Грозозащита подстанции. 
Проектирование тяговой подстанции постоянного тока

Выключатель ВАБ-49

Быстродействующие выключатели необходимы для защиты мощных генераторов и двигателей постоянного тока, для обеспечения защиты вращающихся электрических машин от перегрузок и коротких замыканий при круговом огне на коллекторе или повреждении изоляции.

В тяговых сетях постоянного тока напряжением 3 кВ при возникновении КЗ токи могут достигать 30 — 40 кА. Такие токи представляют большую опасность для сетей и оборудования термическими и динамическими воздействиями. В отличии от цепей переменного тока, где ток периодически снижается до нуля и дуга в отключающем аппарате в этот момент гаснет, в цепях постоянного тока происходит его нарастание до установившегося значения за сотые доли секунды. Отключение такого тока связано с большими трудностями.

Автоматические быстродействующие выключатели подразделяются на следующие виды:

• 1. Быстродействующие автоматические выключатели обратного тока (катодные выключатели), применяемые для селективного отключения выпрямителя от шин при повреждение вентиля (например, при обратном зажигании), или для селективного отключения коллекторной машины при возникновении на ее коллекторе кругового огня.
• 2. Линейные быстродействующие автоматические выключатели, применяемые для отключения линий постоянного тока при перегрузках и коротких замыканиях.
• 3. Анодные быстродействующие автоматические выключатели для защиты анодных цепей выпрямителей. По принципу работы отключающего механизма быстродействующие выключатели делятся на две группы: с пружинным отключением, отключение которых достигается за счет усилий, развиваемых мощными отключающими пружинами; с магнитно-пружинным отключением, отключение которых осуществляют как силы отключающих пружин, так и электромагнитные силы.

По принципу работы отключающего механизма быстродействующие выключатели делятся на две группы: с пружинным отключением, отключение которых достигается за счет усилий, развиваемых мощными отключающими пружинами; с магнитно-пружинным отключением, отключение которых осуществляют как силы отключающих пружин, так и электромагнитные силы. По способности реагировать на направление тока в цепи быстродействующие выключатели бывают: поляризованные, автоматическое отключение которых происходит при определенном направлении тока через выключатель; неполяризованные, автоматическое отключение которых обуславливается только величиной тока и не зависит от его направления. Выключатель ВАБ-49 разработан на основе выключателей ВАБ-28 и ВАБ-43, хотя имеет значительные конструктивные отличия. Выпускаются четыре модификации выключателя: ВАБ-49- 3200/30-Л-УХЛ4 на 3200 А и ВАБ-49−5000/30-Л-УХЛ4 на 5000А применяются только по два, соединенные последовательно; ВАБ- 49/1−3200/30-Л-УХЛ4 и ВАБ-49−4000/30-К-УХЛ4 на 4000 А применяются в одиночном исполнении. Буква Л обозначает, что выключатель устанавливается на линиях постоянного тока для защиты их от токов КЗ и недопустимых перегрузок. Буква К обозначает, что выключатель устанавливается в качестве катодного на преобразователях переменного тока в постоянный для защиты от обратных токов. Все выключатели выпускаются на номинальное напряжение 3300 В, а наибольшее рабочее — 4100 В, предназначены для работы в районах с умеренным и холодным климатом, в закрытых отапливаемых помещениях. На рис. 1 изображен полюс выключателя ВАБ-49 во включенном положении, который состоит из контактного блока и привода, изолированных друг от друга изоляторами 2, установленными на скобе 1, изолятора 24 и изолирующей тягой 25. Корпус привода заземляется.

Рисунок 8.1 — Выключатель ВАБ-49.

Привод включает в себя электромагнит, состоящий из магнитопровода 44, катушки 43, расположенной на среднем стержне магнитопровода, к которому крепятся главный якорь 45 и якорь механизма свободного расцепления 36, вращающиеся на одной оси 42, промежуточного трехплечного рычага 41, установленного на главном якоре 45 и соединенного с ним осью 34, контактной пружины 27, отключающих пружин 47 и упора 46 главного якоря. Электромагнит закреплен в корпусе 32 шпильками 40. С двух сторон корпуса установлены блокировочные контакты 28. Механический указатель положения выключателя 35 расположен с торца привода.

Контактный блок выключателя состоит из катушки магнитного дутья 11 с неподвижным контактом 10, магнитопровода магнитного дутья 12, дугогасительного рога 15 неподвижного контакта, подшипника 13 для установки дугогасительной камеры, объединенных в единый узел и установленных на панели 9. Узел неподвижного контакта изолирован от узла подвижного контакта изолятором 7, установленном на скобе 22 и контактной шине 5. Контактный блок включает в себя главный подвижный контакт 8 закрепленный через ось 4 на скобе 22 и соединенный с шиной 5 гибкими связями 6. Дугогасительный рог 18 подвижного контакта закреплен на скобах 19 и 22. На главном подвижном контакте установлен дугогасительный контакт 16 с пружиной дожатая 27, закрепленный болтом 17. Нажатие пружины 21 регулируется гайкой 23. Подвижный контакт связан тягой 25, к которой крепится осью 48, с промежуточным рычагом 41 регулировочной втулкой 31 с осью 30. Соединение контактного блока с дугогасительной камерой осуществляется гибкими связями 14 и 20.

