Ручное включение и отключение
В соответствии с требованиями ГОСТ 687-78 ручное включение выключателя не является обязательным. Для реализации этого режима при отсутствии оперативного напряжения используется так называемый «вспомогательный вход по питанию» БУ/TEL или блок автономного питания BAV/TEL.
Попытка включить выключатель вручную путём воздействия на вал или другим образом может привести к выходу его из строя.
Ручное отключение осуществляется путём механического воздействия на кнопку ручного отключения, которая в свою очередь воздействует через вал привода на якоря электромагнитов и разрывает магнитную систему.Пользоваться кнопкой ручного отключения только в случае невозможности отключения выключателя от блока управления.
Принцип действия
Включение выключателя происходит за счет энергии, запасенной в пружине включения. Ручное неоперативное осуществляется рычагом для ручного включения. Гнездо рычага устанавливается на четырехгранный выступ вала выключателя. Нажатием рычага вниз осуществляется включение выключателя.Отключение выключателя происходит за счет энергии, запасенной в пружинах узлов поджатия и пружин отключения во время включения выключателя.
1) При подаче питания на катушку электромагнита включения, при этом якорьэлектромагнита включения, втягивается в катушку и поворачивает (через механизм свободного расцепления) вал выключателя. Вал выключателя через изоляционные тяги и узлы поджатия замыкает контакты КДВ. Во включенном положении вал выключателя удерживается механической защелкой.
2) Отключение выключателя происходит при воздействии электромагнита оперативного отключения или токовых электромагнитов или электромагнитом независимого питания или кнопки ручного отключения на релейный валик, который, воздействует на защелку механизма свободного расцепления. Защелка выходит из зацепления с роликом. После этого, механизм свободного расцепления складывается, поворачивается вал выключателя (под действием пружин поджатия и отключения), и происходит отключение. Конечное положение вала выключателя в отключенном состоянии определяется демпфером.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Вакуумные выключатели BB/TEL (далее – выключатели) предназначены для работы в комплектных распределительных устройствах (КРУ) и камерах стационарного одностороннего обслуживания (КСО) внутренней и наружной установки класса напряжения до 20 кВ трёхфазного переменного тока 50 Гц для систем с изолированной и заземлённой нейтралью.
В основе конструктивного решения выключателя лежит использование пофазных электромагнитных приводов с «магнитной защёлкой», механически связанных общим не несущим нагрузку, валом-синхронизатором. Параллельно соединённые катушки электромагнитных приводов фаз выключателя при выполнении команд подключаются к предварительно заряженным конденсаторам в блоках управления (далее БУ/TEL). Такая конструкция позволила достичь следующих отличительных особенностей по сравнению с традиционными вакуумными выключателями (ВВ) (см. табл. 2.1):
- высокий механический и коммутационный ресурс;
- малое энергопотребление по шинам оперативного напряжения (заряд и поддержание в параметрах конденсаторных ёмкостей «ВКЛ», «ОТКЛ»);
- малые габариты и вес;
- лёгкость и простота адаптации в любые типы КРУ, КСО;
- возможность использования в широком диапазоне питающего оперативного напряжения вторичных цепей;
- необслуживаемость на протяжении всего срока эксплуатации;
- низкая трудоёмкость производства и, как следствие, умеренная цена.
Устройство и принцип действия
Вакуумные выключатели предназначены для совершения коммутационных операций в электроснабжающих сетях высокого напряжения. Конструктивно вакуумный выключатель состоит из трех отдельных полюсов или колонок (по одной на каждую фазу). Все колонки устанавливаются на одном приводе посредством опорного изолятора из полимера, фарфора или текстолита. У каждой из них имеются два вывода для подключения ошиновки.
Общий вид вакуумного автоматического выключателя
Устройство вакуумного выключателя.
Из картинки ниже видно, что внутри устройство состоит из двух контактов, подведенных под соответствующие потенциалы полюсов. Один из них выполняется подвижным, второй стационарным, как и в других типах выключателей. Силовые контакты вакуумного выключателя располагаются внутри герметичной камеры, способной сохранять вакуум в течении длительного периода времени (несколько десятков лет). Для чего в состав камеры включаются специальные металлические сплавы и керамические добавки. Именно этот элемент стал камнем преткновения для реализации такого выключателя в 30-е годы прошлого века.
