DC-Leistungsschalter
DC-Leistungsschalter werden verwendet, um einen Stromkreis unter Last zu trennen. In Umspannwerken dienen Schalter zum Trennen von 600-V-Stromleitungen bei Überlast- und Kurzschlussströmen sowie zum Abschalten des Rückstroms von Gleichrichtern bei Rückzündung oder Ventilausfall (d. h. interne Kurzschlüsse im Parallelblockbetrieb).
Die Lichtbogenlöschung durch automatische Schalter erfolgt in der Luft an Lichtbogenhörnern. Die Lichtbogenverlängerung kann mittels Magnetstrahl oder in schmalen Schlitzkammern erfolgen.
In allen Fällen der Unterbrechung des Stromkreises und der Bildung eines Lichtbogens kommt es zu einer natürlichen Aufwärtsbewegung des Lichtbogens zusammen mit der Bewegung der von ihm erhitzten Luft, d.h.
An Traktionsunterwerke Wird hauptsächlich bei Hochgeschwindigkeits-Leistungsschaltern angewendet.
Reis. 1. Oszillogramme von Strom und Spannung bei ausgeschaltetem Kurzschlussstrom: a-schneller Schalter, b-schneller Schalter
Die Gesamtzeit T der Unterbrechung des Kurzschluss- oder Überlaststroms durch den Leistungsschalter besteht aus drei Hauptteilen (Abb. 1):
T = tO + t1 + t2
wobei t0 die Anstiegszeit des Stroms im abzuschaltenden Stromkreis auf den Wert des Einstellstroms ist, d. h. auf den Wert, bei dem die Trennvorrichtung des Leistungsschalters betätigt wird; t1 ist die Öffnungszeit des eigenen Leistungsschalters, d.h. die Zeit vom Erreichen des Einstellstroms bis zum Beginn der Divergenz der Unterbrecherkontakte; t2 – Brenndauer des Lichtbogens.
Die Anstiegszeit des Stroms im Stromkreis t0 hängt von den Parametern des Stromkreises und der Einstellung des Schalters ab.
Die interne Auslösezeit t1 hängt vom Schaltertyp ab: Bei Nicht-Schnellschaltern liegt die interne Auslösezeit im Bereich von 0,1–0,2 s, bei Hochgeschwindigkeitsschaltern bei 0,0015–0,005 s.
Die Lichtbogenzeit t2 hängt von der Größe des zu unterbrechenden Stroms und von den Eigenschaften der Leistungsschalter ab.
Die Gesamtauslösezeit des Hochgeschwindigkeitsschalters beträgt 0,15–0,3 s, für den Hochgeschwindigkeitsschalter 0,01–0,03 s.
Aufgrund der kurzen Eigenauslösezeit begrenzt der schnelle Leistungsschalter den Maximalwert des Kurzschlussstroms im geschützten Stromkreis.
In Umspannwerken werden Hochgeschwindigkeits-Gleichstrom-Leistungsschalter eingesetzt: VAB-2, AB-2/4, VAT-43, VAB-20, VAB-20M, VAB-28, VAB-36 und andere.
Der Schalter VAB-2 ist polarisiert, d. h. er reagiert auf Strom nur in einer Richtung – vorwärts oder rückwärts, je nach Einstellung des Schalters.
In Abb. 2 zeigt den elektromagnetischen Mechanismus des Gleichstrom-Leistungsschalters.