Привод выключателя защищен от возможного переброса дуги изоляционными экранами 26 и 29. Для регулирования зазора между рогом 15 и контактом 16 в предвключенном состоянии используется винт 38, который закрепляется контрогайкой 39 на якоре 36 механизма свободного расцепления и связывается с серьгой 33 осью 37.

Окно 49 в дополнительном магнитопроводе катодного выключателя служит для пропуска шины размагничивающего витка, необходимого для автоматического отключения выключателя.

Дугогасительная камера (рис. 2) М-образной формы состоит из асбоцементных наружных щитов 13 и 14 и внутренних перегородок 16, отделенных от наружных щитов брусками 15. Между внутренними перегородками установлены рога 1 и 11. С двух торцов камеры между щитами 13 и 14 установлены дугогасительные блоки 7 и пламягасительные жалюзи 8. Сверху и снизу камера закрыта крышками 3 и 9. Дугогасительные блоки 7, размещенные с обеих сторон камеры, состоят из набора стальных медненых пластин 20, разделенных изоляционными пластинами 18 и 19 и собранных на изоляционных стержнях 10. Пламягасительные жалюзи состоят из тонких стальных пластин 17, разделенных изоляционными шайбами и собранных на изоляционных стержнях. С помощью пластин 2, расположенных с двух сторон камеры, она устанавливается на контактный блок, где имеется специальный подшипник для поворота камеры при осмотре и ремонте.

Рисунок 8.2 — Дугогасительная камера На рис. 1 ВАБ-49 показан во включенном положении. В отключенном положении выключатель находится на рис. 3, а. Главный якорь 2 под действием пружин оттянут от левого стержня 1 магнитопровода, тяга удерживает подвижный контакт 5 в отключенном состоянии. Упор 4 ограничивает поворот подвижного контакта, который нормально не должен касаться упора. Гибкая связь 3 соединяет подвижный контакт с шиной контактного вывода (на рис. 3, а связь показана частично). Для включения выключателя необходимо нажать кнопку включения (рис. 4). Контакт кнопки SBC замыкает цепь 3−6. Контактор КМ получает питание и замыкает свои контакты КМ} и ATM, в цепи 1−2 катушки выключателя У А, ток возрастает до 40 А. Главный якорь 2 (рис. 3, б) притягивается к левому стержню сердечника, преодолевая усилия пружин. Якорь 9 механизма свободного расцепления притягивается к правому сердечнику магнитопровода, удерживая подвижный контакт 5 и дугогасительный 6 в предвключенном состоянии через тягу 7. Якорь 9 ограничивает перемещение тяги 7 рычагом 8, с которым он связан серьгой. В результате притяжения главного якоря переключаются блок-контакты (рис. 81). Контакт QFt замыкает цепь 5−6, блокировочное реле КВ получает питание и своим контактом KB1 размыкает цепь 3−6 контактора КМ. Контактор размыкает контакты КМх и КМ2 в цепи 1−2. Ток в катушке YA (цепь 1−4) уменьшается резистором R2 до 0,6 А. Это приводит к резкому снижению магнитного потока в магнитопроводе, якорь 9 (рис. 3, б) отрывается от правого стержня под действием сжатой пружины, поворачивающей трехплечный рычаг вокруг оси против часовой стрелки. Тяга 7 при этом перемещается, выключатель переходит во включенное состояние, контакты замыкаются.

Рисунок 8.3 — Привод выключателя: а — в отключенном состоянии; б — в предвключенном состоянии.

Рисунок 8.4 — Принципиальная схема управления выключателем ВАБ-49.

Реле блокировки КВ (рис. 4) замыкает свой контакт КВ2 в цепи 5−6, становится на самоподпитку и удерживает цепь 3−6 разомкнутой. Блокировочное реле КВ служит для предотвращения многократных включений и отключений выключателя в том случае, когда аварийный ток возникает в защищаемой цепи в момент включения выключателя при нажатой кнопке SBC. Для повторного оперативного включения выключателя необходимо отпустить кнопку SBC и вновь нажать ее. После включения выключателя его блок-контакт QF2 разомкнет цепь 7−8 зеленой лампы HLG, а контакт QF3 замкнет цепь 9−10 красной лампы HLG, сигнализирующей о включенном положении выключателя.

Отключение выключателя происходит при размыкании цепи 1−4 катушки YA выключателя кнопкой SB Г оперативного отключения или контактом дифференциального шунтового реле KAD при КЗ или перегрузке в защищаемой цепи. Реле KAD показано на рис. При размыкании цепи 1−4 катушка выключателя теряет питание. Параллельно контактам SBT и KAD включены конденсаторы С, и С2, которые вместе с катушкой создают колебательный контур, и возникает колебательный процесс спадания тока. За счет его отрицательной полуволны уничтожается намагниченность магнитопровода, что обеспечивает быстродействие выключателя при отключении, блок-контакты переключаются: QF2 замыкает цепь 7−8 зеленой лампы HLG, сигнализирующей об отключенном положении выключателя QF3 размыкает цепь 9−10 красной лампы HLG.