Устройство быстродействующих автоматов

Классификация по назначению и применение. По назначению быстродействующие автоматы подразделяются на:

  • • автоматы обратного тока (однополюсные), применяемые для селективного отключения со стороны постоянного тока (при изменении направления тока) того из параллельно работающих преобразователей (выпрямитель, коллекторная машина и т. п.), который поврежден);
  • • автоматы максимального тока (линейные), применяемые для размыкания цепей всяких установок постоянного тока для защиты их от перегрузок и коротких замыканий (при прямом направлении тока);
  • • автоматы анодные (многополюсные), применяемые для отключения анодных цепей ртутных выпрямителей при обратных зажиганиях.

При защите установок с ртутными выпрямителями быстродействующие автоматы обратного тока включаются в цепь катода, поэтому их называют катодными.

При обратном зажигании в одном из параллельно работающих выпрямителей автоматы настолько быстро размыкают цепь катода, что масляные выключатели на стороне переменного тока остальных агрегатов не успевают отключиться, чем предотвращается длительная остановка подстанции. Отключение катодного автомата не прекращает протекание тока по поврежденному выпрямителю, так как ток идет между анодами, что вызывает отключение масляного выключателя, который присоединяет первичную цепь трансформатора к сети. Так как обычно время действия масляного выключателя относительно велико, то катодный автомат обратного тока может не защитить от разрушений ни ртутный выпрямитель, ни питающий его трансформатор. Для обеспечения этой защиты применяют быстродействующие анодные автоматы, у которых каждый полюс действует независимо, что позволяет не прекращать работы выпрямителя при возникновении обратного зажигания.

Автоматы исполняются поляризованными и неполяризованными.

Неполяризованными называются выключатели, автоматическое срабатывание которых не зависит от направления тока; оно может зависеть от величины тока и от характера изменения тока до срабатывания (например, от абсолютного значения скорости изменения тока). Остальные автоматы называются поляризованными. Они срабатывают только при одном направлении тока или при разных значениях тока обоих направлений. Поляризованными также называются автоматы по-разному реагирующие на скорость изменения тока обоих направлений.

Все вышеуказанные виды автоматов могут выполняться как поляризованными, так и неполяризованными. Наличие неполяризованных автоматов наряду с поляризованными целесообразно, так как иногда позволяет упростить схему установки (например, в случае секционирования участков длинных линий, питаемых от нескольких источников, когда токи КЗ могут иметь любое направление).

Одни автоматы срабатывают при определенной величине тока в цепи, независимой от скорости его изменения. У других автоматов ток начала срабатывания тем меньше, чем больше скорость роста тока. Используя это свойство, можно достигнуть избирательного отключения автоматом тока КЗ и неотклю- чения тока перегрузки, имеющего ту же величину, так как токи КЗ имеют большую скорость роста.

Классификация по конструкции. Быстродействующие автоматы по их конструкции можно подразделить на автоматы: 1) с удерживающим электромагнитом; 2) с притягивающим электромагнитом; 3) с индукционным отключением; 4) взрывные. Автоматы каждой из этих групп могут быть поляризованные и неполяризованные и могут выполняться катодными, линейными и анодными. Первые две группы автоматов — наиболее распространенные.

Автоматы с удерживающим электромагнитом имеют замыкающие контакты, которые удерживаются в замкнутом положении, когда якорь удерживающего электромагнита, питаемого постоянным током, притянут к его магни- топроводу. Отпадание якоря и размыкание контактов происходят под действием главного тока, проходящего по виткам токовой катушки. Автоматы с удерживающим электромагнитом могут иметь пружинное отключение либо магнитно-пружинное отключение. В первом случае контакты движутся в сторону отключения только под влиянием сильной отключающей пружины, а во втором случае — под влиянием суммарного действия отключающей пружины и электромагнитных сил, созданных главным током. У автоматов с пружинным отключением скорость раздвижения контактов не зависит от тока в отключаемой цепи. Она зависит от силы отключающих пружин и от скорости спадания потока, удерживающего якорь в отключенном положении (из-за увеличения воздушного зазора). Последняя определяется степенью насыщения магнитопрово- да и формой полюсных наконечников. Величина главного тока мало влияет на спад потока, так как поток токовой катушки уже при малых токах насыщает участки цепи, по которой он проходит. У автоматов с магнитно-пружинным отключением скорость раздвижения контактов тем больше, чем больше ток главной цепи.

