає котушки. Отже, при протіканні струму в прямому напрямку струм головного ланцюга буде сприяти утриманню вимикача у включеному положенні.
В аварійному режимі при зміні напрямку головного струму на протилежне зміниться напрямок магнітного потоку, створюваного котушкою головного струму в осерді включає котушки, т. Е. Магнітний потік котушки головного струму буде спрямований проти магнітного потоку утримує котушки і при певній величині головного струму сердечник включає котушки розмагнітиться і відключають пружини відключать вимикач. Швидкодія визначається більшою мірою тим, що в той час як в осерді включає котушки магнітний потік зменшується, в осерді котушки головного струму магнітний потік збільшується.
Для того щоб вимикач відключив ланцюг при збільшенні струму вище струму уставки в прямому напрямку, обирають напрямок струму в утримує котушці таким чином, щоб магнітний потік утримує котушки в осерді включає котушки був спрямований проти магнітного потоку котушки головного струму при протіканні через неї струму прямого напрямки. У цьому випадку зі збільшенням головного струму збільшується розмагнічування сердечника включає котушки і при певній величині головного струму, яка дорівнює або перевищує струм уставки, вимикач відключається.
Струм уставки в обох випадках регулюється зміною величини струму утримує котушки і зміною зазору δ1.
Величина струму утримує котушки регулюється зміною величини додаткового опору, що включається послідовно котушці.
Зміна зазору δ1 змінює опір магнітного потоку котушки головного струму. Зі зменшенням зазору δ1 зменшується магнітний опір і, отже, зменшується величина відключає струму. Зміна зазору δ1 здійснюється за допомогою, регулювального гвинта 11.
Зазор δ2 між упорами 14 і щоками важеля якоря 15 у включеному положенні вимикача характеризує якість замикання головних контактів і повинен бути в межах 2-5 мм. Завод випускає вимикачі з зазором δ2 рівним 4-5 мм. Величина зазору δ2 визначає кут повороту контактного важеля 19 навколо осі 20.
Відсутність зазору δ2 (упори 14 стикаються зі щоками важеля якоря 15) говорить про поганому контакті або відсутності контакту між головними контактами. Зазор δ2 менше 2 або більше 5 мм свідчить про те, що головні контакти стикаються лише нижнім або верхнім краєм. Зазор δ2 може бути малий внаслідок великого зносу контактів, які в цьому випадку замінюються.
Якщо ж розміри контактів достатні, то регулювання зазору δ2 здійснюється шляхом пересування всього включає механізму по рамі вимикача. Для пересування механізму звільняють два болта, якими механізм прикріплений до рами.
Відстань між головними контактами у відключеному положенні має дорівнювати 18-22 мм. Натискання головних контактів для вимикачів на номінальний струм до 2000 а включно повинно бути в межах 20-26 кг, а для вимикачів на номінальний струм 3000 А - в межах 26-30 кг.
На рис. 2, б показана рухома система вимикача з позначенням кордону граничного зносу контактів. Рухомий контакт вважається зношеним, коли розмір Б стане менше 16 мм, а нерухомий контакт - коли розмір А стане менше 6 мм.
На рис. 3 дана розгорнута схема управління вимикачем ВАБ-2. Схема передбачає подачу короткочасного імпульсу на що включає котушку і не допускає багаторазові повторні включення при тривало утримуючи кнопку включення, т. Е. Здійснює захист від «Дзвінкове». Утримує котушка весь час обтекается струмом.
Для включення вимикача натискають на кнопку "On", замикаючи цим ланцюг котушок контактора До і блокуючого РБ. При цьому спрацьовує тільки контактор, який замикає ланцюг включає котушки ВК.
Як тільки якір займе положення «Включено», які замикають блок-контакти БА вимикача замкнуться, а розмикаючих - розімкнуться. Один з блок-контактів шунтирует котушку контактора К, який розірве ланцюг включає котушки. В цьому випадку всі напруга мережі буде докладено до котушки блокуючого реле РБ, яке, спрацювавши, своїми контактами ще раз шунтирует котушку контактора.
Для повторного включення вимикача треба розімкнути кнопку включення і знову її замкнути.
Розрядний опір CP, включене паралельно утримує котушці ДК, служить для зниження перенапруги при розмиканні ланцюга котушки. Регульоване опір СД забезпечує можливість зміни струму утримує котушки.
Номінальний струм утримує котушки при напрузі 110 в дорівнює 0,5 а, а номінальний струм включає котушки при тій же напрузі і паралельному з'єднанні обох секцій - 80 а.
Мал. 3. Електрична схема управління вимикачем ВАБ-2: Вимкнути. - кнопка відключення, ДК - утримує котушка, СД - додатковий опір, CP - розрядний опір, БА-блок-контакти вимикача, ЛK, ЛЗ - червона і зелена сигнальні лампи, Увімкнути. - кнопка включення, К - контактор і його контакт, РБ - реле блокування і його контакт, ВК - включає котушка, АП - автоматичний перемикач
Допустимі коливання напруги оперативних ланцюгів від - 20% до + 10% від номінальної напруги.
