DC stroomonderbrekers

DC-stroomonderbrekers worden gebruikt om een ​​circuit onder belasting los te koppelen. Op tractieonderstations worden schakelaars gebruikt om 600 V-voedingslijnen los te koppelen tijdens overbelasting en kortsluitstromen en om de tegenstroom van gelijkrichters los te koppelen tijdens terugontsteking of klepstoring (dwz interne kortsluiting tijdens parallelle blokwerking).

Boogdoving door automatische schakelaars vindt plaats in de lucht op booghoorns. Boogverlenging kan worden gedaan met behulp van een magnetische straal of in kamers met nauwe sleuven.

In alle gevallen van ontkoppeling van het circuit en de vorming van een elektrische boog, vindt een natuurlijke opwaartse beweging van de boog plaats samen met de beweging van de lucht die erdoor wordt verwarmd, d.w.z.

Op tractie onderstations voornamelijk toegepast op snelle stroomonderbrekers.

Rijst. 1. Oscillogrammen van stroom en spanning wanneer de kortsluitstroom is uitgeschakeld: a-snelle schakelaar, b-hogesnelheidsschakelaar

De totale tijd T van onderbreking van de kortsluit- of overbelastingsstroom door de vermogenschakelaar bestaat uit drie hoofddelen (fig. 1):

T = tO + t1 + t2

waarbij t0 de tijd is van het stijgen van de stroom in het circuit dat moet worden uitgeschakeld tot de waarde van de instelstroom, d.w.z. tot de waarde waarbij de ontkoppelingsinrichting van de stroomonderbreker wordt geactiveerd; t1 is de openingstijd van de eigen vermogenschakelaar, d.w.z. de tijd vanaf het moment dat de instelstroom wordt bereikt tot het moment dat de onderbrekercontacten uiteen beginnen te lopen; t2 - brandtijd van de boog.

De stijgtijd van de stroom in het circuit t0 is afhankelijk van de parameters van het circuit en de instelling van de schakelaar.

De interne uitschakeltijd t1 is afhankelijk van het schakelaartype: voor niet-snelle schakelaars ligt de interne uitschakeltijd in het bereik van 0,1-0,2 s, voor hogesnelheidsschakelaars - 0,0015-0,005 sec.

De boogtijd t2 hangt af van de waarde van de te onderbreken stroom en van de eigenschappen van de stroomonderbrekers.

De totale uitschakeltijd van de high-speed onderbreker ligt binnen 0,15-0,3 s, voor de high-speed-0,01-0,03 s.

Vanwege de korte inherente uitschakeltijd beperkt de high-speed stroomonderbreker de maximale waarde van de kortsluitstroom in het beveiligde circuit.

Op tractieonderstations worden snelle DC automatische stroomonderbrekers gebruikt: VAB-2, AB-2/4, VAT-43, VAB-20, VAB-20M, VAB-28, VAB-36 en andere.

Schakelaar VAB-2 is gepolariseerd, dat wil zeggen, hij reageert slechts in één richting op stroom - vooruit of achteruit, afhankelijk van de instelling van de schakelaar.

In afb. 2 toont het elektromagnetische mechanisme van de DC-stroomonderbreker.

Rijst. 2.Elektromagnetisch mechanisme van de stroomonderbreker VAB -2: a — ontkoppeling van de stroomonderbreker, b — limieten van limietslijtage van de contacten van de stroomonderbreker VAB -2, (A — de minimale dikte van het vaste contact is 6 mm, B — de minimale dikte van het beweegbare contact is 16 mm); 1 — houdspoel, 2 — magnetisch circuit, 3 — schakelspoel, 4 — magnetisch anker, 5 — bovenste stalen rail, 6 — anker, 7 — hoofdspoel, 8 — kalibratiespoel, 9 — U-vormig magnetisch circuit, 10 — huidige stroomuitgang, 11 — stelschroef, 12 — manoeuvreerplaat, 13 — flexibele verbinding, 14 — stop, 15 — ankerhefboom, 16 — as van ankerhefboom, 17 — vast contact, 18 — beweegbaar contact, 19 — contacthefboom, 20 — axiale contacthefboom, 21 — as met rol, 22 — vergrendelingshefboom, 23 — sluitveren, 24 — dissel, 25 — stelschroeven, 26 — klem, 27 — spoelkern

De ankerhefboom 15 (Fig. 2, a) roteert rond de as 16 die door de bovenste stalen staaf 5 gaat. In het onderste deel van de hefboom 15, bestaande uit twee silimin-wangen, wordt een stalen anker 6 vastgedraaid en in de bovenste deel is er een afstandsstuk een huls met een as 20 waaromheen de contacthefboom 19 roteert, gemaakt van een set duraluminiumplaten.

