Коммутационная аппаратура силовых цепей

June 25, 2013 by admin Комментировать »

Элементы, предназначенные для замыкания и размыкания силовых электрических цепей, называются коммутационной аппаратурой (switchgear). В состав коммутационных устройств входят как автоматические выключатели, используемые в домашних распределительных щитках, так и огромные воздушные переключатели, коммутирующие линии электропередачи напряжением до 750 кВ. Коммутационные устройства принято делить на четыре группы: разъединители, выключатели нагрузки, автоматические выключатели и контакторы.

Рис. 2.i. Символы, используемые для обозначения элементов силовой электроники

Разъединители используются для замыкания и размыкания цепей в отсутствие нагрузки или при ее незначительной величине. Они имеют самую малую устойчивость к возникновению дугового разряда и предназначены в основном для коммутации ненагруженных линий электропередачи (с токами холостого хода трансформаторов и емкостными токами). Эти коммутационные устройства являются обычно наиболее дешевыми по сравнению с другими типами. При протекании через контакты больших токов (например, при аварийном коротком замыкании цепи нагрузки) возникают механические силы, которые могут привести к размыканию контактов. Для исключения такой возможности механическая конструкция разъединителей выполняется так, чтобы обеспечить достаточное давление на контактирующие поверхности. В простейших ножевых разъединителях используется несколько контактных лепестков, а силы трения обеспечивают надежность контакта. В других типах разъединителей применяются различные механические защелки или замки, срабатывающие в конце цикла замыкания. Все они работают на воздухе и имеют видимые контакты, что является условием обеспечения безопасности, хотя в разъединителях иа низкие напряжения состояние контактов определяется по положению ручки управления. Все эти разъединители имеют возможность выключения.

Разъединители на средние и высокие напряжения выпускаются в металлических корпусах для применения внутри помещений, а вне помещений встраиваются в соответствующее оборудование. Большинство из этих

разъединителей имеют электрический привод, однако бывает и возможность пневматического привода.

Выключатели нагрузки в основном устроены так же, как и разъединители, однако они снабжены дугогасительными камерами, что позволяет с их помощью прерывать токи, на значения которых они рассчитаны. Однако эти выключатели не предназначены для размыкания цепи при коротком замыкании; в этом случае они должны оставаться замкнутыми. Как и рассмотренные выше разъединители, выключатели нагрузки в большинстве снабжены электроприводом. Выключатели нагрузки с электроприводом могут быть дешевой альтернативой автоматическим выключателям тогда, когда требуется дистанционное управление.

Автоматические выключатели имеют наиболее тяжелый режим работы из всего семейства коммутационных устройств. Они предназначены не только для продолжительной работы при заданных токах нагрузки, но и для размыкания цепи при аварийных случаях. Хотя и бывают автоматические выключатели с воздушным зазором между контактами, однако в большинстве типов в качестве изолятора используется вакуум или минеральное масло. В высоковольтных автоматических выключателях используется газ гексафторид серы (SF6). Большинство автоматических выключателей имеют в своей конструкции мощную пружину, которая сжимается электроприводом и остается в сжатом состоянии, пока цепь нагрузки замкнута. Энергия, запасенная в сжатой пружине, высвобождается при выключении, что способствует быстрому разрыву контактов и тем самым уменьшает их нагрев электрической дугой и эрозию. Автоматические выключатели, применяемые внутри помещений, обычно размещаются в металлических корпусах совместно с другими коммутационными устройствами, в то время как вне помещений они могут быть самостоятельными единицами оборудования.

При использовании вакуумных автоматических выключателей необходимо соблюдать некоторые предосторожности. Дело в том, что при размыкании контактов в этих выключателях дуговой разряд прекращается при токах 3…5 А и скорость изменения тока при этом может оказаться очень большой. Если в системе после автоматического выключателя стоит трансформатор, то на индуктивности его первичной обмотки в этих условиях создается импульс напряжения большой амплитуды, который может проникнуть и во вторичную цепь трансформатора. Ограничение этого броска напряжения может быть достигнуто либо путем использования соответствующего ограничителя (разрядника) в первичной цепи трансформатора, либо путем включения во вторичную цепь трансформатора металлооксидного варистора (MOV). При этом параметры применяемого варистора должны быть нормированы так, чтобы он мог безопасно поглотить импульс тока, трансформированного из первичной обмотки во вторичную при напряжении ограничения варистора. Кроме того, он должен обеспечивать возможность многократной работы при рассеивании на нем мощности, равной Уг LI2, где L — индуктивность первичной обмотки, а I — ток первичной обмотки.

Автоматические выключатели в залитых пластиком корпусах обычно содержат тепловые и электромагнитные элементы защиты от перегрузки. Эти элементы нормированы на максимальный ток нагрузки и коммутируемую мощность. Для подстройки тока отключения нагрузки при использовании тепловых элементов защиты применяют специальные нагреватели. Мощные автоматические выключатели работают с внешними защитными реле, которые обеспечивают защиту как от перегрузки по току, так и от короткого замыкания путем использования токочувствительных элементов с временной задержкой и элементов мгновенного действия. Почти во всех этих реле применяются токовые трансформаторы, и в настоящее время, как правило, они являются твердотельными.

Из-за тяжелых условий эксплуатации автоматические выключатели не предназначены для частого срабатывания. Обычно после определенного числа срабатываний автоматические выключатели должны быть подвергнуты проверке, а при необходимости — ремонту. Кроме того, после срабатывания автоматического выключателя вследствие аварии он должен быть проверен на отсутствие повреждений.

Контакторы — настоящая «рабочая лошадь» семейства коммутационных устройств. Они управляются электромагнитным способом и используются как для запуска электродвигателей, так и в системах управления электрическими цепями общего назначения. Расчетное число их срабатываний составляет многие тысячи. В контакторах может быть использован воздух в качестве изолятора при малых коммутируемых напряжениях и вакуум — при средних. В большинстве случаев замкнутое состояние контакторов сохраняется, пока через обмотку управления течет ток, а при его прекращении контактор размыкает цепь нагрузки. Пускатели электродвигателей способны выдерживать перегрузки, в 5 и более раз превышающие номинальный ток. Ток перегрузки также нормируется и для контакторов, предназначенных для управления системами освещения с использованием ламп накаливания. Магнитная цепь катушки управления часто конструируется так, чтобы воздушный зазор в ней был большим при разомкнутом состоянии контактора и очень маленьким — при замкнутом состоянии. При включении обмотки управления может иметь место большой бросок тока, так что схема управления должна быть способна обеспечить этот ток без чрезмерного падения напряжения. Некоторые типы контакторов имеют вспомогательную катушку, питаемую постоянным током, причем контакты, управляемые ею, используются для включения в цепь основной катушки резистора, ограничивающего ее ток включения.

Во всех коммутационных устройствах с электромагнитным управлением при выключении тока в цепи управления возникает всплеск напряжения. В правильно сконструированных устройствах для подавления этого всплеска напряжения при управлении катушками реле или электродвигателями используются ЛС-цепи. Металлооксидные варисторы также позволяют ограничить всплески напряжения, однако они не позволяют ограничить броски тока, которые могут создать помехи работе другого оборудования. Контакторы обычно монтируются в распределительных шкафах и стойках, но могут быть использованы как самостоятельные изделия.

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты