Для чего служит выключатель нагрузки ржд трансэнерго

Что такое выключатель нагрузки и как он используется?

Разъединение нагруженных электрических цепей всегда сопряжено с риском искрообразования. Особую опасность таит в себе отключение нагрузки на высоковольтных линиях. Мощная электрическая дуга, образующаяся при коммутации незащищённых контактных ножей, может привести к разрушению силовых контактов и к выходу из строя электрических приборов. Обезопасить процесс коммутации цепей способен выключатель нагрузки, оборудованный устройствами для экстренного гашения дуги.

Выключатели нагрузки (ВН) принадлежат к тем видам коммутационных приборов, которые, по уровню допускаемых токов, занимают промежуточное положение между обычными разъединителями и специальными выключателями номинальных токов, способных отсекать сверхтоки в аварийных ситуациях. Несмотря на то, что коммутация номинального тока выключателем нагрузки допускается, однако прибор не рассчитан на отключение токов перегрузок в случае КЗ. Для этих целей предусмотрено применение специальных высоковольтных предохранителей.

Применение

Выключатели нагрузки применяются в распределительных сетях с целью коммутации линий, силовых трансформаторов, работающих при номинальных напряжениях. Устройства могут использоваться для включения/отключения дополнительных нагрузок, но они не предназначены для защиты от коротких замыканий, за исключением тех конструкций, в которых установлены плавкие предохранители (см. рис. 1).

Рис. 1. ВН с предохранителями

Такими разъединителями мощности оборудуются высоковольтные линии на 6 – 10 кВ, для токов, не превышающих 400 – 600 А. Для коммутации и защиты более мощных линий электропередач применяются релейные устройства. В маломощных сетях допускается использование ВН без предохранителей.

Существуют компактные выключатели нагрузок до 100 А, которые легко монтируются в распределительных устройствах. Такие рубильники внешне похожи на конструкцию автоматического выключателя (см. рис. 2) и устанавливаются на входах сетей многоквартирных и частных домов. Они управляются только вручную и не отключаются при достижении тока срабатывания защиты.

Рис. 2. Маломощные выключатели нагрузки

Наличие модульного выключателя мощности не исключает необходимости защиты проводки в аварийных режимах другими способами. В частности, аварийное отключение домашней электрической сети обеспечивают автоматические пакетные выключатели, но использовать их для частого отключения нагрузки не рекомендуется из-за быстрого износа контактов. В этом смысле переключатель нагрузки более надёжен, так как его контакты рассчитаны на такие режимы работы.

Преимущества и недостатки

У рассматриваемых коммутационных аппаратов есть сильные и слабые стороны.

К преимуществам относятся:

Недостатки:

Устройство и принцип работы

Конструкция высоковольтного выключателя нагрузки очень напоминает устройство трехполюсных разъединителей. На раме расположены поворачиваемые в вертикальной плоскости подвижные ножи, имеющие серповидную форму. Они входят в камеру, где расположены неподвижные контакты.

Управление поворотом ножей осуществляется с помощью механизмов, ручных приводов, либо полуавтоматических устройств. Электромагнитный привод, использующий соленоид обеспечивает дистанционное отключение нагрузки высоковольтных приборов, а в отдельных случаях работу в автоматическом управлении.

На рисунке 3 представлен чертёж трёхполюсного ВН с ручным приводом.

Рис. 3. Чертёж выключателя нагрузки ВНА

Обратите внимание (рисунок слева) на то, что в конструкции предусмотрено установку предохранителей, которые не показаны на чертеже. Все токоведущие части отделены от рамы мощными изоляторами (рисунок справа).

Для обеспечения необходимой скорости разъединения контактов применяются пружинные механизмы. При повороте вала пружина накапливает потенциальную энергию, которая в определённый момент высвобождается, направляя накопленную мощь на движение ножей. Пружинный механизм хорошо виден на рисунке 4.

Рис. 4. Выключатель нагрузки ВНА с пружинным механизмом

В комплект выключателя нагрузки могут входить стационарные ножи заземления. Эти элементы дополнительной защиты имеют механизмы блокировки от ошибочных действий персонала.

Главное отличие ВН от разъединителей – это наличие дугогасительных устройств, обеспечивающих сохранность неподвижных и подвижных контактов при коммутации. Гашение электрической дуги, которая неизбежно зажигается при отключении или включении нагруженной цепи, происходит в дугогасительных камерах, оборудованных вкладышами, изготовленных из полимеров. Дуги гасятся потоком продуктов испарения вкладышей, образующихся под действием высоких температур возникающего разряда.

