Главная
Каталог
Библиотека
Избранное
Порталы
Библиотеки вузов
Отзывы
Новости
 
12+
 
Предварительный просмотр документа

Автоматические быстродействующие выключатели постоянного тока: Учебно-методическое пособие по дисциплинам "Тяговые и трансформаторные подстанции" и "Городской электрический транспорт"

Автор/создатель: Яковлев В.Н.
Год: 2001 
В учебно-методическом пособии рассматриваются особенности устройств и принципы действия автоматических быстродействующих выключателей постоянного тока: ВАБ-28, ВАТ-42, ВАБ-43 и ВАТ-43, а также перспективы их развития.
Показать полное описание документа
Популярные ресурсы рубрик:
РЕЙТИНГ

Оценка пользователей: 4.0
Количество голосов: 7
Оцените ресурс:
5 4 3 2 1

ОТЗЫВЫ


Популярные ресурсы по теме

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра. Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
Министерство путей сообщения РФ Департамент кадров и учебных заведений Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта им. М.Т.Елизарова АВТОМАТИЧЕСКИЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Учебно-методическое пособие для студентов специальности 101800 – Электроснабжение железных дорог Составитель: В.Н.Яковлев Самара 2002 2 УДК 621.311.4 621.316.542 Учебно-методическое пособие по дисциплинам “Тяговые и трансформаторные подстанции” и “Городской электрический транспорт” для студентов специальности 101800 -“Электроснабжение железных дорог”.- Самара: СамИИТ, 2001.- 43 с. В учебно-методическом пособии рассматриваются особенности устройств и принципы действия автоматических быстродействующих выключателей постоянного тока: ВАБ-28, ВАТ-42, ВАБ-43 и ВАТ-43, а также перспективы их развития. Составитель Вениамин Николаевич Яковлев Рецензенты: Начальник службы Электроснабжения Самарского метрополитена В.В.Ларкин к.т.н., доцент кафедры “Электроснабжение железнодорожного транспорта СамИИТа” Н.А.Шергунова Подписано в печать 20.04.02 Тираж 100 Заказ № 58 3 1. Назначение, основные параметры, классификация и требования, предъявляемые к быстродействующим выключателям постоянного тока Основными аппаратами, предназначенными для включения и отключения преобразователей тяговых подстанций и фидеров контактной сети при нормальном режиме эксплуатации, а также для автоматического отключения их при пробое полупроводниковых вентилей, КЗ или недопустимых перегрузок, являются быстродействующие выключатели. Быстродействующие выключатели необходимы также для защиты мощных генераторов и двигателей постоянного тока, для обеспечения защиты вращающих электрических машин от перегрузок или коротких замыканий при круговом огне на коллекторе или другом внутреннем повреждении. Таким образом, необходимость обеспечения надёжного и бесперебойного питания мощных установок постоянного тока и преобразовательных установок обусловили создание быстродействующих выключателей в разных исполнениях. При этом основным требованием, определяющим защитные свойства выключателя и эффективность его применения, является его максимальное быстродействие. Быстродействующими называют выключатели, собственное время отключения которых не превышает пяти тысячных долей секунды. Собственное время отключения – время между моментом достижения током величины тока уставки и появлением напряжения на контактах выключателя. Под током уставки I УСТ понимается ток срабатывания выключателя, на который он отрегулирован. Специфической особенностью работы выключателей в цепях постоянного тока является то, что ток КЗ, в отличие от цепей переменного тока, непрерывно возрастает, стремясь к установившемуся значению. Поэтому быстродействующие выключатели являются токоограничивающими и размыкают меньший ток КЗ, чем небыстродействующие. 4 Характеристика выключателей постоянного тока в отношении скорости отключения или токов КЗ представлена на рис.1. Характеристика работы быстродействующего выключателя с токоограничением показана здесь кривой i′ , а небыстродействующего – кривой i′′ . Рис.1.Кривые изменения тока и напряжения при отключении тока короткого замыкания выключателями постоянного тока: i ′, u ′ - быстродействующий выключатель; i ′′, u ′′ - небыстродействующий; U d - напряжение выпрямленного тока В полном времени отключения t ′ обычно различают три периода: продолжительность первого периода t 0 до достижения током уставки выключателя зависит от параметров цепи (R,L,C) и величины тока уставки и совершенно не характеризует качество применяемого выключателя. Это время ′ будет одним и тем же для любых типов применяемых выключателей. Время t1 - собственное время отключения выключателя, является основным показателем, характеризующим быстродействие выключателя. В этот период крутизна нарастания тока обычно весьма значительна, и промедление всего в несколько миллисекунд сопровождается большим приростом тока в защищаемой цепи. Очевидно, для максимального ограничения тока КЗ, эта составляющая времени отключения должна быть возможно меньшей. Она определяется конструктивными особенностями выключателя, позволяющими быстро