Reis. 2.Elektromagnetischer Mechanismus des Leistungsschalters VAB -2: a – Ausschalten des Leistungsschalters, b – Grenzen des Grenzverschleißes der Kontakte des Leistungsschalters VAB -2, (A – die Mindestdicke des festen Kontakts beträgt 6 mm, B — die Mindestdicke des beweglichen Kontakts beträgt 16 mm); 1 – Haltespule, 2 – Magnetkreis, 3 – Schaltspule, 4 – Magnetanker, 5 – obere Stahlschiene, 6 – Anker, 7 – Hauptspule, 8 – Kalibrierspule, 9 – U-förmiger Magnetkreis, 10 – Strom-Strom-Ausgang, 11 – Einstellschraube, 12 – Manövrierplatte, 13 – flexible Verbindung, 14 – Anschlag, 15 – Ankerhebel, 16 – Achse des Ankerhebels, 17 – fester Kontakt, 18 – beweglicher Kontakt, 19 – Kontakthebel, 20 – axialer Kontakthebel, 21 – Achse mit Rolle, 22 – Verriegelungshebel, 23 – Schließfedern, 24 – Zugstange, 25 – Einstellschrauben, 26 – Klemme, 27 – Haltespulenkern
Der Ankerhebel 15 (Abb. 2, a) dreht sich um die Achse 16, die durch die obere Stahlstange 5 verläuft. Im unteren Teil des Hebels 15, bestehend aus zwei Siliminwangen, ist ein Stahlanker 6 festgezogen, im oberen Teil ist ein Abstandshalter, eine Hülse mit einer Achse 20, um die sich der Kontakthebel 19 dreht, bestehend aus einem Satz Duraluminiumplatten.
Im oberen Teil des Kontakthebels ist ein beweglicher Kontakt 18 und unten ein Kupferschuh mit flexiblem Anschluss 13 befestigt, mit dessen Hilfe der bewegliche Kontakt mit der Hauptstromspule 7 und über diese mit der Klemme verbunden wird 10. Am unteren Teil des Kontakthebels sind beidseitig Anschläge 14 angebracht, und auf der rechten Seite befindet sich eine Stahlachse mit einer Rolle 21, an der einseitig zwei Schließfedern 23 befestigt sind.
In der Ausschaltstellung wird das Hebelsystem (Ankerhebel und Kontakthebel) durch die Anschlagfedern 23 um die Achse 16 gedreht, bis der Anker 6 im linken Stab des U-förmigen Magnetkreises stoppt.
Die Schließspulen 3 und die Haltespulen 1 des Leistungsschalters werden durch ihren eigenen Gleichstrombedarf gespeist.
Um den Schalter einzuschalten, müssen Sie zuerst den Stromkreis der Haltespule 1 und dann den Stromkreis der Schließspule 3 schließen. Die Stromrichtung in beiden Spulen sollte so sein, dass sich die von ihnen erzeugten Magnetflüsse zum rechten Kern addieren des Magnetkreises 9, der als Kern der Schließspule dient; dann wird der Anker 6 vom Kern der Einschaltspule angezogen, d. h. er befindet sich in der „Ein“-Position. In diesem Fall dreht sich die Achse 20 zusammen mit dem Kontakthebel 19 nach links, die Entkopplungsfedern 23 werden gedehnt und neigen dazu, den Kontakthebel 19 um die Achse 20 zu drehen.
Bei ausgeschaltetem Schalter ruht der Anker 4 auf der Endseite der Einschaltspule und bleibt bei eingeschaltetem Schalter durch den gemeinsamen Magnetfluss der Einschalt- und Haltespule zum Kernende angezogen. Der Magnetanker 4 ist über eine Stange 24 mit dem Verriegelungshebel 22 verbunden, der verhindert, dass sich der Kontakthebel bis zum Begrenzer des beweglichen Kontakts im festen Zustand dreht. Daher verbleibt zwischen den Hauptkontakten ein Spalt, der durch Ändern der Länge der Stange 24 eingestellt werden kann und 1,5–4 mm betragen sollte.
Wenn die Spannung von der Schließspule entfernt wird, verringern sich die elektromagnetischen Kräfte, die den Anker 4 in der angezogenen Position halten, und die Federn 23 reißen mit Hilfe des Verriegelungshebels 22 und der Stange 24 den Anker vom Ende des Kerns ab der Einschaltspule und drehen Sie den Kontakthebel, bis die Hauptkontakte schließen. Daher schließen die Hauptkontakte erst, nachdem die Schließspule geöffnet ist.
