Технічні характеристики

Таблиця 2.1.

Кліматичне виконання та категорія розміщення У2 по ГОСТ1550, мови експлуатації при цьому:

− найбільша висота над рівнем моря до 3000м;

− верхнє робоче значення температури навколишнього повітря в КРУ (КСО) приймають рівним плюс 55^оС, ефективне значення температури навколишнього повітря КРУ та КСО плюс 40°С;

− нижнє робоче значення температури навколишнього повітря – мінус 40°С;

− верхнє значення відносної вологості повітря 100% при плюс 25°С;

− навколишнє середовище вибухобезпечне, що не містить газу та пару, шкідливих для ізоляції, що не насичена струмопровідним пилом в концентраціях, знижуючи параметри вимикача.

Робоче положення у просторі – будь-яке.

Вимикачі призначені для роботи в операціях „О” та „В” та в циклах О – 0, 3 с – ВО – 15 с – ВО; О – 0, 3 с – ВО – 180 с – ВО.

2.1.3. Устрій та робота вимикачів. Типові осцилограми відключення змінного струму в вакуумі

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

В момент часу t ₁ (рис. 2.1) починається розходження контактів вакуумної дугогасної камери та у проміжку між контактами запалюється електрична дуга. Падіння напруги на дузі занадто мале та зазвичай не перевищує 30 В.

Рис. 2.1. Принцип гасіння дуги

і – струм що розмикає; Х – рух контактів; n – концентрація іонізуючих металів в проміжку між контактами; U – напруга в проміжку; U_Д – напруга дуги; U_В – напруга яка знов виникає; t ₀ – час виникнення команди на відключення.

У момент t ₂ переходу струму через природній нуль проміжок між контактами заповнений іонізованими парами металу, що утворилися за час горіння дуги t ₁ – t ₂. Проте, завдяки відсутності середовища, що заважає розльоту парів, їх вихід з проміжку здійснюється за дуже малий час ~ 10^-5с, після чого вакуумний вимикач здатен витримати напругу, що відновлюється.

Оскільки електрична міцність проміжку між контактами дуже висока (~30 кВ/мм), відключення гарантовано здійснюється при зазорах більше 1 мм.

Конструкція вимикачів. Вимикач складається з трьох полюсів з вбудованими електромагнітними приводами з магнітною защіпкою, розміщених в загальній основі.

Якоря електромагнітів механічно зв’язані загальним валом, на якому встановлені постійні магніти, що керують при розвороті вала герметизованими контактами для зовнішніх допоміжних кіл.

Контакти для зовнішніх допоміжних кіл встановлені на двох монтажних платах, розміщених між полюсами вимикача. Кожна плата має по дві клемні колодки фірми WAGO, які дублюються та виходять на протилежних сторонах основи вимикача. Опис клемних колодок приведені в додатку А.

В вимикачах конструктивних виконань 43, 44, 47, 48 вал виходить з обох боків основи. Кнопка ручного вимкнення та блокування встановлюється за допомогою спеціального перехідного шарніру з будь якої рони або з обох боків.

Такі конструктивні виконання дозволяють з мінімальними витратами провести заміну масляних та мало масляних вимикачів в комірках КРП.

Конструкція полюса вимикача. Полюс складається з опорного ізолятору з органічного ізоляційного матеріалу та деяких інших деталей зображених на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Конструкція полюсу вимикача

1 ‑ вакуумна дугогасна камера (ВДК); 2 ‑ нерухомий контакт ВДК; 3 ‑ рухомий контакт ВДК; 4 ‑ гнучкий струмознімач; 5 ‑ тяговий ізолятор; 6 ‑ пружинна віджимання; 7 ‑ пружина, що розмикає; 8 ‑ верхня кришка; 9 – котушка; 10 ‑ кільцевий магніт; 11 – якір; 12 ‑ нижня кришка; 13 – гвинт; 14 – вал; 15 ‑ постійний магніт; 16 ‑ геркони (контакти для зовнішніх допоміжних ланцюгів).

Примітка: пункти 8, 9, 10, 11, 12 – електромагнітний привод.

Робота приводу. Вмикання вакуумного вимикача. У початковому стані контакти вакуумної дугогасної камери розімкнені за допомогою впливу на них пружини, що вимикає, 7 через тяговий ізолятор 5. При прикладанні напруги позитивної полярності в котушці 9 електромагніту, в зазорі магнітної системи (див. рис. 1.2) зростає магнітний потік.

