Привод выключателя схема управления

Управление высоковольтными выключателями

Операции по включению, отключению и повторному включению осуществляются дистанционно оператором или соответствующим автоматическим устройством с помощью приводных устройств или приводов, которые у всех выключателей, кроме воздушных, состоят из следующих частей: отключающих пружин, напряженных в положении «включено»; устройства, запирающего подвижную часть выключателя в положении «включено»; устройства, освобождающего подвижную часть выключателя при отключении; двигателя, выполняющего работу включения, в качестве которого используют электромагнит, пневматическое поршневое устройство, напряженные пружины; передаточного механизма, связывающего двигатель с подвижными контактами.

Приводы воздушных выключателей отличаются отсутствием отключающих пружин, устройством передаточного механизма и двигателя и др.

Источником энергии, необходимой для управления выключателем, является электрическая система. Однако энергия из системы не поступает непосредственно в привод, а предварительно преобразуется и аккумулируется в том или ином виде, например в аккумуляторных батареях для электромагнитных приводов, в ресиверах сжатого воздуха для пневматических приводов, в напряженных пружинах в пружинных привода. Аккумуляторы энергии любого вида обеспечивают работу привода в аварийных условиях при отсутствии энергии в рассматриваемой части системы.

Приводы должны отвечать следующим требованиям:

• они должны быть исключительно надежными в эксплуатации;
• привод может находиться в бездействии в течение недель и месяцев и при подаче команды на отключение должен сработать также хорошо, как после только что проведенного ремонта и испытания;
• операции включения, отключения, многократного повторного включения должны протекать в течение минимального времени;
• должна быть обеспечена возможность включения выключателя при временном нарушении работы станции, подстанции и отсутствии энергии в рассматриваемой части системы.

Передаточный механизм

Передача движения от двигателя к контактной системе осуществляется с помощью передаточного механизма выключателя, состоящего из ряда плоских шарнирных четырехзвенников, валов, рычагов, тяг и других элементов. В качестве примера на рис.1 приведена схема передаточного механизма бакового масляного выключателя.

Рис.1. Схема передаточного механизма бакового масляною выключателя

Процесс включения протекает следующим образом. Шток подвижного органа двигателя (на схеме не показан), являющегося частью привода 1, давят на ролик 4 снизу вверх и поворачивает рычаг 3-4 по часовой стрелке приблизительно на угол 90°. С помощью четырехзвенников 3,4,5,6 и 6,7,8,9 движение передается к валу 9 и далее с помощью четырехзвенника 9,10,11,12 — к валу 12 полюса А. С помощью аналогичных четырехзвенников движение передается к валам полюсов В и С, связанным между собой общей тягой 19. Дальнейшая передача движения к контактным траверсам 18 осуществляется с помощью выпрямляющих устройств полюсов. Каждое такое устройство имеет неподвижные шарниры 12 и 16, рычаги 12-14, 15-16 и коромысло 13-14-15. При вращении рычагов 12-14 и 15-16 шарнир 13 перемещается вверх по траектории, близкой к вертикальной прямой, и поднимает изолирующую штангу 17 с контактной траверсой. Когда двигатель доведет механизм до положения «включено», подача энергии к двигателю автоматически прерывается и механизм запирается. Реакцию отключающих пружин 20, а также пружин контактной системы 21 и 22 воспринимает упор 2, на который садится ролик 4. Стрелки на рисунке указывают направление сил реакции пружин 20, 21 и 22.

Свойства передаточного механизма выключателя можно частично уяснить с помощью статических характеристик, каждая из которых представляет собой зависимость равнодействующей сил сопротивления, отнесенных к какой-либо точке механизма, от рабочего хода этой точки при скорости, близкой к нулю. Силы инерции при этом отсутствуют.