В зависимости от конструкции ВН принцип гашения может отличаться. Следует помнить, что камеры гашения не обеспечивают абсолютного отсутствия дуги, которая, хоть и на очень короткий период времени, всё-таки возникает. Задача состоит в том, чтобы как можно быстрее подавить разрастание разряда, устранив условия для его существования.

Эффект гашения достигается различными способами: путём сдувания ионизированного воздуха с контактов, заполнением камер специальными смесями газов или созданием вакуума. В зависимости от принципа подавления дуги различают разные типы выключателей.

По способу гашения дуги в камерах, ВН подразделяются на следующие виды:

Автогазовый (газогенерирующий) выключатель

Устройство предназначено для оперативной коммутации силового электрооборудования. Подавление дуги происходит под действием газов, генерируемых в камере гашения. Вкладыш из мочевиноформальдегидной смолы или из полиметилметакрилата, расположенный внутри камеры, в момент коммутации дугогасительных контактов молниеносно нагревается. Под действием высокой температуры происходит испарение верхнего слоя полимера, а образовавшийся поток газов интенсивно гасит электрическую дугу.

Условие для испарения вкладыша создают дугогасительные контакты, запуская процесс «продольного дутья». Во включенном состоянии номинальный ток протекает по основным контактам.

Автогазовые ВН активно используются в России и в странах СНГ. Они применяются на подстанциях, устанавливаются в распределительных устройствах электросетей 6 – 10 кВ с изолированной нейтралью. В основном их монтируют там, где экономически не выгодно применять установки другого типа, а использование разъединителей запрещено правилами ПУЭ.

Данный тип выключателей имеет самую низкую стоимость и высокую ремонтопригодность. Эти преимущества способствуют росту популярности газогенерирующих выключателей.

Вакуумный высоковольтный выключатель

При размыкании/замыкании контактов дуга всё-таки возникает (за счёт образования плазмы из паров металла контактов), но она практически мгновенно, гаснет, в момент перехода через ноль. В течение 7 – 10 мк/с пары конденсируются на поверхности контактов и на других деталях камеры.

Существуют разновидности:

Основные достоинства:

Из недостатков можно выделить сравнительно высокую стоимость из-за сложности технологии производства камер.

Элегазовые ВН

В коммутационных аппаратах данного типа для гашения дуги используется элегаз. Работает устройство по принципу автогазовых выключателей, но вместо воздуха для гашения дуги применяется шестифтористая сера (SF₆) с добавками других газов.

В корпус камеры гашения из герметической ёмкости поступает элегаз, который не выбрасывается в атмосферу, а используется повторно. Различают колонковые и баковые устройства (см. рис. 5).

Рис. 5. Баковый элегазовый ВН

В конструкциях таких выключателей используется встроенные трансформаторы тока. Современные элегазовые ВН могут работать в распределительных устройствах сверхвысокого напряжения, достигающего 1150 кВ.

Условное обозначение и маркировка

Для маркировки выключателей нагрузки используются буквенные и цифровые символы, сгруппированные по группам:

Заметим, что приведённая структура обозначения может отличаться в маркировках разных типов конструкций.

Рассмотрим один из вариантов.

Буквенное обозначение типов конструкции:

(Элегазовые рубильники имеют свою структуру обозначения).

Буквенное обозначение вариантов исполнения:

Х на третьей позиции может обозначать расположение привода:

На четвёртой позиции (00) цифры, указывающие номинальное напряжение в кВ.

5 позиция (/0) – номинальный ток отключения, в кА.

6 позиция (0) – номинальный (сквозной) ток выключателя.

7 позиция (хх) – расположение заземляющих ножей (иногда климатическое исполнение). п – за предохранителями, в – со стороны контактов заземления.

8 позиция (0) – обозначает тип устройства подающего команды для отключения (при наличии).

9 позиция (Х0) – климатическое исполнение и категория размещения.

Пример: маркировка ВВЭ – 15 – 25/ 680 – УЗ означает: Выключатель вакуумный, с электромагнитным приводом, рассчитанный на напряжение 15 кВ, ток термической стойкости – 25 кА, номинальный ток ВН – 680 А, применяется в условиях умеренного климата, предназначен для внутренней установки.

На рисунке 6 приведён пример обозначения на схеме.