Современные технологии предоставляют возможность сохранения вакуума внутри емкости, в том числе, с учетом динамических нагрузок, которые ей приходится претерпевать во время коммутаций. Для постоянного поддержания состояния сильно разреженной газовой среды, внутри вакуумной камеры, устройство комплектуется сильфонным компонентом. Он исключает возможность проникновения воздуха или другого газа внутрь вакуумной камеры при перемещении подвижного контакта.
Конструкция вакуумного выключателя
Принцип гашения электрической дуги.
При разрыве контактов между поверхностями возникает ионизация пространства. Если в воздушных выключателях с методом электромагнитного дутья эту ионизацию искусственно растягивают на несколько метров, а в элегазовых и масляных выключателях стараются погасить диэлектрическим материалом, то в вакуумных применяется другая технология. Основной принцип основан на том, что в идеальном вакууме отсутствует какое-либо вещество, способное к выделению заряженных частиц. Поэтому в момент разделения контактов, из-за разности потенциалов, единственным источником ионизации являются пары раскаленного металла.
Различные этапы образования плазмы
Начало разведения контактов
Развитие ионизации
Заключительные процессы
Они продолжают движение между контактными поверхностями, но при переходе синусоиды электрического тока через ноль, заряженные частицы утрачивают энергию для ионизации и перемещения, их место быстро занимает пустое пространство с высокой электрической прочностью и дуга рвется. Ионы металлов примыкают к ближайшей поверхности – контактам или стенкам камеры. Такой принцип действия позволяет сократить время на прекращение горения дуги и предоставляет ряд преимуществ, в сравнении с другими типами коммутационных аппаратов. Но чрезмерные коммутационные перенапряжения могут привести к деформации поверхности, что будет препятствовать нормальному замыканию контактов, увеличит переходное сопротивление и вызовет перегрев внутри вакуумной камеры.
Включение
В отключенном положении выключателя контакты вакуумной камеры (ВДК) удерживаются в разомкнутом состоянии действием отключающей пружины, которое передаётся на подвижный контакт ВДК посредством тягового изолятора. Для включения модуля на обмотку электромагнитного привода разряжается на предварительно заряженный включающий конденсатор блока управления. Импульс тока, протекающий по обмотке электромагнитного привода в результате разряда конденсатора, создаёт магнитное поле в зазоре между якорем и плоским магнитопроводом.
По мере роста тока в обмотке электромагнитного привода сила электромагнитного притяжения между якорем и плоским магнитопроводом возрастает до величины, превышающей силу удержания, создаваемую пружиной отключения. В этот момент якорь привода начинает двигаться по направлению к магнитопроводу, толкая тяговый изолятор и подвижный контакт ВДК.
В процессе движения якоря по направлению к магнитопроводу воздушный зазор уменьшается, благодаря чему сила притяжения якоря увеличивается. Быстро растущая электромагнитная сила стремительно ускоряет движущиеся части модуля до скорости примерно 1 м/с. Такая скорость является оптимальной для процесса включения и позволяет избежать дребезга контактов при их соударении, существенно снижая при этом вероятность пробоя вакуумного промежутка до момента замыкания контактов.
Ускоряющий якорь генерирует в витках обмотки электромагнитного привода противо ЭДС, которая препятствует дальнейшему нарастанию тока в обмотке и даже несколько снижает его.
В момент замыкания контактов подвижный контакт останавливается, а якорь продолжает своё движение ещё на 2 миллиметра, поджимая контакты через пружину дополнительного поджатия контактов.
Достигнув плоского магнитопровода, якорь останавливается, примагнитившись к магнитопроводу привода. В момент остановки якоря он перестаёт индуцировать противо-ЭДС, что приводит к росту тока, необходимого для насыщения кольцевого постоянного магнита до достижения им необходимых магнитных свойств.