Auf diese Weise wird das Prinzip der freien Auslösung für VAB-2-Leistungsschalter realisiert. Der Spalt zwischen dem Magnetanker 4 (auch Freiauslöseanker genannt) und der Endseite des Schließkerns der Spule sollte in der Ein-Position des Schalters innerhalb von 1,5–4 mm liegen.
Der Steuerkreis sorgt für die Versorgung der Einschaltspule mit einem kurzzeitigen Stromimpuls, dessen Dauer nur ausreicht, um den Anker in die „Ein“-Position zu bewegen. Der Stromkreis der Schließspule wird dann automatisch geöffnet.
Die Verfügbarkeit von Freifahrten kann wie folgt überprüft werden. Ein Blatt Papier wird zwischen die Hauptkontakte gelegt und der Schützkontakt geschlossen. Der Leistungsschalter ist eingeschaltet, aber während der Schützkontakt geschlossen ist, sollten die Hauptkontakte nicht geschlossen sein und das Papier kann frei aus dem Spalt zwischen den Kontakten entfernt werden. Sobald der Kontakt des Schützes öffnet, löst sich der Magnetanker vom Kernende der Einschaltspule und die Hauptkontakte schließen. In diesem Fall wird das Stück Papier zwischen die Kontakte gedrückt und lässt sich nicht mehr entfernen.
Beim Einschalten des Schalters ist ein charakteristischer Doppelknall zu hören: Der erste entsteht durch die Kollision des Ankers und des Kerns der Einschaltspule, der zweite durch die Kollision der geschlossenen Hauptkontakte.
Die Polarisierung des Schalters besteht darin, die Stromrichtung in der Haltespule abhängig von der Stromrichtung in der Hauptstromspule zu wählen.
Damit der Schalter den Stromkreis ausschaltet, wenn sich die Richtung des Stroms in ihm ändert, wird die Richtung des Stroms in der Haltespule so gewählt, dass die von der Haltespule und der Hauptstromspule erzeugten magnetischen Flüsse in ihrer Richtung übereinstimmen der Kern der Schließspule. Wenn der Strom also in Vorwärtsrichtung fließt, trägt der Hauptstromkreis dazu bei, den Leistungsschalter in der geschlossenen Position zu halten.
Wenn im Notbetrieb die Richtung des Hauptstroms umgekehrt wird, ändert sich die Richtung des magnetischen Flusses, der von der Hauptstromspule im Kern der Einschaltspule erzeugt wird, d. h. Der magnetische Fluss der Primärstromspule wird gegen den magnetischen Fluss der Haltespule gerichtet und bei einem bestimmten Wert des Primärstroms wird der Kern der Einschaltspule entmagnetisiert und die Öffnungsfedern öffnen den Leistungsschalter. Die Ansprechgeschwindigkeit wird maßgeblich dadurch bestimmt, dass im Kern der Schaltspule der magnetische Fluss abnimmt, im Kern der Hauptstromspule jedoch der magnetische Fluss zunimmt.
Damit der Schalter den Stromkreis abschaltet, wenn der Strom über den eingestellten Vorwärtsstrom ansteigt, wird die Richtung des Stroms in der Haltespule so gewählt, dass der magnetische Fluss der Haltespule im Kern der Schließspule entgegengerichtet ist der magnetische Fluss der Hauptstromspule, wenn der Vorwärtsstrom durch sie fließt.In diesem Fall nimmt mit zunehmendem Basisstrom die Entmagnetisierung des Schließspulenkerns zu, und bei einem bestimmten Wert des Basisstroms, der gleich oder höher als der Einstellstrom ist, öffnet der Leistungsschalter.
Der Abstimmstrom wird in beiden Fällen durch Ändern des Stromwerts der Haltespule und durch Ändern des Spalts δ1 angepasst.
Die Größe des Haltespulenstroms wird durch Variieren der Größe des zusätzlichen Widerstands, der in Reihe mit der Spule geschaltet ist, eingestellt.
Durch Ändern des Spalts δ1 ändert sich der magnetische Flusswiderstand der Primärstromspule. Wenn der Spalt δ1 kleiner wird, nimmt der magnetische Widerstand ab und daher nimmt die Größe des Abschaltstroms ab. Mit der Stellschraube 11 wird der Spalt δ1 verändert.
Der Abstand δ2 zwischen den Anschlägen 14 und den Wangen des Ankerhebels 15 in der Ein-Stellung des Schalters charakterisiert die Qualität des Schließens der Hauptkontakte und sollte innerhalb von 2-5 mm liegen. Die Anlage produziert Schlüssel mit einem Spalt δ2 von 4-5 mm. Die Größe des Spaltes δ2 bestimmt den Drehwinkel des Kontakthebels 19 um die Achse 20.
Das Fehlen eines Spalts δ2 (Anschläge 14 stehen in Kontakt mit den Wangen des Ankerhebels 15) weist auf einen schlechten oder fehlenden Kontakt zwischen den Hauptkontakten hin. Ein Abstand δ2 von weniger als 2 oder mehr als 5 mm weist darauf hin, dass sich die Hauptkontakte nur am unteren oder oberen Rand berühren. Aufgrund des hohen Verschleißes der Kontakte, die dann ausgetauscht werden, kann die Differenz δ2 gering sein.
Wenn die Abmessungen der Kontakte ausreichend sind, wird der Abstand δ2 durch Verschieben des gesamten Schaltmechanismus entlang des Leistungsschalterrahmens eingestellt.Um den Mechanismus zu bewegen, werden zwei Bolzen gelöst, die den Mechanismus am Rahmen fixieren.
Der Abstand zwischen den Hauptkontakten in der geöffneten Position sollte 18–22 mm betragen. Das Drücken der Hauptkontakte sollte bei Schaltern mit einem Nennstrom bis einschließlich 2000 A im Bereich von 20 bis 26 kg und bei Schaltern mit einem Nennstrom von 3000 A im Bereich von 26 bis 30 kg liegen.
In Abb. In Abb. 2, b zeigt das bewegliche System des Schalters mit der Angabe der Verschleißgrenze der Kontakte. Der bewegliche Kontakt gilt als verschlissen, wenn das Maß B weniger als 16 mm beträgt, und der feste Kontakt, wenn das Maß A weniger als 6 mm beträgt.
In Abb. In Abb. 3 zeigt ein detailliertes Steuerungsschema des Leistungsschalters VAB-2. Das Schema stellt die Versorgung der Einschaltspule mit einem kurzfristigen Impuls sicher und ermöglicht kein wiederholtes Einschalten, wenn der Netzschalter längere Zeit gedrückt wird, d.h. verhindert „Klingeln“. Die Haltespule wird kontinuierlich mit Strom beaufschlagt.
Um den Schalter einzuschalten, drücken Sie die Taste „Ein“, wodurch der Stromkreis der Spulen des Schützes K und des Sperrschützes RB geschlossen wird. In diesem Fall wird nur das Schütz aktiviert, das den Stromkreis der Einschaltspule VK schließt.
Sobald der Anker die Position „Ein“ einnimmt, schließen sich die Schließhilfskontakte des BA-Leistungsschalters und die Öffnungskontakte öffnen. Einer der Hilfskontakte überbrückt die Spule des Schützes K, wodurch der Stromkreis der Einschaltspule unterbrochen wird. In diesem Fall liegt die gesamte Netzspannung an der Spule des RB-Sperrrelais, das nach Betätigung wieder mit seinen Kontakten die Schützspule manipuliert.
Um den Schalter wieder zu schließen, öffnen Sie den Netzschalter und schließen Sie ihn wieder.
Der parallel zur DC-Haltespule geschaltete Entladewiderstand CP dient zur Reduzierung der Leerlaufüberspannung der Spule. Der einstellbare LED-Widerstand bietet die Möglichkeit, den Haltespulenstrom zu variieren.
Der Nennstrom der Haltespule bei 110 V beträgt 0,5 A und der Nennstrom der Einschaltspule bei gleicher Spannung und Parallelschaltung der beiden Abschnitte beträgt 80 A.
Reis. 3. Schaltplan für Leistungsschaltersteuerung VAB-2: Aus. — Aus-Taster, DC — Haltespule, LED — Zusatzwiderstand, CP — Entladewiderstand, BA — Schalthilfskontakte, LK, LZ — rote und grüne Signallampen, Inkl. – Einschaltknopf, K – Schütz und sein Kontakt, RB – Sperrrelais und sein Kontakt, VK – Einschaltspule, AP – automatischer Schalter
Spannungsschwankungen der Arbeitsstromkreise sind von - 20 % bis + 10 % der Nennspannung zulässig.
Die Gesamtzeit zum Trennen des Stromkreises vom Leistungsschalter VAB-2 beträgt 0,02–0,04 Sekunden.
Die Löschung des Lichtbogens, wenn der Leistungsschalter unter Last den Stromkreis unterbricht, erfolgt im Lichtbogenkanal durch einen Magnetstoß.
Die magnetische Aufblasspule ist normalerweise in Reihe mit dem Hauptfestkontakt des Schalters geschaltet und stellt eine Windung der Hauptsammelschiene dar, in der sich ein Kern aus Stahlband befindet. Um das Magnetfeld in der Lichtbogenzone der Kontakte zu konzentrieren, weist der Kern der magnetischen Explosionsspule in den Schaltern Polteile auf.
Die Lichtbogenlöschkammer (Abb. 4) ist ein flacher Kasten aus Asbestzement, in dem zwei Längstrennwände 4 angebracht sind. In der Kammer ist ein Horn 1 installiert, in dem die Drehachse der Kammer verläuft.Dieses Horn ist elektrisch mit dem beweglichen Kontakt verbunden. Ein weiteres Horn 7 ist an einem ortsfesten Kontakt befestigt. Um einen schnellen Übergang des Lichtbogens vom beweglichen Kontakt zum Horn 1 zu gewährleisten, sollte der Abstand des Horns vom Kontakt nicht mehr als 2-3 mm betragen.
Der Lichtbogen, der beim Ausschalten zwischen den Kontakten 2 und 6 unter Einwirkung eines starken Magnetfeldes der magnetischen Aufblasspule 5 entsteht, wird schnell über die Hörner 1 und 7 geblasen, verlängert, durch den Gegenstrom der Luft gekühlt und die Wände der Kammer in schmalen Schlitzen zwischen den Trennwänden und werden schnell gelöscht. Es wird empfohlen, im Bereich der Lichtbogenlöschung Keramikfliesen in den Kammerwänden anzubringen.
Lichtbogenlöschkammern für Leistungsschalter für Spannungen von 1500 V und mehr (Abb. 5) unterscheiden sich von Kammern für Spannungen von 600 V durch große Abmessungen und das Vorhandensein von Löchern in den Außenwänden für den Austritt von Gasen und einer zusätzlichen Vorrichtung zur magnetischen Detonation .
Reis. 4. Lichtbogenlöschkammer des Leistungsschalters VAB -2 für eine Spannung von 600 V: 1 und 7 – Hörner, 2 – beweglicher Kontakt, 3 – Außenwände, 4 – Längstrennwände, 5 – magnetische Explosionsspule, 6 – fester Kontakt
Reis. 5. Kammer zur Lichtbogenlöschung des Leistungsschalters VAB-2 für eine Spannung von 1500 V: a – Kamerakammer, b – Lichtbogenlöschkreis mit zusätzlichem Magnetstoß; 1 – beweglicher Kontakt, 2 – fester Kontakt, 3 – magnetische Sprengspule, 4 UND 8 – Hörner, 5 und 6 – Hilfshörner, 7 – magnetische Hilfszündspule, I, II, III, IV – Lichtbogenposition beim Löschen
Die Vorrichtung zum zusätzlichen magnetischen Blasen besteht aus zwei Hilfshörnern 5 und 6, zwischen denen die Spule 7 angeschlossen ist. Wenn sich der Lichtbogen ausdehnt, beginnt er sich durch die Hilfshörner und die Spule zu schließen, die aufgrund des durch sie fließenden Stroms entstehen , erzeugt einen zusätzlichen magnetischen Schock. Alle Kameras haben außen Metallkacheln.
Für eine schnelle und stabile Lichtbogenlöschung sollte der Abstand zwischen den Kontakten mindestens 4-5 mm betragen.
Das Gehäuse des Schalters besteht aus einem nichtmagnetischen Material – Silymin – und ist mit einem beweglichen Kontakt verbunden, sodass er während des Betriebs unter voller Arbeitsspannung steht.
BAT-42 Automatischer Hochgeschwindigkeits-Gleichstromschalter
Betrieb von Gleichstrom-Leistungsschaltern
Während des Betriebs ist es notwendig, den Zustand der Hauptkontakte zu überwachen. Der Spannungsabfall zwischen ihnen sollte bei Nennlast innerhalb von 30 mV liegen.
Mit einer Drahtbürste (Bürsten) wird das Oxid von den Kontakten entfernt. Wenn ein Durchhängen auftritt, werden sie mit einer Feile entfernt. Die Kontakte sollten jedoch nicht vorgeschoben werden, um ihre ursprüngliche flache Form wiederherzustellen, da dies zu einem schnellen Verschleiß führt.
Es ist notwendig, die Wände der Lichtbogenlöschkammer regelmäßig von Kupfer- und Kohleablagerungen zu reinigen.
Bei der Revision eines Gleichstromschalters wird die Isolierung der Halte- und Einschaltspule gegenüber dem Gehäuse sowie der Isolationswiderstand der Wände der Löschkammer überprüft. Die Isolierung der Lichtbogenkammer wird überprüft, indem bei geschlossener Kammer eine Spannung zwischen den beweglichen und festen Hauptkontakten angelegt wird.
Vor der Inbetriebnahme des Schalters nach Reparatur oder Langzeitlagerung muss die Kammer 10-12 Stunden bei einer Temperatur von 100-110 °C getrocknet werden.
Nach dem Trocknen wird die Kammer auf den Schalter montiert und der Isolationswiderstand zwischen den beiden Punkten der Kammer gegenüber den beweglichen und festen Kontakten gemessen, wenn diese geöffnet sind. Dieser Widerstand muss mindestens 20 Ohm betragen.
Die Einstellungen des Leistungsschalters werden in einem Labor mit Strom kalibriert, der von einem Niederspannungsgenerator mit einer Nennspannung von 6–12 V stammt.
Im Umspannwerk werden Leistungsschalter mit Laststrom oder mit einem Lastwiderstand bei einer Nennspannung von 600 V kalibriert. Zur Kalibrierung von Gleichstromschaltern kann eine Methode mit einer Kalibrierspule aus 300 Windungen PEL-Draht mit einem Durchmesser von 0,6 mm empfohlen werden. auf dem Kern der Hauptstromspule montiert. Indem ein Gleichstrom durch die Spule geleitet wird, wird der Wert der Stromeinstellung entsprechend der Anzahl der Amperewindungen zum Zeitpunkt des Ausschaltens des Schalters eingestellt. Die früher hergestellten Schalter der ersten Version unterscheiden sich von den Schaltern der zweiten Version durch das Vorhandensein eines Ölventils.