Рис. 6. Обозначение на схемах

Отличие от автоматического выключателя

Основной признак отличия от автоматического выключателя в том, что рассматриваемые устройства не могут работать в автоматическом режиме. Для отключения ВН требуется вмешательство оператора – с помощью ручного привода или дистанционно (в зависимости от конструктивного исполнения). Автоматический выключатель размыкает цепь при достижении тока срабатывания защиты.

Отличить устройства можно по их маркировке и по внешнему виду.

Технические параметры

Выключатели нагрузки характеризуются тремя важными параметрами:

Другие параметры учитываются исходя из условий расположения, желаемого способа коммутации и выбора типа исполнения.

В качестве примера приводим таблицу параметров для ВН:

Технические параметры других типов выключателей нагрузки можно узнать у продавца или из других источников информации.

Подключение

На линиях электропередач ВН размещают перед силовыми трансформаторами. Если техническая документация предусматривает наличие разъединителей – они устанавливаются после ВН.

В многоквартирной электросети ВН устанавливаются в распределительных щитках (если есть доступ) или в другом доступном месте, отдельно на каждую квартиру.

В производственных цехах мини рубильник целесообразно устанавливать возле каждого станка, для обеспечения возможности экстренного его отключения.

В бытовой электросети выключатели нагрузки устанавливаются, как правило, перед счётчиком, хотя могут монтироваться и после прибора учёта. Но обязательно перед защитными устройствами – автоматами, пробками и т. п. В качестве примера приводим схему подключения ВН в однофазной сети.

Рис. 7. Схема подключения ВН в домашней сети

Источник

Быстродействующий выключатель: назначение и его устройство

· БВ служит для защиты силовых цепей моторного вагона от то­ков короткого замыкания и токов перегрузки, работая совместно с ДР (диффреле) выключается и при малых токах короткого замыкания.

· Время отключения БВ составляет несколько миллисекунд (0,015-0,03с), а поэтому ток короткого замыкания при отключении не успевает достигнуть наибольшего значения.

БВ состоит из следующих узлов:

· 1 – магнитной системы (удерживающая катушка с магнитопроводом и размагничивающего витка (3);

· 3 – контактной системы (2-а неподвижных контакта и 2-а подвижных контакта);

· 4 – пневматического привода (вентиль, цилиндр со штоком и система рычагов)

· 5 – низковольтного устройства с блокировками.

· БВ имеет 2 основания; верхнее и нижнее, которые соединены 4 стойками, 2 из них изолированы.

· На изолированных стойках монтируют магнитопровод удерживающей катушки, пневматический цилиндр, рычаги подвижных контактов.

· Внутри магнитопровода имеется размагничивающий виток (катушка), которая в силовую цепь включается последовательно.

· К неизолированным стойкам (стальным) крепят изоляционную панель, на которой установлены полюса с дугогасительными катушками, дугогасительные камеры, неподвижные контакты.

· Вентиль крепят на нижнем основании.

· При включении БВ, БВУ получает питание и создаёт магнитный поток, который не в состоянии притянуть якорь из-за большого воздушного зазора (30 + 5мм).

· Кнопкой «возврат защиты» подается питание на вентиль БВ-В, который открывает доступ воздуха в пневматический цилиндр и диск поднимается вверх, своим штоком нажимает на якорь и на рычаги подвижных контактов.

· Якорь прижимается к магнитопроводу, подвижные контакты подходят к неподвижным, но не замыкаются, остается зазор 7 мм.

· Магнитный поток БВУ в состоянии удержать якорь в притянутом состоянии.

· Как только вентиль обесточивается, воздух из цилиндра выйдет в атмосферу, рычаги подвижных контактов под действием пружин, поворачиваются и контакты замыкаются.

БВ срабатывает в двух случаях:

· 1– при обесточивании катушки БВУ;

· 2– при протекании тока 650А, и выше по размагничивающему витку.

· Магнитный поток размагничивающего витка направлен встречно магнитному потоку удерживающей катушки в той части, где он проходит по якорю.

· Если ток будет свыше 650А, то якорь отпадает и БВ выключается под действием отключающих пружин.

· В магнитопроводе имеются регулировочные винты, которыми можно регулировать ток уставки БВ.

· При вывинчивании винтов ток уставки уменьшается, а при завинчивании увеличивается.

· Диафрагменный привод представляет собой замкнутую камеру, разделенную резиновой диафрагмой на две полости.

