2 Конструкція і робота вимикача

2.1 Принцип гасіння електричної дуги

Гасіння дуги змінного струму здійснюється при розведенні контактів у глибокому вакуумі (залишковий тиск порядку 10^-6 мм.рт.ст.).

У момент часу t1 (рисунок 5.4) починається розходження контактів вакуумної дугогасильної камери й у міжконтактному проміжку запалюється електрична дуга. Падіння напруги на дузі мале і звичай не перевищує 30В. У момент t2, коли струм досягає нульового значення міжконтактний проміжок заповнений іонізованими парами металу, що утворилися протягом часу горіння дуги t1–t2. Однак, у силу відсутності середовища, що перешкоджає розльоту парів металу, їхній відхід із проміжку здійснюється за надзвичайно малий час 10^-5с, після чого вакуумний вимикач готовий витримати відновлювальну напругу.

Оскільки електрична міцність вакуумного проміжку надзвичайно висока (30кВ/мм), відключення відбувається при зазорах більших 1мм.

2.2 Конструкція вимикача

Вимикач складається з трьох полюсів з вбудованими електромагнітними приводами з магнітною засувкою, розміщених у загальному корпусі.

Якорі електромагнітів механічно зв'язані загальним валом, на якому встановлені постійні магніти, які керують при повороті вала герметизованими контактами для зовнішніх допоміжних кіл.

Контакти для зовнішніх допоміжних кіл установлені на двох монтажних платах, розташованих між полюсами вимикача. Кожна плата має по дві дублюючих клемних колодки фірми WAGO, що виходять на протилежні сторони корпусу вимикача.

У вимикачах конструктивних виконань 41, 42, 45, 46, 59 вал з'єднаний з штовхачем, що використовується для приєднання кнопки ручного відключення і блокувань.

У вимикачах конструктивних виконань 43, 44, 47, 48, 60 вал виходить в обидва боки від корпусу. Кнопка ручного відключення і блокування встановлюються за допомогою спеціального перехідного шарніра з будь-якої сторони або по обидва боки.

i – відключаємий струм

X – хід контактів

n – концентрація іонізованих парів металу

U – напруга на проміжку

U_Д – падіння напруги на дузі

U_В – відновлювальна напруга

t₀ – момент подачі команди на відключення

Рисунок 5.4 – Електромагнітні процеси при відключенні вимикача

Такі конструктивні виконання дозволяють з мінімальними витратами проводити заміну масляних і маломасляних вимикачів в комірках комплектних розподільчих пристроїв.

До складу полюса входить опорний ізолятор з органічного ізоляційного матеріалу і ряд інших деталей, представлених на рисунку 5.5.

2.3 Робота приводу

Включення вимикача

У вихідному стані контакти вакуумної дугогасильної камери розімкнуті за рахунок впливу на них відключаючої пружини 7 через тяговий ізолятор 5. При прикладанні напруги позитивної полярності до котушки 9 електромагніта, у зазорі магнітної системи (рисунок 5.4) наростає магнітний потік.

У момент, коли сила тяги якоря, створювана магнітним потоком, перевершує зусилля пружини відключення 7 (лінія 1 рисунок 5.6), якір 11 електромагніта разом з тяговим ізолятором 5 і рухливим контактом 3 вакуумні камери починає рух вгору, стискаючи пружину відключення. При цьому в котушці виникає противо-ЕРС, що перешкоджає подальшому наростанню струму, і навіть трохи зменшує його. У процесі руху (проміжок між лініями 1 і 2 рисунок 5.6) якір набирає швидкість близько 1м/с, що дозволяє знизити ймовірність предпробоїв при включенні і виключити брязкіт контактів вакуумної дугогасильної камери. При замиканні контактів вакуумної камери (лінія 2 рисунок 5.6), у магнітній системі залишається зазор додаткового піджимання рівний 2мм. Швидкість руху якоря різко падає, тому що йому приходиться переборювати ще і зусилля пружини додаткового контактного піджимання 6. Однак під впливом зусилля, створюваного магнітним потоком і інерцією, якір 11 продовжує рухатися вгору, стискаючи пружину відключення 7 і пружину 6 додаткового контактного піджимання. У момент замикання магнітної системи (лінія 2а рисунок 5.6) якір стикається з верхньою кришкою привода 8 і зупиняється. ЕРС стає рівною нулю, у котушці 9 знову починається ріст струму. У проміжок часу між лініями 2а і 3 закінчується механічний перехідний процес в електромагніті і контактній системі полюса, а також формується необхідна залишкова індукція кільцевого постійного магніту 10 (запасається магнітна енергія, необхідна для утримання вимикача у включеному стані). Після закінчення процесу включення (лінія 3 рисунок 5.6) струм котушки привода відключається.