Автоматы с притягивающим электромагнитом имеют размыкающие контакты, удерживаемые в замкнутом положении пружиной. Размыкание контактов происходит под влиянием электродинамических и электромагнитных усилий, вызванных током, проходящим по главной цепи. Скорость их раздвижения тем больше, чем больше ток главной цепи. Эти автоматы особенно эффективны в цепях, в которых могут быть большие токи короткого замыкания и большая скорость их роста.

Преимуществом систем с удерживающей катушкой по отношению к системам с притягивающей катушкой является их высокая чувствительность: удерживающие силы лишь немного превосходят отключающие, и небольшое добавочное действие токового элемента достаточно для срабатывания.

Недостатки систем с удерживающей катушкой заключаются в том, что для обеспечения точности срабатывания требуется высокая чистота обработки поверхностей и точность изготовления для создания постоянного магнитного сопротивления в стыках магнитопровода и местах соприкосновения якоря и магнитопровода. На плотность их прилегания может влиять грязь. Для снижения влияния загрязнения рабочие поверхности делают вертикальными. Кроме того, на ток уставки могут влиять напряжение на удерживающей катушке и ее температура, так как от них зависит МДС.

У автоматов с индукционным отключением движение деталей при срабатывании осуществляется под влиянием сил взаимодействия возрастающего тока КЗ, протекающего по катушке, и индуктируемого при этом тока в массивной детали из материала с низким удельным электрическим сопротивлением.

У автоматов взрывного действия отключение происходит под влиянием пружины при разрушении тяги при взрыве пороха.

Общие принципы создания быстродействия. На рис. 12.10 приведены кривые изменения тока КЗ при отключении цепи быстродействующими и небыстродействующими автоматами. После начала расхождения контактов быстродействующего автомата ток сначала замедляет темп роста, а потом начинает уменьшаться. Иногда после момента расхождения контактов ток сразу уменьшается. Главная задача заключается в уменьшении максимального значения тока. Для уменьшения тока надо уменьшить время, необходимое для достижения тока уставки ta, собственное время / и по возможности ограничить рост тока после появления дуги.

Ток уставки i определяется нормальной технологической перегрузкой, при которой не должно быть отключения, и снизить его (при перегрузочных режимах) нельзя. Однако для повышения быстродействия можно использовать большую скорость роста тока при КЗ, чем при перегрузке. Для этого включают индуктивный шунт параллельно токовой катушке, вызывающей отключение, тогда большая доля тока пойдет в отключающую катушку, снизится ток уставки и время t(l. Аналогичный эффект может быть достигнут при параллельном соединении магнитных потоков и задержке изменения одного из них короткозамкнутым витком. Применение вышеуказанных мер может уменьшить и время / .

Ограничение роста тока после появления дуги в автоматах обычно достигается созданием сильного МП гашения дуги. Однако сильное гашение может привести к большим перенапряжениям. Поэтому большую напряженность дугогасительного МП создают только в небольшой области, где расположены контакты, для того чтобы вызвать вначале быстрое растяжение дуги и высокую напряженность ЭП в дуге, необходимые для прекращения роста тока. Оно не может дать опасных перенапряжений, так как при большом токе напряжение на дуге невелико. Перенапряжения возрастают к концу периода горения дуги, когда она сильно растянута и ток малый. В том месте, где в это время находится дуга, должно быть малое напряжение МП. Время горения дуги в быстродействующих автоматах не стремятся сильно уменьшать. Здесь, как и в других аппаратах, его надо уменьшать лишь постольку, поскольку это допускают изоляция установки и величина возникающего перенапряжения.