преодолевать механическую инерцию подвижных частей и запаздывание 5 нарастания магнитного потока от тока в цепи. Поэтому быстроте отключения подчинена конструкция быстродействующего выключателя любого типа. Для быстродействующих выключателей собственное время отключения измеряется тысячными долями секунды, а для небыстродействущих – десятками долей секунды. Из рис.1 ясно, что быстродействующим выключателем ток КЗ отключается раньше, чем он достигает своего установившегося значения. Поэтому термин “быстродействующий” в последнее время часто заменяется термином “токоограничивающий”, более точно определяющим как скорость действия выключателя, так и получаемый в результате этого эффект. С началом расхождения контактов сопротивление цепи увеличивается из- за сопротивления дуги, возникающей между контактами выключателя. Однако в течение некоторого времени (обычно нескольких миллисекунд) ток продолжает нарастать, хотя скорость нарастания его падает. Затем, когда сопротивление дуги значительно возрастает, величина тока начинает уменьшаться. ′ Время токоограничения характеризуется отрезком t 2 на оси абсцисс (рис.1). Это время отсчитывается от момента расхождения контактов до момента достижения максимального тока в цепи. Время гашения дуги ′ характеризуется временем t3 . За это время дуга удлиняется под воздействием магнитного дутья, попадая в пространство дугогасительной камеры ДУ выключателя. В течение времени ′ t3 ток ограничивается непрерывно увеличивающимся сопротивлением дуги и при нормальной работе выключателя спадает до нуля. Следует заметить, что при отключении больших токов быстродействующими выключателями значительная часть энергии магнитного поля, запасённая в индуктивности цепи, переходит в энергию электрического поля. Вследствие этого в конце процесса отключения при спадении тока наблюдаются перенапряжения, величина которых определяется по формуле 6 ′ ′ uОТКЛ . max = iОТКЛ . L / C . Так как ёмкость размыкаемой цепи обычно незначительна, то перенапряжения могут достигать большой величины. Поэтому применение ДУ, активно снижающих время гашения дуги, должно производиться с учётом возможности возникновения перенапряжений, опасных для изоляции оборудования. Соответствующие параметры, характеризующие работу небыстродействующего выключателя, обозначены на рис.1 двумя штрихами. Как видно из рассмотренных кривых (рис.1), на полное время отключения ( t ′; t ′′ ) в основном влияет собственное время отключения выключателя ( t1 ; t1′ ), ′ ′ которое зависит от механизма отключения выключателя. Выключатели небыстродействующие, как правило, имеют удерживающую защёлку, воздействие на которую требует значительного времени. Весьма важным показателем выключателя является его способность отключать небольшие токи до 0,1 I H . Известно, что во всех выключателях дуга в камере перемещается под действием магнитного поля, которое зависит от значения тока в цепи. Чем меньше ток, тем слабее поле и хуже дугогашение. Хотя согласно стандарту на выключатели они могут не отключать токи до 0,1 I H . Однако на практике не представляется возможным выдержать это условие. Дело в том, что в оперативные требования по снятию напряжения с контактной сети не может быть включено условие о наличии определённой нагрузки, например, не менее 600 А для выключателей на 6000 А или 900 А для выключателей на 9000 А. Кроме того, выключатели, работающие в качестве катодных, имеют автоматическую уставку отключения 200-300 А. Тем не менее требования по наименьшим допустимым отключаемым токам не случайны, так как нежелательные последствия проявляются при снятии напряжения с контактной сети депо, а также когда на линии имеются поезда в отстое с включенными компрессорами и освещением вагонов. Отключение малых токов, как правило, приводит к появлению дуги, которая прижимается к одной 7 из стенок дугогасительной камеры и горит до полного снятия напряжения с шин подстанции, т.е. до отключения выпрямительных агрегатов. Ликвидация подобных явлений достигается исключением постановки в отстой поездов без отключения освещения и компрессоров или снятием напряжения с участков контактной сети, где возможны небольшие нагрузки. Надёжность электропитания устройств электрифицированных железных дорог и тяговой сети 825 В метрополитенов, защита полупроводниковых выпрямителей во многом зависит от чёткости работы быстродействующих выключателей постоянного тока, которые можно классифицировать: • по направлению действия – на поляризованные, срабатывающие автоматически в зависимости от направления и величины тока, и неполяризованные, срабатывающие только в зависимости от величины тока в защищаемой цепи; • по нормальному положению контактов – на выключатели с нормально- разомкнутыми контактами, у которых пружина воздействует на подвижную часть, стремясь разомкнуть контакты; и выключатели с нормально-замкнутыми контактами, у которых усилие пружины направлено на замыкание контактов; • по месту установки – на фидерные, служащие для защиты контактной сети при КЗ и перегрузках; катодные (обратного тока), предназначенные для отключения преобразовательных агрегатов; и анодные, устанавливаемые в цепях анодов преобразователей. Особо высокие требования на метрополитенах предъявляют к линейным выключателям, в которых сконцентрированы защитные и коммутационные функции. Линейные выключатели должны обеспечить отключение сети при КЗ и вместе с тем не отключаться при наибольших рабочих нагрузках. Это условие выражается неравенством: I КЗ f I aВТ f I max , (1) 8 где I aВТ - ток, при котором происходит автоматическое отключение выключателя; I max - наибольший ток рабочей нагрузки. Разница между I КЗ , I aВТ и I max в 300-400 А считается достаточной. Од- нако, как было сказано выше, подсчёт токов нагрузки, а особенно токов КЗ, с учётом крутизны их нарастания осложнён непостоянством значений сопротивлений тяговой сети, особенно индуктивных (из-за наличия в этой сети ферромагнитных элементов), а также из-за изменения падения напряжения в дуге в месте КЗ. Поэтому после расчёта токовой уставки линейного выключателя, как правило, выполняют её корректировку на основании практических измерений. Главные требования к аппаратам токовой защиты: быстродействие, селективность и надёжность обеспечиваются соответствующим выбором защитных характеристик. К основным защитным характеристикам относятся: джоулев интеграл – интеграл квадрата тока, прошедшего через аппарат защиты при отключении аварии, и характеризующий её совокупное тепловое воздействие; время срабатывания (собственное время) аппарата – время от момента подачи команды на срабатывание до начала токоограничивающего воздействия; пропускаемый ток – максимальное мгновенное значение тока, проходящего через аппарат при отключении аварий; предельная коммутационная способность аппарата – наибольшее значение установившегося тока КЗ, который возник бы в цепи при отсутствии аппарата защиты. Эти и некоторые другие параметры рассматривается ниже применительно к конкретным аппаратам защиты. В настоящее время промышленностью выпускаются и находятся в эксплуатации на тяговых подстанциях линейные и катодные автоматические быстродействующие выключатели на следующие номинальные токи: 1500, 3000 и 6000 А и номинальные напряжения: 600, 825, 1650 и 3300 В; анодные выключатели – на выпрямлённое напряжение до 825 В и выпрямленные токи 4000 и 6000 А. Различные типы быстродействующих выключателей, широко 9 применяемых ранее на тяговых подстанциях, ВАБ-2, АБ-2/4, ВАБ-10, ВАБ-20 и др. в связи с моральным старением сняты с производства и заменены на более совершенные. В настоящее время изготавливают выключатели типа ВАТ-43, которые применяют для защиты от токов КЗ и перегрузки в линейных присоединениях 600 В, и типа ВАБ-43 – для защиты от токов обратного направления и устанавливаемые в катодных цепях преобразователей для селективного отключения последних в случае внутренних повреждений. Практически все типы отечественных быстродействующих выключателей, не уступавших и не уступающих по своим основным показателям лучшим зарубежным образцам, разрабатывались под руководством и при участии конструкторов А.И.Голубева и А.М.Кусуля. Рассмотрим конструкции и принцип действия наиболее распространённых выключателей. Технические характеристики выключателей постоянного тока приведены в табл.1 (выключатели ВАТ-42 и ВАТ-43 имеют аналогичные характеристики, как у ВАБ-42, за исключением собственного времени отключения). Таблица 1 Технические характеристики быстродействующих выключателей постоянного тока 10 Номина Номина Пределы Ток Ток Число Наибол Выключатели Назначен льный льное регулировк удерж выкл пар ьший ие ток, напряж и РДШ, А ивани ючени главныхотключ А ение,В я я, А контакт ающий ДК,А ов ток, кА ВАБ-28-3000/15К Отключен 3000 825 Не 1,1 55 1 30 ВАБ-28-6000/15К ие 6000 825 нормиру- 1,1 55 2 30∗ обратных ется токов ВАБ-28-3000/15Ф Отключен 3000 825 2400-6000 1,1 55 1 30∗ ВАБ-28-6000/15Ф ие КЗ и 6000 825 6000-12000 1,1 55 2 30∗ ВАБ-42-4000/10 перегрузо 4000 1050 4800-8200 2,5 60 2 50 ВАБ-42-6000/10 к 6000 1050 8000-2400 5 1200 2 70 ВАБ-42-9000/10 9000 6ХВАБ-43/1-3000 Защита 3200 1050 - - 180 6 70 6ХВАБ-43/1-6000 выпрямит 6300 еля от внутренни х поврежде ний ∗ В эксплуатации выключатели ВАБ-28 отключают токи до 55 кА. Выключатели имеют условные обозначения, характеризующие их исполнение и назначение. Например, условное обозначение выключателя ВАБ- 28-3000/30-Л расшифровывается следующим образом: В – выключатель; А – автоматический; Б – быстродействующий; порядковый номер конструкции 28; номинальный ток 3000 А; номинальное напряжение до 3000 В; Л – линейный. Место установки выключателей обозначается буквой: К – катодный; Ф – фидерный; Т – токоограничивающий; У – климатическое исполнение, а категория размещения - следующей за ней цифрой. 2.Выключатели типа ВАБ-28 Для защиты преобразовательных установок повышенной мощности при номинальном напряжении 3300 В применяют быстродействующие выключатели типа ВАБ-28, обладающие повышенной мощностью отключения.
Яндекс цитирования