Намагниченный до насыщения кольцевой магнит создаёт мощный остаточный магнитный поток, достаточный для удержания якоря привода (и соответственно, контактов модуля) во включенном положении даже после отключения включающего тока вспомогательным контактом.
Испытания на стойкость к механическим воздействиям показали, что усилие удержания, развиваемого постоянным магнитом, достаточно для того, чтобы удерживать модуль во включенном положении так долго, как это необходимо по условиям эксплуатации, даже при воздействии вибрационных и ударных нагрузок.
Отключающая пружина привода также сжимается в процессе движения якоря, накапливая потенциальную энергию для выполнения операции отключения модуля.
Перемещение якоря передаётся на синхронизирующий вал, поворачивая его в процессе перемещения на угол 44°, для обеспечения индикации состояния модуля, управления вспомогательными контактами и приведения в действие блокировочных механизмов распредустройства.
Устройство и работа выключателя
Принцип работы выключателя основан на гашении электрической дуги, возникающей при размыкании контактов в вакууме. Высокая электрическая прочность вакуумного промежутка обеспечивает надежное гашение дуги. Гашение электрической дуги обеспечивается камерой дугогасительной вакуумной (КДВ) КДВХ 3-10-20/1600 УХЛ2 ТУ16-686.019-85 или КДВХ 4-10-31,5/1600 УХЛ2 РИЖФ.686484.012.
Выключатель состоит из следующих основных частей:
- Три полюса с единым приводом на все полюса. Каждый полюс содержит КДВ и узлы поджатия контактов КДВ.
- Привод пружинный (ПП), который предназначен для оперативного включения выключателя.
- Электромагнит отключения и токовые электромагниты для схем с дешунтированием, которые предназначены для оперативного и аварийного отключения выключателя.
- Электромагнит отключения от независимого источника питания.
- Механизм ручного оперативного включения.
- Вал выключателя, который предназначен для передачи тягового усилия ПП для перемещения контактов КДВ, а также осуществляет кинематическую связь с блоком сигнализации и узлами отключения.
- Блок сигнализации, который предназначен для обеспечения работы схемы управления выключателя и сигнализации положения выключателя
МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ
При испытании изоляции промежутка между контактами полюса выключателя (контакты камеры разомкнуты) вне КРУ напряжением промышленной частоты 32 кВ и выше для защиты персонала от возможного воздействия рентгеновского излучения, в случае пробоя изоляции по поверхности или внутри ВДК, установить защитный экран, выполненный из стального листа толщиной не менее 2 мм или из стекла марки ТФ-5 по ГОСТ 9541-75 толщиной не менее 12,5 мм. Экран должен быть установлен между обслуживающим персоналом и выключателем, на расстоянии 0,5 м от выключателя.
В нормальных эксплуатационных условиях защита обслуживающего персонала от рентгеновского излучения не требуется.
Во время выполнения работ по техническому обслуживанию запрещается работа людей на участке схемы, отключённой только вакуумным выключателем. Обязательно дополнительное отключение участка схемы разъединителем с видимым разрывом электрической цепи.
При проведении работ на выключателе руководствоваться требованиями действующих «Правил безопасной эксплуатации электроустановок», «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей», «Правил устройства электроустановок».
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Таблица – Учет расходования коммутационного ресурса выключателя
№п/п | Учет количества коммутаций | Учет отключенных токов к.з. | ||||||
Дата записи | Причина, период | Значение тока | Количество коммутаций | Дата записи | Причина | Значение тока к.з. | Количество коммутаций | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Таблица – Характеристики выключателя BB/TEL
КРИТЕРИИ И ПРЕДЕЛЫ БЕЗОПАСНОГО СОСТОЯНИЯ
Климатическое исполнение и категория размещения У2 по ГОСТ1550, условия эксплуатации при этом:
- наибольшая высота над уровнем моря до 3000 м;
- верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха в КРУ (КСО) принимают равным плюс 55°С, эффективное значение температуры окружающего воздуха КРУ и КСО – плюс 40°С;
- нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха – минус 40°С;
- верхнее значение относительной влажности воздуха 100% при плюс 25°С;
- окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая газов и паров, вредных для изоляции, не насыщенная токопроводящей пылью в концентрациях, снижающих параметры электропрочности изоляции выключателя.