Рисунок 5.5 – Конструкція полюса вимикача

Вимикач залишається у включеному положенні за рахунок залишкової індукції, створюваної кільцевим постійним магнітом 10, що утримує якір 11 у притягнутому до верхньої кришки 8 положенні без додаткового струмового живлення.

А – стан головних контактів полюса

Б – струм в котушці привода полюса

В – переміщення якоря приводу

Г – швидкість руху якоря

Рисунок 5.6 – Діаграми електромагнітних процесів в приводі

У такому положенні якір залишається необмежено довго, поки постійний магніт не буде розмагнічений імпульсом струму негативної полярності, або магнітна система не буде розірвана механічно (ручне відключення). Даний принцип утримання комутаційного апарата у включеному положенні, відомий в електротехніці під назвою “магнітна засувка”, широко застосовується в апаратах з малим робочим струмом (поляризовані реле). Сучасні досягнення в області магнітотвердих матеріалів великих енергій дозволили реалізувати на цьому ж принципі силовий комутаційний апарат.

Запас по зусиллю утримання (сила, необхідна для відриву якоря 11 від верхньої кришки 8) складає 450500Н для одного полюса вимикача, тобто 13501500Н для вимикача в цілому, що цілком достатньо для надійного утримання вимикача у включеному положенні навіть в умовах впливу на вимикач вібрацій і ударних навантажень.

Відключення вимикача

Для відключення вимикача необхідно прикласти до виводів котушки напругу негативної полярності (лінія 4 рисунок 5.6). Струм, що протікає по обмотці, розмагнічує магніт 10. Якір 11 електромагніта під тиском пружини відключення 7 і пружини додаткового контактного піджимання 6 розганяється і завдає удару по тяговому ізолятору 5, з'єднаному з рухливим контактом 3 вакуумної камери (лінія 5 рисунок 5.6). Ударне зусилля, створюване якорем електромагніта перевищує 200кгс, що сприяє розриву точок зварювання, що можуть виникати між контактами при протікання струмів короткого замикання. Крім того, рухливий контакт 3 у вакуумній камері практично миттєво здобуває високу стартову швидкість, що позитивно позначається на відключенні струмів КЗ.

Після удару якір 11 електромагніта рухається вниз разом з рухливим контактом 3 вакуумної камери і тяговим ізолятором 5 під дією пружини відключення, поки всі деталі не займуть положення, позначене на рисунку 5.5 (лінія 6 рисунок 5.6).

Привід з магнітною засувкою вимагає незначної енергії для «скидання» засувки. При відключенні від джерела постійної напруги час прикладання напруги зазвичай обмежується величиною 10мс. При цьому струм у колі відключення не перевищує 1,5А при напрузі 220В.

Якоря електромагнітів усіх трьох полюсів вимикача з'єднані між собою загальним валом 14. При русі якорів гвинт 13, що входить у проріз вала 14, повертає вал, а разом з ним і закріплений магніт 15, що керує герметизованими контактами для зовнішніх допоміжних кіл 16.

2.4 Блоки керування вимикачем

Комутація команд керування здійснюється спеціальними блоками, що призначені для установки в релейному відсіку комплектного розподільчого пристрою.

Ці блоки керування типу BU/TEL комплектуються власними блоками живлення, що забезпечують вихідну напругу 230 В постійного струму (у діапазоні вхідного живильної напруги від 187 В до 242 В), яка подається на котушки електромагнітних приводів.

Вхідна напруга для блоків живлення – 220 В постійного або змінного струму. Схема підключення блоку керування до вимикача приведена в паспорті на блок керування.