In het bovenste deel van de contacthefboom is een beweegbaar contact 18 bevestigd en onderaan is een koperen schoen met een flexibele verbinding 13 bevestigd, met behulp waarvan het beweegbare contact is verbonden met de hoofdstroomspoel 7 en daardoor met de klem 10. Aan het onderste deel van de contacthefboom zijn aan beide zijden aanslagen 14 bevestigd en aan de rechterzijde een stalen as met rol 21, waaraan aan een zijde twee sluitveren 23 zijn bevestigd.

In de uit-stand wordt het stelsel van hefbomen (ankerhefboom en contacthefboom) door de aanslagveren 23 rond de as 16 gedraaid totdat het anker 6 stopt in de linkerstang van het U-vormige magnetische circuit.

De sluitspoelen 3 en houdspoelen 1 van de stroomonderbreker worden gevoed door hun eigen DC-vereisten.

Om de schakelaar in te schakelen, moet u eerst het circuit van houdspoel 1 sluiten en vervolgens het circuit van sluitspoel 3. De richting van de stroom in beide spoelen moet zodanig zijn dat de magnetische fluxen die door hen worden gegenereerd, bijdragen aan de rechter kern van het magnetische circuit 9, dat dient als de kern van de sluitspoel; dan zal het anker 6 worden aangetrokken door de kern van de sluitspoel, dat wil zeggen, het zal in de "Aan" -stand staan. In dit geval zal de as 20 samen met de contacthefboom 19 naar links draaien, de ontkoppelingsveren 23 zullen uitrekken en de neiging hebben om de contacthefboom 19 rond de as 20 te draaien.

Wanneer de schakelaar is uitgeschakeld, rust het anker 4 op de eindzijde van de sluitspoel en blijft, wanneer de schakelaar is ingeschakeld, aangetrokken door het kernuiteinde door de gemeenschappelijke magnetische flux van de sluit- en houdspoelen. Het magnetische anker 4 is door middel van een stang 24 verbonden met de vergrendelingshefboom 22, waardoor de contacthefboom niet kan draaien naar de begrenzer van het beweegbare contact in het vaste. Daarom blijft er een opening tussen de hoofdcontacten, die kan worden aangepast door de lengte van de stang 24 te wijzigen en die gelijk moet zijn aan 1,5-4 mm.

Als de spanning van de sluitspoel wordt verwijderd, zullen de elektromagnetische krachten die het anker 4 in de aangetrokken positie houden verminderen en zullen de veren 23 met behulp van de vergrendelingshendel 22 en de stang 24 het anker van het uiteinde van de kern scheuren van de sluitspoel en draai de contacthefboom totdat de hoofdcontacten sluiten. Daarom zullen de hoofdcontacten pas sluiten nadat de sluitspoel is geopend.

Op deze manier wordt het principe van vrije uitschakeling gerealiseerd voor vermogensschakelaars VAB-2. De opening tussen het magnetische anker 4 (ook wel het vrije uitschakelanker genoemd) en de eindzijde van de sluitkern van de spoel in de aan-stand van de schakelaar moet binnen 1,5-4 mm zijn.

Het regelcircuit zorgt voor de levering van een kortstondige stroompuls aan de sluitspoel, waarvan de duur alleen voldoende is om tijd te hebben om het anker in de «Aan»-positie te brengen. Het sluitspoelcircuit wordt dan automatisch geopend.

De beschikbaarheid van gratis reizen kan als volgt worden gecontroleerd. Een vel papier wordt tussen de hoofdcontacten geplaatst en het contactorcontact wordt gesloten. De stroomonderbreker is ingeschakeld, maar terwijl het contactorcontact gesloten is, mogen de hoofdcontacten niet worden gesloten en kan het papier vrij worden verwijderd uit de opening tussen de contacten. Zodra de contactor van de contactor opent, zal het magnetische anker loskomen van het kernuiteinde van de sluitspoel en zullen de hoofdcontacten sluiten. In dit geval wordt het stuk papier tussen de contacten gedrukt en kan het niet worden verwijderd.