Рабочее положение в пространстве – любое. Для исполнений 59, 60, 70, 71 – основанием вниз либо вверх. Выключатели предназначены для работы в операциях «О» и «В» и в циклах О – 0,3 с – ВО – 15 с – ВО; О – 0,3 с – ВО – 180 с – ВО.
Параметры вспомогательных контактов выключателя приведены в таблице 3.1.
По стойкости к воздействию внешних механических факторов выключатель соответствует группе М 7 по ГОСТ 17516.1-90, при этом выключатель работоспособен при воздействии синусоидальной вибрации в диапазоне частот (0,5*100) Гц с максимальной амплитудой ускорения 10 м/с2 (1 q) и многократных ударов с ускорением 30 м/с2 (3 q).
Таблица 3.1 – Параметры вспомогательных контактов выключателя
№ п/п | Параметр | Номинальное значение |
1 | 2 | 3 |
1 | Максимальное рабочее напряжение, В (перем. и пост.) | 400 |
2 | Максимальная коммутируемая мощность в цепях постоянного тока при t=1 ms, Вт | 40 |
3 | Максимальная коммутируемая мощность в цепях переменного | 40 |
4 | Максимальный сквозной ток, А | 4 |
5 | Испытательное напряжение, В (пост.) | 1000 |
6 | Сопротивление контактов, мкОм, не более | 80 |
7 | Коммутационный ресурс при максимальном токе отключения, циклов В-О | 106 |
8 | Механический ресурс, циклов В-О | 106 |
Рисунок 3.1
Выключатели отвечают требованиям ГОСТ687, МЭК-56 и технических условий ТУ У 25123867.002-2000 (а также ИТЕА 674152.002 ТУ; ТУ У 13795314.001-95).
Зависимость коммутационного ресурса выключателей от величины отключаемого тока представлена на рис. 3.1.
Выключатели отвечают требованиям ГОСТ 687, МЭК-56 и технических условий ТУ У 25123867.002-2000 (а также ИТЕА 674152.002 ТУ; ТУ У 13795314.001-95).
Зависимость коммутационного ресурса выключателей от величины отключаемого тока представлена на рис. 3.1.
Требования к надежности выключателя
1) ресурс по механической стойкости выключателя ВБ-10-20 (31,5):
– с электромагнитным приводом – 50 000 циклов В- tn -О;
– с пружинным приводом – 40 000 циклов В- tn -О;
2) ресурс по коммутационной стойкости при нагрузочных токах для выключателя:
– с электромагнитным приводом – 50 000 циклов В-tn-O;
– с пружинным приводом – 40 000 циклов В-tn-O;
3) ресурс по коммутационной стойкости при номинальном токе отключения – 150 циклов ВО;
4) срок службы выключателей до среднего ремонта не менее 12 лет;
5) срок службы до списания – 30 лет;
6) срок гарантии со дня ввода в эксплуатацию – 5 лет.
Примечание: Срок службы указан для выключателей, у которых не исчерпан ресурс по коммутационной или механической стойкости.