Для уменьшения собственного времени срабатывания подвижные части стараются облегчить, выполняя их малого размера и из легких материалов, а также применяя искусственное охлаждение. Для уменьшения размеров магнитных систем применяют железокобальтовый сплав, имеющий индукцию 2,3 Вб при напряженности 160 А/см.

Кривые изменения тока КЗ при отключении быстродействующим (1) и небыстродействующим (2) автоматами

Рис. 12.10. Кривые изменения тока КЗ при отключении быстродействующим (1) и небыстродействующим (2) автоматами: i — ток уставки; /, — ток в момент начала расхождения контактов; г3 — максимальное значение тока, достигаемое при защите быстродействующим автоматом; tc — собственное время отключения; гд — время горения дуги.

Отключающие пружины автоматов с удерживающим электромагнитом выполняют так, чтобы они развивали большую силу (лишь немного меньшую силы, создаваемой удерживающим электромагнитом). У автоматов с притягивающим якорем стремятся к тому, чтобы притягивающая сила росла быстро и, если возможно, чтобы удерживающая сила быстро спадала.

Контакты стараются делать с одноступенчатым отключением без добавочных предварительных или разрывных контактов, которые с обычных автоматов часто применяются для снижения обгорания главных. Однако при относительно частых отключениях (металлургические заводы) или при больших токах КЗ приходится применять двухступенчатое отключение.

Для создания быстродействия очень важно повысить скорость изменения магнитного потока, проходящего через якорь, при изменении тока в главной цепи. Для этого надо стремиться к тому, чтобы изменяющийся поток не охватывался токопроводящими контурами, которые, например, могут образовываться деталями, крепящими магнитопровод. Для снижения влияния вихревых токов применяют магнитопровод, набранный из изолированных листов электротехнической кремнистой стали с большим удельным электрическим сопротивлением.

При применении электромагнитов, катушки которых присоединяются параллельно к источнику тока и создают поток, удерживающий якорь, сама катушка является контуром, в котором индуктируются токи, препятствующие изменению потока. В этом случае для создания быстродействия применяют разные меры.

Катушка, обтекаемая током главной цепи, создает поток, размагничивающий только якорь. Для проведения этого потока имеется добавочный магнитопровод, включенный параллельно с якорем. В этом случае для размагничивания якоря необязательно изменять поток удерживающей катушки. При таком устройстве автомат будет поляризованным.

Катушка, обтекаемая током главной цепи, насыщает часть магнитопрово- да между якорем и катушкой. Вследствие этого значительная часть потока катушки проходит мимо якоря (иногда по добавочному магнитопроводу, включенному параллельно якорю). В этом случае, как и в предыдущем, для размагничивания якоря необязательно изменять поток удерживающей катушки. При таком устройстве автомат можно выполнить как неполяризованным, так и поляризованным.

При срабатывании быстродействующего реле максимального тока последовательно с удерживающей катушкой вводится конденсатор. Возникает колебательный процесс, вначале которого ток и поток в удерживающей катушке быстро спадают, что приводит к отпаданию якоря.

Вопросы и задания для самопроверки
  • 1. Перечислите неавтоматические аппараты управления.
  • 2. Для чего в аппаратах управления используются дугогасительные камеры? Как они конструктивно выполняются?
  • 3. Какие аппараты относятся к автоматическим аппаратам управления?
  • 4. С какой целью используются пакетные выключатели и переключатели?
  • 5. Какие устройства относятся к реостатам и как они конструируются?
  • 6. Перечислите автоматические аппараты управления.
  • 7. Чем конструктивно отличаются небыстродействующие аппараты управления?
  • 8. Как устроены быстродействующие аппараты управления?
  • 9. Назовите общие принципы создания быстродействия.
  • 10. Расскажите об особенностях конструкции автоматов гашения поля.
Темы для рефератов
  • 1. Автоматические аппараты управления. Область их использования.
  • 2. Дугогасительные контакты и дугогасительные камеры.
  • 3. Автоматы гашения поля.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >