Elektromagnetische Gleichstromschütze
Gleichstromschütze dienen zum Schalten von Gleichstromkreisen und werden typischerweise von einem Gleichstrom-Elektromagneten angetrieben.
Allgemeine technische Anforderungen an Schütze und deren Betriebsbedingungen werden in GOST 11206-77 geregelt. Im Folgenden werden die Anwendungskategorien moderner Schütze beschrieben und die Parameter der von ihnen geschalteten Stromkreise in Abhängigkeit von der Art der Last angegeben.
DC-Schütze:
DS-1-aktive oder geringe induktive Last.
DC-2-Start von Gleichstrommotoren mit paralleler Erregung und deren Abschaltung bei Nenndrehzahl.
DS-3-Starten von Elektromotoren mit paralleler Erregung und deren Abschaltung im Stillstand oder langsamer Drehung des Rotors.
DS-4-Start von Elektromotoren mit Reihenerregung und deren Abschaltung bei Nenndrehzahl.
DS-5-Starten von Elektromotoren mit Reihenerregung, Abschalten stillstehender oder langsam rotierender Motoren, Gegenstrombremsung.
Allgemeine Anforderungen an Schütze:
1. Hohe Produktivität und Unterbrechung – nicht weniger als 10 Inom und in einigen Fällen bis zu 20 Inom;
2. Langzeitbetrieb bei hoher Grenzfrequenz;
3. Hohe Schaltdauer – bis zu 3 Millionen Zyklen unter Berücksichtigung von Unterbrechungen der Anlaufströme;
4. Hohe mechanische Haltbarkeit;
5. Designleistung, geringes Gewicht und geringe Abmessungen;
6. Hohe Betriebssicherheit.
Bei Schützen gibt es auch einen Modus seltener Kommutierungen, der durch schwerwiegendere Bedingungen als bei normalen Kommutierungen gekennzeichnet ist. Solche Modi treten recht selten auf (z. B. bei Kurzschlüssen).
Die wichtigsten technischen Daten der Schütze sind der Bemessungsstrom der Hauptkontakte, der Grenzausschaltstrom, die Bemessungsspannung des angeschlossenen Stromkreises, die mechanische und Schaltlebensdauer, die zulässige Anzahl von Starts pro Stunde und die eigene Ein- und Ausschaltzeit. Die Fähigkeit des Schützes, wie jedes Schaltgerät, eine große Anzahl von Schaltvorgängen zu ermöglichen, zeichnet sich durch Verschleißfestigkeit aus.
Unterscheiden Sie zwischen mechanischer und schaltender Verschleißfestigkeit. Die mechanische Haltbarkeit von Schützen wird durch die Anzahl der Ein-Aus-Zyklen des Schützes ohne Reparatur und Austausch seiner Baugruppen und Teile bestimmt. In diesem Fall ist der Strom im Stromkreis Null. Die mechanische Lebensdauer moderner Gleichstromschütze beträgt (10-20) 106 Schaltspiele.
Die Schaltlebensdauer der Schütze wird durch die Anzahl der Ein- und Ausschaltvorgänge des Stromkreises bestimmt, nach denen die Kontakte ausgetauscht werden müssen. Moderne Schütze sollten eine Schaltdauer in der Größenordnung von (2-3) 106 Schaltspielen haben (einige derzeit in Produktion befindliche Schütze haben eine Schaltdauer von 106 Schaltspielen oder weniger).
Die intrinsische Schließzeit des Schützes besteht aus der Anstiegszeit des Flusses im Magnetventil des Schützes auf den Startwert des Flusses und der Ankerlaufzeit. Die meiste Zeit wird für den Aufbau des magnetischen Flusses aufgewendet. Bei Gleichstromschützen mit einem Nennstrom von 100 A beträgt die Eigenschaltzeit 0,14 s, bei Schützen mit einem Strom von 630 A erhöht sie sich auf 0,37 s.
Eigenöffnungszeit des Schützes – die Zeit vom Ausschalten des Schützmagneten bis zum Öffnen seiner Kontakte. Sie wird durch die Abklingzeit des Flusses vom stationären Wert bis zum abfallenden Fluss bestimmt. Die Zeit vom Beginn der Ankerbewegung bis zum Öffnen der Kontakte kann vernachlässigt werden. Bei Gleichstromschützen mit einem Bemessungsstrom von 100 A beträgt die Eigenausschaltzeit 0,07, bei Schützen mit einem Bemessungsstrom von 630 A — 0,23 s.
Der Nennstrom des Schützes Inom ist ein Strom, der 8 Stunden lang ohne Schalten durch die geschlossenen Hauptkontakte fließen kann, und der Temperaturanstieg verschiedener Teile des Schützes sollte den zulässigen Wert nicht überschreiten (periodischer Dauerbetrieb).
Der Nennbetriebsstrom Inom.r eines Schützes ist der zulässige Strom durch seine geschlossenen Hauptkontakte in einer bestimmten Anwendung. So ist beispielsweise der Nennbetriebsstrom Inom.r. des Schaltschützes von Asynchronmotoren mit Käfigläufer wird aus den Einschaltbedingungen ausgewählt, die dem Sechsfachen des Anlaufstroms des Motors entsprechen.
Die Nennspannung des Schützes ist die höchste Schaltkreisspannung, für die das Schütz ausgelegt ist.
Die Schaltfestigkeit der Hauptkontakte sollte für die Kategorien DS-2, DS-4 im normalen Schaltmodus mindestens 0,1 und für die Kategorien DS-3 mindestens 0,02 mechanische Festigkeit betragen.
Hilfskontakte müssen Stromkreise von Wechselstrom-Elektromagneten schalten, bei denen der Einschaltstrom um ein Vielfaches höher sein kann als der stationäre.
Ein Gleichstromschütz besteht aus folgenden Hauptkomponenten: einem Kontaktsystem, einer Lichtbogenlöscheinrichtung, einem Elektromagneten und einem Hilfskontaktsystem. Wenn Spannung an die Spule des Elektromagneten des Schützes angelegt wird, wird dessen Anker angezogen. Ein beweglicher Kontakt, der mit dem Anker des Elektromagneten verbunden ist, schaltet den Hauptstromkreis ein oder aus. Die Lichtbogenlöscheinrichtung sorgt für eine schnelle Lichtbogenlöschung und damit für einen geringen Kontaktverschleiß. Das System der Schwachstrom-Hilfskontakte dient dazu, den Betrieb des Schützes mit anderen Geräten zu koordinieren.
Kontaktsystem von Gleichstromschützen. Die Kontakte des Gerätes unterliegen aufgrund der hohen Anzahl an Schaltvorgängen pro Stunde und der rauen Arbeitsbedingungen dem stärksten elektrischen und mechanischen Verschleiß. Um den Verschleiß zu reduzieren, werden lineare Wälzkontakte eingesetzt.
Um Kontaktvibrationen zu verhindern, erzeugt die Kontaktfeder einen Vordruck, der etwa der Hälfte der endgültigen Kontaktkraft entspricht. Vibrationen werden stark von der Steifigkeit des stationären Kontakts und der Vibrationsfestigkeit des gesamten Schützes insgesamt beeinflusst. In dieser Hinsicht ist die Konstruktion der Schützserie KPV-600 sehr erfolgreich.
Das DC-Schützgerät der Serie KPV-600
Der Festkontakt 1 ist fest mit der Halterung 2 verbunden. Ein Ende der Lichtbogenlöschspule 3 ist mit derselben Halterung befestigt.Das zweite Ende der Spule ist zusammen mit dem Draht 4 fest mit einem isolierenden Sockel aus Kunststoff 5 verbunden. Letzterer ist an einer starken Stahlhalterung 6 befestigt, die den Sockel des Geräts darstellt. Der bewegliche Kontakt 7 ist in Form einer dicken Platte gefertigt.
Das untere Ende der Platte kann sich relativ zum Drehpunkt 8 drehen. Daher kann die Platte durch die Wiege des festen Kontakts 1 umgedreht werden. Die Leitung 9 ist über einen flexiblen Draht mit dem beweglichen Kontakt 7 verbunden ( Link) 10. Der Anpressdruck wird durch die Feder 12 erzeugt.
Wenn die Kontakte abgenutzt sind, wird der Cracker 1 durch einen neuen ersetzt, die bewegliche Kontaktplatte wird um 180° gedreht und ihre unbeschädigte Seite wird im Betrieb verwendet.
Um das Abschmelzen der Hauptkontakte durch den Lichtbogen bei Strömen über 50 A zu reduzieren, verfügt das Schütz über Lichtbogenkontakte – Hörner 2, 11. Unter der Wirkung des Magnetfelds der Lichtbogenlöscheinrichtung werden die Referenzpunkte des Lichtbogens schnell verschoben an die Klemme 2, die mit dem festen Kontakt 1 verbunden ist, und an das Schutzhorn des beweglichen Kontakts 11. Der Anker wird durch die Feder 13 in seine ursprüngliche Position zurückgebracht (nachdem der Magnet ausgeschaltet wurde).
Der Hauptparameter des Schützes ist der Nennstrom, der die Abmessungen des Schützes bestimmt.
Ein charakteristisches Merkmal der Schütze KPV-600 und vieler anderer Typen ist die elektrische Verbindung des beweglichen Ausgangskontakts mit dem Gehäuse des Schützes.
In der Ein-Stellung des Schützes ist der Magnetkreis erregt. Auch im ausgeschalteten Zustand kann Spannung am Magnetkreis und anderen Teilen verbleiben. Daher ist der Kontakt mit dem Magnetkreis des Schützes lebensgefährlich!!!
Die Schütze der KPV-Serie verfügen über ein NC-Kontaktdesign.Das Schließen erfolgt durch die Wirkung einer Feder, das Öffnen durch die von einem Elektromagneten entwickelte Kraft.
Der Nennstrom des Schützes wird als Strom für intermittierenden Dauerbetrieb bezeichnet. In dieser Betriebsart bleibt das Schütz maximal 8 Stunden eingeschaltet. Nach Ablauf dieser Zeit muss das Gerät mehrmals ein- und ausgeschaltet werden (um die Kontakte von Kupferoxid zu reinigen). Dann schaltet sich das Gerät wieder ein.
Wenn das Schütz in einem Schaltschrank untergebracht ist, verringert sich der Nennstrom aufgrund der Verschlechterung der Kühlbedingungen um etwa 10 %. V
Dauerbetrieb: Wenn die Dauer des Dauerschaltens mehr als 8 Stunden beträgt, verringert sich der zulässige Strom des Schützes um etwa 20 %. In diesem Modus erhöht sich durch die Oxidation der Kupferkontakte der Kontaktwiderstand, was zu einem Temperaturanstieg über den zulässigen Wert führen kann.
Verfügt das Schütz über eine geringe Anzahl von Schaltern oder ist es meist für Dauerschaltung vorgesehen, wird auf der Arbeitsfläche der Kontakte eine Silberplatte aufgelötet. Durch den Silberbelag bleibt der zulässige Strom des Schützes auch im Dauerbetrieb gleich dem Nennstrom.
Wenn das Schütz zusammen mit dem kontinuierlichen Schaltmodus im intermittierenden Schaltmodus verwendet wird, wird die Verwendung von Silberauskleidungen unpraktisch, da aufgrund der geringen mechanischen Festigkeit von Silber die Kontakte schnell verschleißen.
Gemäß den Empfehlungen der Anlage wird der zulässige Abschaltstrom für das Schütz KPV-600 nach folgender Formel bestimmt:
, wobei n die Anzahl der Starts pro Stunde ist.
Es ist zu beachten, dass bei längerem Brennen des Lichtbogens mit periodischem Abschalten (Abschalten einer großen induktiven Last) die Temperatur der Kontakte aufgrund der Erwärmung der Kontakte durch den Lichtbogen stark ansteigen kann. In diesem Fall kann die Erwärmung der Kontakte im Dauerbetrieb geringer ausfallen als im Aussetzbetrieb. Das Kontaktsystem ist in der Regel einpolig.
Es wird verwendet, um Asynchronmotoren mit einer hohen Startfrequenz pro Stunde (bis zu 1200) umzukehren. Doppelkontaktsystem... Bei diesen Permanentmagnetschützen vom Typ KTPV-500 sind die beweglichen Kontakte vom Gehäuse isoliert, was die Wartung sicherer macht das Gerät.
Die Abbildung zeigt die Schaltung zum Schalten von Schützen für Wende-Asynchronmotoren. Gegenüber einer Schaltung mit einpoligen Schützen hat dieses Schema einen großen Vorteil. Bei Störungen und Ausfall eines Schützes liegt die Spannung nur an einer Klemme des Motors an. Bei einpoligen Schützen führt der Ausfall eines Schützes zu einer stark beanspruchten zweiphasigen Motorversorgung.
Anschlussplan der Hauptkontakte des Schützes KTPV-500 zum Reversieren eines Asynchronmotors.
Schütze mit zweipoligem Kontaktsystem eignen sich sehr gut für Kurzschlusswiderstände im Rotorkreis eines Induktionsmotors.
Bei Schützen vom Typ KMV-521 wird ebenfalls ein zweipoliges System verwendet. Diese Schütze dienen zum Ein- und Ausschalten leistungsstarker Elektromagnete von Gleichstromantrieben für Ölleistungsschalter... Das Vorhandensein eines zweipoligen Kontaktsystems in den beiden Drähten des Gleichstromnetzes gewährleistet ein zuverlässiges Abschalten der induktiven Last.