Электрические аппараты
Токоприемник Т-5М1
Быстродействующий выключатель БВП-5
Быстродействующий выключатель БВЭ-ЦНИИ
Быстродействующий выключатель БВЗ-2
Электропневматические контакторы ПК
Электромагнитный контактор МК-310Б
Электромагнитный контактор МК-15-01
Электромагнитные контакторы МКП-23 и МК-204
Электромагнитный контактор МК-101
Быстродействующий контактор БК-2Б
Быстродействующий контактор БК-78Т
Переключатели кулачковые групповые ПКГ-4Б и ПКГ-6Г
Реверсор РК-022Т и тормозные переключатели ТК-36Т, ТК-86
Переключатель вентиляторов ПШ-5Г
Отключатели двигателей ОД-8А и ОД-8Б-2
Разъединитель высоковольтный наружной установки РВН-004Т
Разъединитель высоковольтный однополюсный РВО-007Т
Разрядник РМВУ-3,3
Дроссель ДР-027Т и индуктивный шунт ИШ-2К
Электрические печи ПЭТ-1УЗ
Резисторы
Реле повышенного напряжения РПН-018 и РПН-496
Реле низкого напряжения РНН-048 и РНН-497
Реле перегрузки РТ-050 и РТ-500
Реле перегрузки РТ-406В и РТ-502
Промежуточные реле РП-472 и РП-473
Реле рекуперации РР-4 и РР-498
Реле боксования РБ-4М
Датчик боксования ДБ-018
Дифференциальные реле Д-4В и РДЗ-504
Реле оборотов РКО-28
Реле времени РЭВ-814 и РЭВ-294
Реле времени 33-143
Контроллер машиниста КМЭ-8Е
Электромагнитные контакторы ТКПМ
Кнопочные выключатели КУ
Выключатель ВУ-223А
Штепсельное соединение и розетка низковольтная РН-1
Панель управления ПУ-014
Панель управления ПУ-037
Электромагнитные вентили
Вентиль электромагнитный защитный ВЗ-1
Электропневматические клапаны КП-17-09А и КП-41
Клапаны КП-1. КП-1А, КП-39 и КП-40
Электропневматические клапаны КП-016Т и КП-53
Клапаны продувки КП-100-03 и КП-110
Электроблокировочные клапаны КЭ-44 и КПЭ-99
Регулятор давления РД-012
Автоматический регулятор давления АК-ПБ
Прожекторы
Предохранитель ВПК-6/100
Аккумуляторная батарея 40КН-125
Устранение неисправностей
Неисправности в механической части
Неисправности в электрических машинах
Общие сведения по обнаружению и устранению неисправностей в электрических цепях
Неисправности токоприемников и их цепей
Неисправности в электрических цепях вспомогательных машин
Неисправности электрических цепей быстродействующего выключателя БВП-5
Неисправности в электрических цепях управления с 1-й по 37-ю позицию главной рукоятки контроллера машиниста
Неисправности силовой цепи тяговых двигателей
Неисправности оборудования источников питания цепей управления электровоза
Неисправности в электрических цепях рекуперативного режима
Отключение
Для отключения выключателя на обмотку электромагнитного привода разряжается предварительно заряженный отключающий конденсатор блока управления, обеспечивающий протекание через обмотку в течение 15 – 20 миллисекунд тока в направлении, противоположном току включения.
Ток отключения частично размагничивает постоянный магнит, ослабляя силу магнитного притяжения якоря к плоскому магнитопроводу.
Совместное воздействие отключающей пружины и пружины дополнительного поджатия контактов является достаточным для того, чтобы «оторвать» примагниченный якорь от магнитопровода. Возникающий воздушный зазор в приводе резко уменьшает силу притяжения, якорь под действием пружин интенсивно разгоняет и после 2 миллиметров свободного движения рывком увлекает за собой тяговой изолятор и подвижный контакт ВДК.
Усилие стартового рывка на подвижном контакте может достигать величины 2000 Н, что позволяет эффективно разрывать точки микросварок на поверхности контактов, которые могут возникать из-за термического воздействия токов короткого замыкания.
Размыкание контактов происходит с интенсивным ускорением, способствуя достижению максимальной отключающей способности модуля.
По достижении якорем крайнего положения контакты ВДК удерживаются в разомкнутом состоянии усилием отключающей пружины, которое передаётся на подвижный контакт посредством тягового изолятора.
Перемещение якоря передаётся на синхронизирующий вал, поворачивая его в процессе перемещения на угол 44°, для обеспечения индикации состояния модуля, управления вспомогательными контактами и приведения в действие блокировочных механизмов распредустройства.
Выключатели ВН, ВНА, ВНР, ВНП, ВНПЗ, ВНРП, ВНМ, ВНТ
Выключатели нагрузки — это разновидность высоковольтных выключателей, коммутационный аппарат, занимающий по уровню допускаемых коммутационных токов промежуточное положение между разъединителем (коммутации под нагрузкой запрещены) и выключателем (масляным, вакуумным, воздушным, электромагнитным, элегазовым) который способен отключать без повреждения как номинальные нагрузочные токи так и сверхтоки при аварийных режимах. Выключатель нагрузки допускает коммутацию номинального тока, но не рассчитан на разрыв токов при коротком замыкании. Отключение сверхтоков в таких выключателях осуществляется специальными предохранителями.