Рис.2. Статические характеристики передаточного механизма бакового выключателя

На рис.2 приведены две такие характеристики, из которых первая Р_к(H) отнесена к контактной траверсе, а вторая Р_д(h) — к подвижному органу двигателя. По оси абсцисс отложены ход контактной траверсы Н и соответственно ход двигателя h в долях полного рабочего хода. Как видно из рисунка, характеристика Р_к(H) представляет собой ломаную линию. В начале хода сила сопротивления относительно мала и резко увеличивается при подходе к положению «включено». Точки 1 и 2 соответствуют замыканию дугогасительных и главных контактов выключателя; при этом сила сопротивления увеличивается скачком. Статическая характеристика Р_д(h), отнесенная к валу привода, значительно ровнее, что достигается соответствующим выбором размеров рычагов и положения опор. Таким образом, механизм выключателя преобразует силы и моменты и тем самым облегчает работу двигателя.

При проектировании механизма выключателя должны быть также учтены силы инерции. Последние зависят от массы движущихся частей и характера изменения скорости в процессе включения. В начале движения скорость этих частей быстро увеличивается и сила инерции максимальна. Далее она уменьшается, достигает нуля и в конце хода, когда скорость уменьшается, изменяет направление, содействуя двигателю. Избыточная энергия поглощается амортизаторами.

Устройство, освобождающее подвижную часть выключателя. Как указано выше, в положении «включено» механизм выключателя заперт; отключающие пружины напряжены. Чтобы отключить выключатель, необходимо освободить подвижную систему механизма с помощью небольшого электромагнита. При этом отключающие и другие пружины приходят в действие и сообщают контактной системе необходимую скорость. Отключающее устройство должно обеспечивать возможность беспрепятственного отключения выключателя не только из положения «включено», но также на любой стадии незавершенного процесса включения, когда двигатель еще работает на включение. Это требование связано с установившейся практикой автоматического повторного включения воздушных линий, при котором возможно включение на КЗ. В этом случае быстродействующая релейная защита подает команду на отключение до завершения операции включения. Подвижный орган двигателя не должен препятствовать немедленному отключению выключателя.

Мощность, необходимая для освобождения механизма выключателя, невелика по сравнению с мощностью, необходимой для включения. Поэтому замыкание цепи электромагнита отключения может быть выполнено малогабаритными контактами реле.

Механическое устройство, обеспечивающее свободное отключение выключателя независимо от положения подвижного органа двигателя, называют устройством свободного механического расцепления.

Большинство приводов снабжено такими устройствами. Они отсутствуют в некоторых пневматических приводах, где свободное отключение обеспечивается другими способами.

Электромагнитные приводы

Двигатель электромагнитного привода (рис.3,а) состоит из следующих частей: магнитопровода 1, сердечника 2, неподвижного «стопа» 3, катушки 4. Последняя имеет две секции, которые расположены внутри магнитопровода. Они включаются параллельно или последовательно в зависимости от номинального напряжения сети постоянного тока (110 или 220 В). В торец сердечника 2 ввинчен шток 5, который в процессе включения упирается в ролик ведущего рычага передаточного механизма и поворачивает его по часовой стрелке.

Рис.3. Двигатель электромагнитного привода (а) и
статические характеристики электромагнита постоянного тока (б)

Тяговая сила F электромагнита зависит от тока и положения сердечника (рис.3,б). Цифры у кривых указывают значение тока в долях номинального I_ном= U_ном/R, где R — сопротивление обмотки.

Как видно из рисунка, тяговая сила увеличивается по мере уменьшения расстояния h и достигает максимального значения при подходе к положению «включено». Такая характеристика соответствует статической характеристике выключателя.

Рис.4. Процесс включения электромагнитного привода:
а — изменение тока;
б — ход подвижной системы выключателя

В процессе включения ток и магнитный поток электромагнита непрерывно изменяются. Сначала при замыкании цепи ток увеличивается приблизительно экспоненциально, пока не достигнет значения, достаточного для трогания нагруженного сердечника (рис.4,а). Время, необходимое для такого нарастания тока, относительно велико (0,2с). Когда ток достигнет необходимого значения, начинается движение сердечника. Скорость его быстро увеличивается, а скорость нарастания тока уменьшается. При включении выключателя на ненагруженную цепь ток в цепи не успевает достигнуть установившегося значения. Если же включение происходит на КЗ, то возникают электродинамические силы, препятствующие движению сердечника и завершению операции включения. Скорость сердечника резко уменьшается, что вызывает увеличение тока в электромагните и увеличение тяговой силы. Сердечник вновь увеличивает скорость и доводит подвижную систему выключателя до положения «включено» (рис.4,б). Если мощность электромагнита недостаточна, происходит сильное торможение сердечника и опасность оплавления контактов, поскольку давление в них недостаточно.

Электромагнитные приводы относятся к приводам медленного действия. Собственное время привода (от момента подачи команды на включение до момента трогания) составляет большую часть полного времени включения. Последнее достигает 0,5с и более.

Для питания электромагнитных приводов необходима аккумуляторная батарея достаточной емкости, обычно предусматриваемая на станциях в качестве независимого от энергосистемы вспомогательного источника энергии. Однако на большей части понижающих подстанций установка аккумуляторных батарей экономически не оправдывается. В этих условиях применение электромагнитных приводов возможно только при питании от сети переменного тока через индивидуальные полупроводниковые выпрямители. Но такая схема не обеспечивает возможность включения выключателя при нарушении электроснабжения. Поэтому применение электромагнитных приводов при отсутствии аккумуляторной батареи нецелесообразно. В последнее время в связи с увеличением отключающей способности выключателей и повышением требований к быстродействию электромагнитные приводы вытесняются более совершенными пневматическими приводами.

Пневматические приводы

Уральский завод Электротехнического машиностроения (УЭТМ) для баковых масляных выключателей серий У-110 и У-220 изготовляет пневматические приводы, особенность которых заключается в том, что подача сжатого воздуха в рабочий цилиндр регулируется в процессе включения с помощью дроссельного устройства (рис.5).

Рис.5. Пневматический привод:
1 — силовой пневмоцилиндр с поршнем; 2 — шток;
3 — рычажный механизм для передачи движения к выключателю;
4 — отключающий механизм; 5 — электромагнит отключения;
6 — корпус дросселирующей приставки с золотником;
7 — пусковой клапан с электромагнитом включения

В начале процесса включения, когда силы противодействия малы, подача воздуха невелика. К моменту замыкания контактов, когда силы противодействия резко увеличиваются, подача воздуха также увеличивается и незадолго до посадки механизма на упор подача воздуха в цилиндр прекращается. При таком регулировании уменьшаются время включения и нагрузка на элементы привода и выключателя.

Пружинные приводы

Эти приводы в качестве двигателя и аккумулятора энергии имеют пружину, которая может быть напряжена через редуктор от небольшого электродвигателя переменного тока. Редуктор представляет собой зубчатую передачу с большим передаточным числом.

Двигатель соединяют с редуктором через фрикционную муфту. Предусматривают также устройство для завода пружины от руки в случае потери источника энергии.

Для включения выключателя необходимо освободить напряженную пружину с помощью особого устройства, управляемого небольшим электромагнитом постоянного или переменного тока. Как только процесс включения закончен, включается электродвигатель и пружина заводится вновь. Теперь привод готов к повторному включению, если такое потребуется. Второе повторное включение (в случае, если первое окажется неуспешным) также возможно, но не ранее чем через 5-10 с после первого включения. За это время пружина будет вновь заведена электродвигателем. Таким образом, пружинный привод с автоматическим заводом от электродвигателя обеспечивает возможность многократного повторного включения с интервалами 5-10с.

Приводы к выключателям высокого напряжения — Схемы управления приводов для подстанционных выключателей, ШПС-20

На рис. 3-16 показан привод типа ПС-20. Средняя часть магнитопровода выполнена в виде цилиндра из листовой стали. В нижней части привода установлен рычаг 3 для ручного неоперативного включения выключателя. Отключение может быть либо дистанционным при подаче тока на отключающий электромагнит 8, либо ручным — нажатием кнопки 9. Для управления выключателем наружной установки привод ПС-20 устанавливается в сварном шкафу ШПС-20. Кроме привода, в шкаф устанавливаются контактор типа КМВ-521, сборка с зажимами для подсоединения проводов от трансформаторов тока, цепей сигнализации и электрического подогрева. Схема управления приводом аналогична описанной.
Шкаф с приводом крепится непосредственно к баку выключателя и не требует отдельного фундамента.

Рис. 3-16. Привод типа ПС-20.
1 — включающий электромагнит; 2 — сердечник; 3 —рычаг ручного включения; 4—съемная труба; 5—верхняя плита; 6— механизм привода ; 7 —основание привода; 8 — отключающий электромагнит; 9 — кнопка ручного отключения.

д) Схемы управления

В электрических схемах управления описанными приводами введены специальные блок-контакты против прыгания, т. е. против (произвольного многократного включения и отключения выключателя.
Блок-контакт (рис. 3-18) расположен под отключающим электромагнитом и приводится в действие от его сердечника.
Блокировка необходима в том случае, когда выключатель включается приводом на аварийный режим в системе (например, на имевшееся в сети короткое замыкание) .
При таком включении выключателя автоматически отключается реле, но ключ управления может быть задержан в положении включено; в этом случае при отсутствии блокировки произойдут вторичное произвольное включение и вторичное отключение и т. д.
На рис. 3-19 дана электрическая схема управления приводом ПЭ-31; приведенная схема аналогична схемам управления приводами ПЭ-33, ПЭ-42 и ПЭ-504.
На рисунке показано положение элементов схемы, соответствующее отключенному действием УП положению выключателя. ЛО, ЛВ и Л А — сигнальные лампы типа ЛС-5 со встроенным добавочным сопротивлением.
При напряжении 110 в выбирается добавочное сопротивление на 1 000 ом, при 220 в — на 2 000 ом.
В табл. 3-3, 3-4, и 3-5 приведены технические данные электромагнитных приводов серий ПС и ПЭ.

Рис. 3-17. Общий вид привода типа ШПЭ-31.
— контактный ряд управления приводом; 2 — вспомогательный контакт типа КСА; 3— контактный ряд для подводки от встроенных трансформаторов тока; 4 — блок-контакт от прыгания; 5 —кабельная муфта; 6 —болт для застопорения привода во включенном положении на время транспортировки; 7 — отключающая собачка; 8 —рычаг ручного отключения; 9 — контакт быстродействующий типа БКО; 10 — контактор типа КМВ-521; 11 — быстродействующий контакт типа КБ; 12 — привод типа ПЭ-31; 13 — электроподогрев.

Рис. 3-18. Электромагнит отключающий с блок-контактом.
1 — сердечник; 2 — крышка; 3 — катушка; 4 — гильза; 5 — кожух; 6 —крышка; 7 — шток; 8 — блок-контакт.

Рис. 3-19. Электрическая схема управления приводом типа ШПЭ-31. БК-2 — блок-контакты против „прыгания". Остальные обозначения и диаграмму ключа управления см. подпись к рис. 3-8.

Конструкция, принцип действия и основные технические характеристики вакуумного выключателя ВБ-10-20

Выключатель представляет собой аппарат трёхполюсного исполнения с функционально зависимыми полюсами со встроенным приводом. Операции включения осуществляются приводом прямого действия за счет тягового усилия электромагнита включения (выключателей с электромагнитным приводом) или приводом косвенного действия за счёт тягового усилия пружины включения (выключателей с пружинным приводом). Отключение выключателя (в том числе автоматическое отключение при токах короткого замыкания или перегрузках) осуществляется за счет энергии, запасенной пружиной отключения выключателя при включении.

Гашение дуги в выключателе осуществляется вакуумными дугогасительными камерами (КДВ). Электрическая дуга, благодаря специальной форме контактов, создающих собственное продольное (аксиальное) магнитное поле с диффузионной формой горения дуги, распадается и гасится при переходе тока через ноль. Благодаря высокой электрической прочности вакуумного промежутка в течение долей секунды между контактами восстанавливается напряжение.

Выключатель состоит из трех полюсов, закрепленных на корпусе привода выключателя. Каждый полюс содержит вакуумную дугогасительную камеру, механизм дополнительного поджатия контактов КДВ и токовыводы.

1) Пружинный привод состоит из электромагнита взвода пружины, пружины включения, электромагнита включения, блока механических защёлок, демпфирующего гидравлического устройства, электромагнита отключения и аварийных расцепителей. Электрическая схема блока питания и управления выключателем собрана на панели, закреплённой в корпусе привода.