2.5 Ручне (перше) включення

Конструкція вимикача не дозволяє включити вимикач вручну без додаткового джерела живлення котушок приводу.

Увага! Спроба включити вимикач вручну шляхом впливу на вал або іншим чином може призвести до виходу його з ладу.

Для першого включення вимикача (коли на підстанції відсутнє живлення кіл оперативного струму) розроблений і випускається блок автономного включення. Більш докладна інформація про блок автономного включення представлена в посібнику з експлуатації блоку.

2.6 Ручне відключення

Ручне відключення здійснюється шляхом механічного впливу на кнопку ручного відключення, що, у свою чергу, впливає через вал привода на якорі електромагнітів і розриває магнітну систему.

Увага! Користуватися кнопкою ручного відключення дозволяється тільки у випадку неможливості відключення вимикача від блоку керування.

Рекомендована література

1. Выключатели вакуумные серии ВВ/TEL. Руководство по эксплуатации ИТЕА674152.003РЭ, – Севастополь, 2002г.

2. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. М.: Энергия, 1975. – 704с.

Контрольні запитання

1. Принцип дії вакуумного вимикача ВВ/TEL.

2. Конструкція вакуумного вимикача ВВ/TEL.

3. Основні недоліки та переваги вакуумних вимикачів

4. Структура умовного позначення вакуумних вимикачів ВВ/TEL.

5. Конструктивні особливості приводу вакуумного вимикача ВВ/TEL.

Лабораторна робота №6

Автоматичне регулювання напруги силового трансформатора

Мета роботи: вивчити принципу дії, схеми підключення та особливостей роботи блоку автоматичного регулювання напруги силового трансформатора типу АРТ-1Н.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з технічним паспортом та інструкцією по експлуатації пристрою АРТ-1Н, схемою його включення до приводу РПН, а також схемою імітатора привода РПН.

2. Виставити на блоці БАР за допомогою перемикачів необхідний режим роботи та потрібні уставки рівня напруги, зони нечутливості та витримку часу.

В лінійці «Режим» на блоці БАР повинні бути вставлені штирки:

• 1, 3, 5 – збирається необхідна схема вхідних кіл пристрою;

• 6 або 7 – час переключення приводу 10 або 30 сек;

• 8 и 9 – задають миттєвий час обнулення накопиченої витримки часу каналів «прибавить» («убавить») при зниженні (підвищенні) рівня контрольованої напруги нижче (вище) "зони нечутливості";

• 10 – включає режим автоконтролю справності.

В лінійках «Уставка 1» виставити 105%, що відповідає 10,5кВ.

В лінійці «Зона» виставити 3%.

Встановити перемикач витримки часу каналів «Прибавить» та «Убавить» в положення 1, яке відповідає мінімальній витримці часу.

3. Встановити нормальне положення перемикаючих пристроїв на імітаторі приводу РПН:

• перемикач «Неисправность привода» встановити в положення «Норма»;

• перемикач «Конечные выключатели» встановити в середнє положення, яке відповідає не спрацюванню кінцевих вимикачів «1-го» та «n-го» положення.

4. Встановити перемикач режиму регулювання в положення «Отключено».

5. Включити автоматичний вимикач «Питание».

6. За допомогою ЛАТРА встановити номінальний рівень опорної напруги (100В).

7. Перевести ключ режиму регулювання в положення «Дистанционное».

8. Перевірити роботу схеми РПН при подачі команд «Убавить» та «Прибавить» ключем управління.

9. Перевірити роботу схеми при дистанційному управлінні РПН та спрацюванні кінцевих вимикачів «1-го» и «n-го» положення.

10. Перевести ключ режиму регулювання в положення «Автоматическое».