Привод выключателей нагрузки может быть мускульным — непосредственного включения и отключения от предварительно натянутой пружины. Иногда применяется электропривод включения и соленоид дистанционного отключения.
Выключатели ВН, ВНА (автогазовые), ВНМ (автогазовые модернизированные)
Выключатель нагрузки общего назначения предназначен для работы в шкафах комплектных распределительных устройств (КРУ), камерах стационарных одностороннего обслуживания (КСО) и шкафах комплектных трансформаторных подстанций (КТП) внутренней установки на класс напряжения до 10 кВ трехфазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц для системы с заземленной и изолированной нейтралью.
Условное обозначение выключателя ВН Х-Х-10/Х-Х хх З Х3:
ВН — выключатель нагрузки
; Х – исполнение: А – автогазовый; М – модернизированный; П – с пружинным приводом; Р – с ручным приводом Х — тип расположения привода: П — правое, Л — левое 10 — номинальное напряжение, кВ; Х — номинальный ток, А (400, 630); Х — номинальная периодическая составляющая сквозного тока, А (10, 20); х – наличие ножей заземления: з – с заземляющими ножами; 2з – с заземляющими ножами с двух сторон х – расположение заземляющих ножей (если только с одной стороны): п – заземляющие ножи расположены за предохранителями; в – заземляющие ножи расположены со стороны заземляющих контактов З — устройство для подачи команды на отключение при перегорании предохранителя; Х3 — климатическое исполнение (У, Т) и категория размещения (3) по ГОСТ 15150-69.
Основная номенклатура выключателей ВНА
- ВНА-10/400-20ПА(Б)-1УХЛ3; ВНА-10/400-203ПА(Б)-1УХЛ3; ВНМ-10/400-20 УХЛ3
- ВНМ-10/630-31,5 УХЛ3
- ВНА П(Л)-10/630-20-У2; ВНА П(Л)-10/630-20 з У2; ВНА П(Л)-10/630-20 зп У2; ВНА П(Л)-10/630-20-3 зп У2
Выключатели нагрузки ручные ВНР, ВНРП
Основная номенклатура ВНР
- ВНР-10/400
- ВНРп-10/400 без предохранителя
- ВНРп-10/400 с предохранителем
- ВНР-10/630
- ВНРп-10/630 без предохранителя
- ВНРп-10/630 с предохранителем
Выключатели ВНП, ВНПЗ с пружинным приводом
Выключатель ВНП-10/630-20 У3 состоит из рамы с валом, на которой установлены шесть опорных изоляторов. На трех изоляторах, расположенных в нижней части, шарнирно крепятся главные подвижные контакты совместно с подвижными дугогасительными контактами, а в верхней части — главные и дугогасительные контакты и дугогасительная камера. Движение от рычагов вала к контактным ножам передается при помощи изоляционных тяг. Для отключения выключателя установлены две пружины: отключающая и демпфирующая, а для смягчения ударов при отключении установлен резиновый буфер.
Возможные модификации ВНП
- ВНП-10/630-20У3 ; ВНП-10/630-20зУ3
- ВНП-10/630-20зпУ3 ; ВНП-10/630-20зпЗУ3
- ВНП-10/630-20зУ3-С ; ВНП-10/630-20зУ3Т3
- ВНПзр-М1-10/630-20з — выключатель с расположением на задней стенке шкафа с пружинным приводом с ручным управлением, с правым расположением элементов управления, с заземляющими ножами снизу;
- ВНПзрл-М1-10/630-20з — с левым расположением элементов управления;
- ВНПзр-М1-10/630-20зп — с устройством для установки предохранителей с правым расположением элементов управления;
- ВНПзрл-М1-10/630-20зп — с левым расположением элементов управления.