2) Электромагнитный привод состоит из электромагнита включения, блока механических защёлок, демпфирующего гидравлического устройства, электромагнита отключения и аварийных расцепителей. Электрическая схема блока питания и управления выключателем собрана на панели, закреплённой в корпусе выключателя.

Включение выключателя

В исходном положении контакты камеры дугогасительной вакуумной разомкнуты, выключатель удерживается отключающей пружиной в отключенном положении.

1) Оперативное включение выключателя с пружинным приводом производится нажатием кнопки «ВКЛ» или подачей напряжения на включающий электромагнит, при этом пружина включения, предварительно взведённая электромагнитом заводки или вручную, поворачивает вал привода. Рычаги, связанные с валом тяговыми изоляторами, замыкают контакты КДВ и создают усилие поджатия контактов КДВ. Одновременно при повороте вала производится взвод отключающей пружины, переключение блок—контактов узла контактного и постановка на механическую защелку. Происходит включение выключателя. После включения выключателя автоматически подается команда на электромагнит взвода пружины включения. Включённый выключатель с взведённой пружиной включения позволяет выполнить циклы АПВ: п. 1, 1а, 2 по ГОСТ ручного влючения выключателя с пружинным приводом необходимо предварительно рычагом взвести включающую пружину. После чего производится как оперативное, так и неоперативное включение выключателя нажатием на кнопку «ВКЛ».

2) Оперативное включение выключателя с электромагнитным приводом производится подачей напряжения на электромагнит, якорь электромагнита втягивается и поворачивает вал привода. Рычаги, связанные с валом тяговыми изоляторами, замыкают контакты КДВ и создают усилие поджатия контактов КДВ. Одновременно при повороте вала производится взвод отключающей пружины, переключение блок контактов узла контактного и постановка на механическую защёлку. Происходит включение выключателя.

Ручное неоперативное включение выключателя с электромагнитным приводом осуществляется поворотом вала рычагом.

Ручное включение выключателя с электромагнитным приводом под нагрузку запрещается!

Отключение выключателя

При подаче сигнала на электромагнит отключения или аварийного сигнала на один из расцепителей максимального тока, или на расцепитель минимального напряжения, или на расцепитель от независимого источника тока тяги электромагнитов воздействуют на защелку. Блок защелок освобождает вал привода. За счет энергии, запасенной пружинами поджатия контактов КДВ блоков дугогасительных и отключающей пружины, вал привода выключателя возвращается в исходное положение. Происходит отключение выключателя. Механизм привода подготовлен к включению.

Ручное оперативное и неоперативное отключение выключателя осуществляется красной кнопкой «ОТКЛ», расположенной на панели выключателя.

Требования к надежности

1) ресурс по механической стойкости выключателя:
– с электромагнитным приводом – 50 000 циклов В–tn–О;
– с пружинным приводом – 25 000 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 – 25 000 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.

Примечание: Срок службы указан для выключателей, у которых не исчерпан ресурс по коммутационной или механической стойкости.

Схема управления выключателем с пружинным приводом и встроенными реле прямого действия wna РТМ и РГВ

Изучение схемы управления выключателем с пружинным приво­дом. конструкций пружинных приводов и встроенных максимально то­ковых реле прямого действия и исследование характеристик встро­енных реле.

2. Краткие теоретические сведения

Для управления выключателем высокого напряжения, приведе­ние в действие его приводного механиама. обеспечивающего посред­ством выпрямляющих механизмов перемещение подвижных контактов вы­ключателя из включенного положения в отключенное и наоборот, ис­пользуется анергия привода. Привод выключателя представляет спе­циальное устройство, которое осуществляет операции включения, удержания во включенном положении и отключения выключателей.