В той момент, коли сила тяги якоря, що створюється магнітним потоком, переважає зусилля пружини відключення 7 (ліні 1 рис. 2.3) якір 11 електромагніту разом з тяговим ізолятором 5 та рухомим контактом 3 вакуумної камери починає рух вгору, затискаючи пружину відімкнення. При цьому в котушці виникає рушійна проти – ЕРС, що перешкоджає подальшому нарощуванні струму, навіть дещо зменшує його. В процесі руху (проміжок між лініями 1та 2 рис. 2.3) якір набирає швидкість близько 1м/с, що дозволяє знизити ймовірність передпробоїв при вмиканні та уникнути дребежіння контактів ВДК. При замкненні контактів вакуумної камери (лінія 2, рис. 2.3), в магнітній системі залишається проміжок допоміжного підтискувача, що дорівнює 2 мм. Швидкість руху якоря різко знижується, оскільки йому доводиться долати ще й зусилля пружини додаткового контактного підтискувача 6. Проте під впливом зусилля, що створюється магнітним потоком та інерцією, якір 11 продовжує рухатися уверх, стискуючи пружину відключення 7 та пружину 6 додаткового контактного підтискування. В момент замикання магнітної системи (лінія 2 а рис. 2.3) якір доторкається до верхньої кришки привода 8 та зупиняється. Рухома ЕРС стає рівною нулю, у котушці 9 знову починається зростання струму. В проміжок часу між лініями 2а та 3 закінчується механічний перехідний процес в електромагніті та контактній системі полюса, а також формується необхідна залишкова індукція кільцевого постійного магніту 10 (накопичується магнітна енергія, необхідна для утримання вимикача у ввімкненому стані). Після закінчення процесу ввімкнення (лінія3 рис. 2.3) струм котушки приводу вимикається.

Рис. 2.3. Характерні осцилограми процесів у приводі ВВ/TEL при ввімкненні та вимкненні

А – Стан головних контактів полюсу. Б – Струм котушки приводу полюсу. В – Пересування якоря привода. Г – Швидкість руху якоря

Вимикач залишається у ввімкненому положенні за рахунок залишкової індукції, що створюється кільцевим постійним магнітом 10, який утримує якір 11 у притягнутому до верхньої кришки 8 положенні без додаткової струмового підживлення.

В такому положенні якір залишається необмежено довго, доки постійний магніт не буде розмагнічений імпульсом струму від’ємної полярності, або магнітна система не буде розірвана механічно (ручне відключення). Даний принцип утримування комутаційного апарату у ввімкненому стані, відомий в електротехніці під назвою “магнітна защіпка”, широко використовується у слабкострумових апаратах (поляризоване реле). Сучасні досягнення в області магнітотвердих матеріалів великих енергій дозволили реалізувати на цьому ж принципі силовий комутаційний апарат.

Запас по зусиллю утримування (сила, необхідна для відриву якоря 11 від верхньої кришки 8), складає 450 – 500 Н для одного полюсу вимикача, тобто 1350 – 1500 Н для вимикача в цілому, чого цілком достатньо для надійного утримування вимикача у ввімкненому стані навіть в умовах впливу на вимикач вібрацій та ударні навантаження.

Відключення вакуумних вимикачів. Для відключення вимикача необхідно прикласти до виводів котушки напругу від’ємної полярності (лінія 4 рис. 23). Струм, що протікає по обмотці розмагнічує магніт 10. Якір 11 електромагніту під тиском пружини відключення 7 та пружини додаткового контактного підтискування 6 розганяється та наносить удар по тяговому ізолятору 5, що з’єднаний з рухомим контактом 3 вакуумної камери (лінія 5 рис. 2.3). Ударне зусилля, що створюється якорем електромагніту перевищує 200 кгс, що сприяє розриву точок зварювання, які можуть з’являтися між контактами при пропусканні струму короткого замикання. Крім цього, рухомий контакт 3 вакуумної камери практично миттєво здобуває високу стартову швидкість, що сприяє відключенню струмів КЗ.

Після згаданого удару якір 11 електромагніта рухається донизу разом з рухомим контактом 3 вакуумної камери та тяговим ізолятором 5 під впливом пружини відключення, доки всі деталі не займуть положення, що позначене на мал. 2 (лінія 6 рис. 2.3).

Привод з магнітною защіпкою потребує незначної енергії для “збросу” защіпки. При відключенні від джерела постійної напруги час прикладання напруги звичайно обмежується величиною 10 мс. При цьому струм у ланцюгу не перевищує 1, 5 А при напрузі 220 В.

Якорі електромагнітів всіх трьох полюсів вимикача з’єднані між собою загальним валом 14. При русі якорів гвинт 13, що входить у щілину валу 14, повертає вал, разом з тим і закріплений магніт 13, який керує герметизованими контактами для зовнішніх допоміжних ланцюгів 16.