Повний час відключення ланцюга вимикачем ВАБ-2 становить 0,02-0,04 сек.
Гасіння дуги при розриві вимикачем ланцюга під навантаженням відбувається в дугогасительной камері за допомогою магнітного дуття.
Котушка магнітного дуття зазвичай включена послідовно головному нерухомого контакту вимикача і являє собою виток головною токоведущей шини, всередині якого знаходиться сердечник, виконаний зі сталевої стрічки. Для концентрації магнітного поля в зоні освіти дуги на контактах сердечник котушки магнітного дуття у вимикачів має полюсні наконечники.
Камера дугогашенія (рис. 4) являє собою плоску коробку, виконану з азбестоцементу, всередині якої зроблено дві поздовжні перегородки 4. У камері встановлений ріг 1, всередині якого проходить вісь обертання камери. Цей ріг електрично пов'язаний з рухомим контактом. Інший ріг 7 укріплений на нерухомому контакті. Для забезпечення швидкого переходу дуги з рухомого контакту на ріг 1 відстань роги від контакту повинно бути не більше 2-3 мм.
Виникла при відключенні між контактами 2 і 6 електрична дуга під дією сильного магнітного поля котушки магнітного дуття 5 швидко видувається на роги 1 і 7, подовжується, охолоджується зустрічним потоком повітря і стінками камери в вузьких щілинах між перегородками і швидко гасне. Рекомендується в стінки камери в зоні дугогашенія вставляти керамічні плитки.
Камери дугогашенія вимикачів на напругу 1500 в і вище (рис. 5) відрізняються від камери на напругу 600 в великими габаритними розмірами і наявністю в зовнішніх стінах отворів для виходу газів і пристрої додаткового магнітного дуття.
Мал. 4. Камера дугогашенія вимикача ВАБ-2 для напруги 600 в: 1 і 7 - роги, 2 - рухливий контакт, 3 - зовнішні стінки, 4 - поздовжні перегородки, 5 - котушка магнітного дуття, 6 - нерухомий контакт
Мал. 5. Камера дугогашенія вимикача ВАБ-2 для напруги 1500 в: а - пристрій камери, б - схема дугогашенія з додатковим магнітним дуттям; 1 - рухливий контакт, 2 - нерухомий контакт, 3 - котушка магнітного дуття, 4 і побачили 8 - роги, 5 і 6 - допоміжні роги, 7 - допоміжна котушка магнітного дуття, I, II, III, IV - положення дуги в процесі гасіння
Пристрій додаткового магнітного дуття є два допоміжних роги 5 і 6, між якими включена котушка 7. У міру подовження дуги вона починає замикатися через допоміжні роги і котушку, яка внаслідок протікання через неї струму створює додаткове магнітне дуття. У всіх камерах зовні є металеві полюсні накладки.
Для швидкого і стійкого гасіння дуги розбіжність контактів повинно бути не менше 4-5 мм.
Корпус вимикача виконаний з немагнітного матеріалу - силуміну - і з'єднаний з рухомим контактом, тому під час роботи знаходиться під повним робочим напругою.
Вимикач автоматичний швидкодіючий постійного струму ВАТ-42
Експлуатація автоматичних вимикачів постійного струму
В експлуатації необхідно стежити за станом головних контактів. Падіння напруги між ними при номінальному навантаженні має бути в межах 30 мв.
Зачистку контактів від окису виробляють дротяною щіткою (крацовка). При появі напливів їх знімають напилком, однак обпилювати контакти для відновлення їх первісної плоскої форми не слід, так як це призводить до швидкого їх зносу.
Необхідно періодично очищати стінки камери дугогашенія від мідних і вугільних нальотів.
При ревізії вимикача постійного струму проводять перевірку ізоляції тримає і включає котушок по відношенню до корпусу, а також опору ізоляції стінок камери дугогашенія. Ізоляція камери дугогашенія перевіряється додатком напруги між головними рухомим і нерухомим контактами при закритій камері.
Перед введенням вимикача в експлуатацію після ремонту або тривалого зберігання камера його повинна піддатися сушінні протягом 10-12 год при температурі 100-110 ° С.
Після сушіння камера встановлюється на вимикач і вимірюється опір ізоляції між двома точками камери, розташованими проти рухомого і нерухомого контактів, коли вони розімкнуті. Це опір має бути не менше 20 мом.
Калібрування уставок вимикачів проводиться в лабораторії струмом, одержуваних від низьковольтного генератора номінальною напругою 6-12 ст.
На підстанції калібрування вимикачів проводиться струмом навантаження або за допомогою навантажувального реостата при номінальній напрузі 600 в. Може бути рекомендований спосіб калібрування вимикачів постійного струму за допомогою калібрувальної котушки з 300 витків дроту ПЕЛ діаметром 0,6 мм, насадженої на сердечник котушки головного струму. Пропускаючи через котушку постійний струм, за кількістю ампер витків в момент відключення вимикача встановлюють величину струмового уставки. Вимикачі першого виконання, що випускалися раніше, відрізняються від вимикачів другого виконання наявністю масляного демпфера.