Одним из известных типов приводов, применяемых для указан­ных пелей, являются пружинные приводы типа ПП-61 — ПП-67. Привод типа ПП является приводом косвенного действия; для выполнения ра­боты включения в нем используется потенциальная анергия заведен­ных пружин. В отличие от приводов прямого действия в этом приводе каядый раз после завершения операции включения требуется последу­ющая заводка пружин. В приводе ПП ата работа может выполняться оперативным персоналом вручную или привод снабжается автоматичес­ким моторным редуктором (AMP) с небольшим двигателем для автома­тической заводки привода после его срабатывания на включение. В последнем случае привод по существу становится автоматическим, так как он может выполнять дистанционно и автоматически операции включения и отключения выключателей. Этот привод пригоден для осуществления автоматического повторного включения (АПВ) и авто­матического ввода реверва (АВР). Разумеется, что для эаводки привода требуется определенное время: ручным способом несколько мкнут (посредством вращения ручки на редукторе), автоматически 6-15 секунд. Причем автоматический привод допускает ручной за­вод пружины посредством рычага штурвала. Приводы типа ПП слсториз следуяеихосновных частей: ме­ханизма и расцепления;механизма включения;

вала рвдвода; кл роенных реле максимального тока с выдержкой (РГВ) или без выдержки (FTM) времени и электромагнитов включения УАС и отключения fAT; траверсы с грузом (противовесом, обеспечи-ваяяим увеличение вращающего момента привода на включение выклю­чателя) , соединенной при помощи рычагов с включающими пружинами;

устройства завода прутак, состоящего из ялектродвигателя, редук­тора и зубчатых колес; контактов вала привода SQ. , аварийных АК5 положения включающих пружин; устройства АПВ однократного дей­ствия ( с выдержкойили без выдержки времени).

Конструкции приводов типа ПП-61 — ПП-67 различаются между собой в части модернизации и усовервенствовакия отдельных уелов и деталей. Эти различия необходимо изучить на приводах, представ­ленных в лаборатории. Компановка те узлов s приводах является оди­наковой.

Электродвигатель и редуктор расположены вверхней часта привода, реле максимального тока и электромагниты включения УАС и отключения УАТ встроены в нижней части привода. Силовой частью конструкции приводовявляется блок из трех параллельных спиральных цилиндрических пружин из круглой стальной проволоки. Они распола­гаются вертикально снаружи с правой сторона пргтода и при заводе растягиваются длинноплечим рычагом.

Последовательность работы узлов и механизмов привода ПП-67 при его автоматическом заводе, включении и отключении выключателя изложена в Электрическая схема ПП-67 приведена на рис.1.

Для работы АПВ имеется проскальвывалший контакт JSQ2, вклю­ченный последовательно с блок-контактом аварийной сигнализации АК5 в цепь электромагнита включения (рис.1, а); при его отклю­чения (выключателя) от защиты (рис.1,г) намыкается контакт ККЦ , срабатывает устройство АПВ и после истечения установленного вре­мени (уставки АПВ) подается импульс ка катуяяу включения привода УАС и выключатель включится;, двухкратное АПВ может быть осущест­влено только посредством релейной схемы, но при атом исполь­зуется заводящее устройстве привода; при оперативном отrлючении привода АПВ работать не будет (рис.1,s), так как блок-контакт КК5 не замкнут.

Запуск электродвигателя для завода пружин осуществляется в конце операции включения привода блок-контактом SS .При готовности отключающих пружин 51 замыкается при заведенных пружинах и разрешает произвести включение привода. Остальная рабо­та электрическойсхемы привода ПП-67 яснаи не требует дальней­ших пояснений.

Пружинные привода не требуют для своего управления источника постоянного тока, что является существенным преимуществом перед другими приводами. Недостатком привода является егомалая мощ­ность, поэтому он применяется в основном для выключателей напря­жений 6. 10 в 35 кВ типов ВЮ-10, ВМГ-ТЗЗ. ВС-10. Ве-35. Пру­жинные приводы могутприменяться длявнутренней и наружной уста­новки.

Дистанционное и автоматическое отключение выключателя произ­водится с помощью реле, встроенных в нютей частя привода, которые через планку отключения воздействует не механизм свободного рас­цепления привода. Реле прямого действия, непосредственно воздей­ствующие на приводы выключатели, встраивают от двух до четырех штук и более в приводы многих типов и влолняют с выдержхой вре­мени и без нее.

Рис. I. Электрическая схема привода ПП-67;

а — выключатель отключен оперативно, включающие пружи­ныне заведены;

б — выключатель включен, пружины заведены; в — выключатель отключен оперативно, пружины заведены; г — выключатель отключен от защиты, пружины заведены.