Wanneer de schakelaar wordt ingeschakeld, is een karakteristieke dubbele knal te horen: de eerste is van de botsing van het anker en de kern van de sluitspoel, de tweede is van de botsing van de gesloten hoofdcontacten.

De polarisatie van de schakelaar bestaat uit het kiezen van de richting van de stroom in de houdspoel, afhankelijk van de richting van de stroom in de hoofdstroomspoel.

Om ervoor te zorgen dat de schakelaar het circuit uitschakelt wanneer de richting van de stroom daarin verandert, wordt de richting van de stroom in de houdspoel zo gekozen dat de magnetische fluxen gecreëerd door de houdspoel en de hoofdstroomspoel samenvallen in richting in de kern van de sluitspoel. Daarom, wanneer de stroom in voorwaartse richting stroomt, zal de stroom van het hoofdcircuit helpen om de stroomonderbreker in de gesloten positie te houden.

In de noodmodus, wanneer de richting van de hoofdstroom wordt omgekeerd, zal de richting van de magnetische flux die wordt gecreëerd door de hoofdstroomspoel in de kern van de sluitspoel veranderen, d.w.z. de magnetische flux van de primaire stroomspoel zal gericht zijn tegen de magnetische flux van de houdspoel en bij een bepaalde waarde van de primaire stroom zal de kern van de sluitspoel worden gedemagnetiseerd en zullen de openingsveren de onderbreker openen. De reactiesnelheid wordt in sterkere mate bepaald doordat in de kern van de schakelspoel de magnetische flux afneemt, terwijl in de kern van de hoofdstroomspoel de magnetische flux toeneemt.

Om ervoor te zorgen dat de schakelaar het circuit uitschakelt wanneer de stroom boven de ingestelde doorlaatstroom stijgt, wordt de richting van de stroom in de houdspoel zo gekozen dat de magnetische flux van de houdspoel in de kern van de sluitspoel wordt gericht tegen de magnetische flux van de hoofdstroomspoel, wanneer de voorwaartse stroom er doorheen vloeit.In dit geval, als de basisstroom toeneemt, neemt de demagnetisatie van de sluitspoelkern toe, en bij een bepaalde waarde van de basisstroom, gelijk aan of hoger dan de instelstroom, gaat de onderbreker open.

De afstemstroom wordt in beide gevallen aangepast door de stroomwaarde van de houdspoel te wijzigen en door de opening δ1 te wijzigen.

De grootte van de houdspoelstroom wordt aangepast door de grootte van de extra weerstand die in serie is geschakeld met de spoel te variëren.

Het wijzigen van de opening δ1 verandert de magnetische fluxweerstand van de primaire stroomspoel. Naarmate de spleet δ1 afneemt, neemt de magnetische weerstand af en daarom neemt de grootte van de breekstroom af. De spleet δ1 wordt gewijzigd met behulp van de stelschroef 11.

De afstand 82 tussen de aanslagen 14 en de wangen van de armatuurhefboom 15 in de aan-stand van de schakelaar kenmerkt de kwaliteit van het sluiten van de hoofdcontacten en moet binnen 2-5 mm liggen. De plant produceert sleutels met een opening δ2 gelijk aan 4-5 mm. De grootte van de spleet 82 bepaalt de rotatiehoek van de contacthefboom 19 om de as 20.

De afwezigheid van een spleet 82 (aanslagen 14 zijn in contact met de wangen van de ankerhefboom 15) duidt op slecht contact of gebrek aan contact tussen de hoofdcontacten. Een afstand δ2 van minder dan 2 of meer dan 5 mm geeft aan dat de hoofdcontacten alleen aan de onder- of bovenrand contact maken. Het verschil δ2 kan klein zijn vanwege de hoge slijtage van de contacten, die dan worden vervangen.

Als de afmetingen van de contacten voldoende zijn, wordt de opening δ2 aangepast door het hele schakelmechanisme langs het frame van de stroomonderbreker te verplaatsen.Om het mechanisme te verplaatsen, worden twee bouten losgemaakt die het mechanisme aan het frame bevestigen.

De afstand tussen de hoofdcontacten in de open positie moet gelijk zijn aan 18-22 mm. Het indrukken van de hoofdcontacten voor schakelaars met een nominale stroom tot en met 2000 A moet in het bereik van 20-26 kg liggen, en voor schakelaars met een nominale stroom van 3000 A - binnen 26-30 kg.

In afb. 2, b toont het beweegbare systeem van de schakelaar met de aanduiding van de slijtagegrens van de contacten. Het beweegbare contact wordt als versleten beschouwd wanneer afmeting B kleiner wordt dan 16 mm, en het vaste contact wanneer afmeting A kleiner wordt dan 6 mm.

In afb. 3 toont een gedetailleerd regelschema van de stroomonderbreker VAB-2.Het schema zorgt voor de levering van een kortstondige puls aan de sluitspoel en staat niet toe dat herhaaldelijk wordt ingeschakeld wanneer de aan / uit-knop lang wordt ingedrukt, d.w.z. voorkomt "rinkelen". De houdspoel wordt continu met stroom geladen.

Om de schakelaar in te schakelen, drukt u op de knop «Aan», waardoor het circuit van de spoelen van de schakelaar K en de blokkerende RB wordt gesloten. In dit geval wordt alleen de schakelaar geactiveerd die het circuit van de inschakelspoel VK sluit.

Zodra het anker de stand «Aan» inneemt, sluiten de hulpcontacten voor het sluiten van de vermogenschakelaar BA en openen de contacten voor het openen. Een van de hulpcontacten omzeilt de spoel van schakelaar K, waardoor de stroomkring van de inschakelspoel wordt verbroken. In dit geval wordt de volledige netspanning op de spoel van het RB-blokkeerrelais gezet, dat na activering de contactgeverspoel weer met zijn contacten manipuleert.

Om de schakelaar weer te sluiten, opent u de aan/uit-knop en sluit u deze weer.

De parallel aan de DC-houdspoel geschakelde ontladingsweerstand CP dient om de nullast-overspanning van de spoel te verminderen. De instelbare LED-weerstand biedt de mogelijkheid om de stroom van de houdspoel te variëren.

De nominale stroom van de houdspoel bij 110 V is 0,5 A en de nominale stroom van de sluitspoel bij dezelfde spanning en parallelle aansluiting van de twee secties is 80 A.

Rijst. 3. Elektrisch schema voor besturing vermogensschakelaar VAB-2: Uit. — uit-knop, DC — houdspoel, LED — extra weerstand, CP — ontladingsweerstand, BA — hulpcontacten schakelen, LK, LZ — rode en groene signaallampen, Incl. — aan/uit-knop, K — magneetschakelaar en zijn contact, RB — blokkeerrelais en zijn contact, VK — sluitspoel, AP — automatische schakelaar

Schommelingen in de spanning van de werkcircuits zijn toegestaan ​​van - 20% tot + 10% van de nominale spanning.

De totale tijd om het circuit los te koppelen van de VAB-2 stroomonderbreker is 0,02-0,04 sec.

Het doven van de boog, wanneer de stroomonderbreker het circuit onder belasting verbreekt, vindt plaats in de booggoot door middel van een magnetische burst.

De magnetische opblaasspoel is meestal in serie geschakeld met het vaste hoofdcontact van de schakelaar en is een draai van de hoofdrail, waarbinnen zich een kern van stalen strip bevindt. Om het magnetische veld in de boogzone in de contacten te concentreren, heeft de kern van de magnetische explosiespoel in de schakelaars pooldelen.

De boogdovende kamer (fig. 4) is een platte doos gemaakt van asbestcement, waarin twee longitudinale scheidingswanden 4 zijn gemaakt.In de kamer is een hoorn 1 geïnstalleerd, waarbinnen de rotatieas van de kamer passeert.Deze hoorn is elektrisch verbonden met het beweegbare contact. Een andere hoorn 7 is bevestigd op een stationair contact. Om een ​​snelle overgang van de boog van het beweegbare contact naar hoorn 1 te garanderen, mag de afstand van de hoorn tot het contact niet meer zijn dan 2-3 mm.

De elektrische boog die optreedt bij het uitschakelen tussen contacten 2 en 6 onder invloed van een sterk magnetisch veld van de magnetische opblaasspoel 5 wordt snel over de hoorns 1 en 7 geblazen, verlengd, gekoeld door de tegenstroom van lucht en de wanden van de kamer in nauwe sleuven tussen partities en worden snel gedoofd. Het wordt aanbevolen om keramische tegels te plaatsen in de kamerwanden in het gebied voor het doven van de boog.