11. Перевірити роботу схеми автоматики РПН при:

• зміні рівня контрольованої напруги в межах «Ниже зоны», «В зоне», «Выше зоны» - контрольована напруга змінюється за допомогою ЛАТРа;

• при спрацюванні кінцевих вимикачів «1-го» та «n-го» положення РПН – по черзі перевести перемикач «Конечные выключатели» в положення відповідне 1-му и n-му положенню. В кінці досліду повернути перемикач в нейтральне положення;

• при зовнішньому блокуванні автоматики РПН (відключений вимикач вводу 10кВ, трансформатор перевантажується по струму навантаження, температура трансформаторного масла нижче 25С) – перемикач «Блокировка» перевести в положення «Вкл.». В кінці досліду повернути перемикач в нейтральне положення;

• при збільшенні часу переключення приводу РПН вище норми – збільшити витримку реле КТ більше 10 сек. По закінченню досліду встановити витримку реле КТ, яка відповідає нормальній роботі приводу та розблокувати БАР натисканням кнопки «Откл. блокировки»;

• при несправності кіл контрольованої напруги – за допомогою ЛАТРа встановити рівень контрольованої напруги нижче 0,8Uном. В кінці досліду встановити нормальний рівень контрольованої напруги та розблокувати БАР натисканням кнопки «Откл. блокировки»;

• при несправності приводу (привід не пішов по команді БАР) – перемикач «Неисправность привода» перевести в положення «Неисправность». По закінченню досліду повернути перемикач «Неисправность привода» в положення «Норма» та розблокувати БАР натисканням кнопки «Откл блокировки».

12. Перевірити калібровку уставки БАР по напрузі Для цього необхідно:

• в матрицю «Режим» вставити штирки 1, 3, 5;

• встановити штирки в положення «0» та «100%» в матриці «Уставка 1»; встановити штирки в положення «0» в матриці «Зона»;

• перемикач встановити штирки в положення «0» та «100%» в матриці «Время» встановити в положення «4»;

• підключити вольтметр постійного струму (=30В) до клем «*» та «Убавить» («Прибавить») на матриці «Контроль», або осцилограф до клем «*», «Генератор»;

• по вольтметру класу не нижче 0,1% встановити на вимірювальному вході БАР напругу 100В;

• змінюючи напругу, добитися спрацювання індикаторів (різкого відхилення стрілки вольтметра, або появи/зникнення на екрані осцилографа меандру частотою 100Гц);

• розрахувати похибку уставки:

(6.1)

де – напруга уставки; – вхідна напруга при спрацювання індикатора;

• якщо похибка уставки буде перевищувати норму (± 0,5%), необхідно підстроїти шкалу уставки «Корр. уставки» при напрузі 100В на вимірювальному вході БАР. Перевірити похибку уставки після регулювання.

13. Перевірити уставку БАР по зоні нечутливості:

• встановити штирок в положення «4» в матриці «Зона»;

• змінюючи напругу на вимірювальному вході БАР знайти нижню () та верхню () межі зони нечутливості, та визначити похибку уставки в цій зоні по формулі (6.1): – напруга уставки, – величина напруги зони нечутливості:

(6.2)

14. Перевірити елементи витримки часу БАР:

• підключити до контактів 7с(9с), 8с індикатор (омметр або сигнальну лампу з джерелом);

• встановити штирки в положення «8, 9» в матриці «Режим»; з'єднати 7с та 9с з контактом 5в, а контакт 8с з 4в;

• встановити перемикачем «Время» необхідну витримку часу;

• в матрицю «Режим» вставити штирки 1, 3, 5; встановити штирки в положення «0» та «100%» в матриці «Уставка 1»;

• підключити вольтметр постійного струму (=30В) до клем «*» та «Убавить» («Прибавить») на матриці «Контроль», або осцилограф до клем «*», «Генератор»;

• встановити на вимірювальному вході БАР напругу 100В;

• добавляючи напругу добитися спрацювання індикатора;

• підвищити напругу до величини 115-130В з одночасним включенням секундоміра; заміряти час до включення реле (спрацювання індикатра);

• розрахувати похибку витримки часу по формулі (6.1): – величина уставки часу накопичування (6.3), – середньоарифметичне значення уставки часу накопичення, розраховане по трьом замірам при даному положенні перемикача «Время»;

(6.3)

де – величина уставки часу накопичення даного каналу при першому положенні перемикача «Время»; – номер положення перемикача «Время»;

15. Оформити результати перевірки роботи схеми РПН.