· В рабочую камеру подается сжатый воздух. Он воздействует на диафрагму и тем самым прижимает диск со штоком (на котором укреплен валик).

· При ремонте БВ проверяют касание контактов по всей ширине через копирку.

· Якорь притирают и также проверяют через копирку. Площадь касания должна быть не менее 75%. Давление контактов проверяют динамометром.

· Принцип гашения дуги основан на выталкивании проводника с током (которым является дуга) из магнитного поля, создаваемого дугогасительными катушками и полюсами.

· Дугогасительная камера двух щелевая с деионными решётками.

· Деионные решётки изготавливают из тонких медных пластин, назначение которых не выпускать дугу из дугогасительной камеры.

· Номинальное напряжение. 3000 В

· Нажатие главных контактов. 9-10 кгс

· Раствор главных контактов. 30±5 мм

Быстродействующий выключатель ВБ-11

тяга

· Включение аппарата происходит в два приема. После включения кнопки ВУ напряжение подается по проводу 20 А на удерживающую катушку 5.

· Протекающий через нее ток создает магнитный поток Ф.

· Однако он ослаблен, так как замыкается через воздушный зазор между полюсами электромагнита, поскольку якорь 8 еще не прижат к полюсам.

· Якорь 8, контактный рычаг 1 с мостиком подвижных контактов и магнитопровод 4 могут поворачиваться относительно оси 9.

· После нажатия кнопки «Возврат защиты» подается электропитание на вентиль, и сжатый воздух поступает в цилиндры 11 и 14 пневмопривода.

· Поршень цилиндра 11 поднимается и поворачивает тягу 12 по часовой стрелке, растягивая тем самым отключающие пружины 13.

· Поскольку стержни 2 вместе с тягой 12 также перемещаются вверх, магнитопровод 4 начинает поворачиваться вокруг оси 9 против часовой стрелки.

· Одновременно поршень цилиндра 14 под действием сжатого воздуха перемещается вниз и толкателем 15 воздействует на контактный рычаг 1 с якорем 8, поворачивая их по часовой стрелке до прижатия якоря 8 к полюсам электромагнита.

· При этом между главными контактами остается зазор, так как дальнейший ход контактного рычага 1 ограничивает повернутый ему навстречу магнитопровод 4.

· Магнитный поток удерживающей катушки Ф теперь замыкается через прижатый якорь, усиливается и прочно удерживает якорь.

· После отпускания кнопки «Возврат защиты» вентиль обесточивается.

· Сжатый воздух из цилиндров привода БВ выходит в атмосферу, и поршни возвращаются в исходное положение. Якорь остается притянутым к полюсам электромагнита.

· Отключающие пружины 13 сжимаются и поворачивают магнитопровод 4 по часовой стрелке до замыкания главных контактов.

· При этом контактный рычаг 1 воздействует на блокировочное устройство и блокировочные контакты переключаются, т.е. сигнальная лампа гаснет в момент отпуска кнопки «Возврат защиты» в отличие от ранее применявшихся выключателей БВП- 105А.

· Отключающие пружины 13 продолжают доворачивать магнитопровод 4 до упора 6.

· Между якорем 8 и контактным рычагом 1 образуется зазор, благодаря чему обеспечивается провал и замыкание главных контактов при притянутом якоре.

· Ток силовой цепи тяговых двигателей проходит по токовой (размагничивающей) катушке 7, витки которой охватывают магнитный шунт.

· Он создает в магнитопроводе и якоре магнитный поток Фт, направленный навстречу магнитному потоку Ф удерживающей катушки.

· Выключатель отрегулирован на силу тока 650 А (ток уставки аппарата).

· Это значит, что при таком токе магнитный поток размагничивающей катушки 7 становится больше магнитного потока удерживающей катушки 5, что возможно, например, при пробое на «землю» силовой цепи тяговых двигателей.

· Результирующий магнитный поток в якоре уменьшается, и отключающие пружины 13 отрывают якорь 8 от полюсов электромагнита.

· Якорь 8 ударяет по контактному рычагу 1, и главные контакты размыкаются.

· Возможно и принудительное отключение аппарата при снятии питания с удерживающей катушки (под действием дифференциальной защиты или вручную).

· В этом случае быстродействующий выключатель отключает малые токи или вообще отключается без разрыва тока.

Время срабатывания, с………………………………0,02-0,05

Длина линии касания

главных контактов……………………….…….3/4 ширины контакта

Источник