Boogbluskamers voor stroomonderbrekers voor spanningen van 1500 V en meer (Fig. 5) verschillen van kamers voor spanningen van 600 V in grote afmetingen en de aanwezigheid van gaten in de buitenmuren voor de uitgang van gassen en een extra apparaat voor magnetische ontploffing .

Rijst. 4. Vlamboogkamer van de stroomonderbreker VAB -2 voor een spanning van 600 V: 1 en 7 - hoorns, 2 - beweegbaar contact, 3 - buitenmuren, 4 - longitudinale scheidingswanden, 5 - magnetische explosiespoel, 6 - vast contact

Rijst. 5. Kamer voor boogdoving van stroomonderbreker VAB -2 voor een spanning van 1500 V: a — camerakamer, b — boogdovend circuit met een extra magnetische burst; 1 — beweegbaar contact, 2 — vast contact, 3 — magnetische slagspoel, 4 EN 8 — hoorns, 5 en 6 — hulphoorns, 7 — hulpmagnetische slagspoel, I, II, III, IV — boogpositie tijdens blussen

Het apparaat voor extra magnetisch blazen bestaat uit twee hulphoorns 5 en 6, waartussen de spoel 7 is aangesloten.Terwijl de boog wordt verlengd, begint deze te sluiten door de hulphoorns en de spoel, die door de stroom die er doorheen vloeit , zorgt voor een extra magnetische schok. Alle camera's hebben metalen tegels aan de buitenkant.

Voor een snelle en stabiele booguitdoving moet de opening tussen de contacten minimaal 4-5 mm zijn.

Het lichaam van de schakelaar is gemaakt van een niet-magnetisch materiaal - silymine - en is verbonden met een beweegbaar contact, dus tijdens bedrijf staat het onder volledige werkspanning.

BAT-42 Automatische DC-schakelaar met hoge snelheid

Werking van DC-stroomonderbrekers

Tijdens bedrijf is het noodzakelijk om de toestand van de hoofdcontacten te controleren. De spanningsval daartussen bij nominale belasting moet binnen 30 mV liggen.

Het oxide wordt met een staalborstel (borstelen) van de contacten verwijderd. Wanneer ze doorzakken, worden ze verwijderd met een vijl, maar de contacten mogen niet worden ingevoerd om hun oorspronkelijke platte vorm te herstellen, omdat dit tot snelle slijtage leidt.

Het is noodzakelijk om de wanden van de boogbluskamer periodiek te reinigen van koper- en steenkoolafzettingen.

Bij het reviseren van een DC-schakelaar wordt de isolatie van de houd- en sluitspoelen ten opzichte van het lichaam gecontroleerd, evenals de isolatieweerstand van de wanden van de boogkamer. De isolatie van de boogkamer wordt gecontroleerd door spanning aan te leggen tussen de belangrijkste beweegbare en vaste contacten met de kamer gesloten.

Voordat de schakelaar na reparatie of langdurige opslag in gebruik wordt genomen, moet de kamer 10-12 uur worden gedroogd bij een temperatuur van 100-110 ° C.

Na het drogen wordt de kamer op de schakelaar gemonteerd en wordt de isolatieweerstand gemeten tussen de twee punten van de kamer tegenover de beweegbare en vaste contacten wanneer deze open zijn. Deze weerstand moet minimaal 20 Ohm zijn.

De instellingen van de stroomonderbreker worden in een laboratorium gekalibreerd met stroom verkregen van een laagspanningsgenerator met een nominale spanning van 6-12 V.

Op het onderstation worden stroomonderbrekers gekalibreerd met belastingsstroom of met behulp van een belastingsreostaat bij een nominale spanning van 600 V. Een methode voor het kalibreren van DC-schakelaars kan worden aanbevolen met behulp van een kalibratiespoel van 300 windingen PEL-draad met een diameter van 0,6 mm, gemonteerd op de kern van de hoofdstroomspoel. Door een gelijkstroom door de spoel te sturen, wordt de waarde van de stroominstelling ingesteld op basis van het aantal ampère-windingen op het moment dat de schakelaar wordt uitgeschakeld. De eerder geproduceerde schakelaars van de eerste versie onderscheiden zich van de schakelaars van de tweede versie door de aanwezigheid van een olieklep.