Приводы коммутационных устройств

Приводы выключателей служат для ручного и автоматического включения и отключения выключателя и удерживания его во включенном положении.

Привод выключателя должен обеспечивать необходимую надежность работы, осуществлять дистанционное управление выключателем при требуемом быстродействии, иметь малые размеры, потреблять небольшое количество электроэнергии. В соответствии с назначением привод имеет три основные части: включающее устройство, удерживающий механизм и отключающее устройство. Включающее устройство имеет разнообразное исполнение, в зависимости от которого приводы делятся на электромагнитные, пружинные, пневматические и др. Отключающее устройство и удерживающий механизм аналогичны для многих типов приводов. Масляные и электромагнитные выключатели снабжены мощными отключающими пружинами, которые до начала операции «отключено» должны быть заведены и заперты. Назначением отключающего устройства является освобождение пружин, что выполняется электромагнитом небольшой мощности. Потребляемый ток электромагнита отключения составляет 2…3 А.

Удерживающий механизм в большинстве выключателей (кроме воздушных) выполнен в виде механизма свободного расцепления, который отсоединяет механизм привода от механизма выключателя при его отключении. Выключатели ВМП-10 могут работать с пружинными и электромагнитными приводами. Электромагнитный привод (ПЭ-11, ПС-10) встроен в выключатель, состоит из механизма свободного расцепления (механическая часть привода), электромагнитов – включающего и отключающего (рис. 2.27), обеспечивает возможность дистанционного управления выключателем. Ниже описана работа привода ПС-10.

Рис. 2.27. Механизм свободного расцепления привода типа ПС-10

Вал выключателя жестко связан с валом привода 8, на котором закреплен рычаг 7. Дополнительно в состав механизма входят три одинаковых рычага 6, 11, 9, два рычага 13, 15, защелка 4 с пружиной 3, ролик 5, электромагнит включения 2 со штоком 1, электромагнит отключения 19 со штоком 18 и упор 17. Соединение всех рычагов шарнирное, оси 10 и 16 неподвижны. Для включения выключателя необходимо подать напряжение на электромагнит включения, шток которого выталкивает ролик 5 на верх защелки 4 и через рычаги 6 и 7 поворачивает вал 8. Последний замыкает контакты выключателя и одновременно заводит отключающую пружину. После этого питание с электромагнита включения снимается и шток опускается. Однако ролик будет находиться в верхнем положении, и, следовательно, вал привода и выключатель не повернутся из-за жесткой связи рычагов 9, 13, 15: центральный шарнир 14 лежит ниже прямой, проходящей через шарниры 16, 12, а упор 17 мешает смещению рычагов вниз.

При подаче питания на электромагнит отключения 19 шток 18 ударяет по шарниру 14, который выходит из мертвого положения. Система рычагов 15 и 13 ломается, и ролик 5 соскальзывает вниз в паз защелки 4. Освобожденный вал выключателя приходит в движение, и под действием отключающих пружин происходит отключение выключателя. Одновременно рычаги 6 и 7 уходят вниз, привод готов к последующему включению.

Привод ПЭ-11 (рис. 2.28), работает аналогично, но конструктивно несколько отличается.

Рис. 2.28. Общий вид привода:

1 – электромагнит отключения;

2 – рычаг; 3 – корпус; 4 – собачка отключающая; 5 – кнопка ручного отключения; 6, – болт упора;

7 – сердечник; 8 – основание магнитопровода с буфером;

9 – катушка электромагнитного включения; 10 – собачка удерживающая; 11, 12 – ролики;

13 – серьга; 14 – рычаг, удерживающая механизм привода

во включенном положении

Для работы электромагнитного привода необходимо иметь источник постоянного тока (аккумуляторная батарея, мощный выпрямитель) напряжением 110 или 220 В (рис. 2.29).

Потребляемый ток электромагнита включения YАС равен 200…250 А, в связи с чем он получает питание от отдельных шинок EY через дугогасительные контакты контактора КМ. Для уменьшения размеров катушки принимают повышенные значения плотности тока в обмоточном проводе, поэтому обмотка рассчитана только на кратковременную работу. Продолжительность включения электромагнита в работу ограничивается размыкающим вспомогательным контактом выключателя Q, имею-щим механическую связь с валом привода выключателя и разрывающим питание катушки контактора КМ сразу по завершении операции «включено». Аналогичный замыкающий контакт Q подготавливает цепь питания электромагнита отключения YAT.

Рис. 2.29. Схема управления выключателем с электромагнитным приводом

Схема управления электромагнитным приводом имеет блокировку от «прыгания», выполненную с помощью реле KL1 и имеющего токовую обмотку и обмотку напряжения. Одновременно реле используется и для подхвата командного импульса на отключение при кратковременном действии защиты. В случае включения выключателя на КЗ произойдет его отключение при срабатывании релейной защиты. При этом импульс тока на отключение пройдет по токовой обмотке KL1, что повлечет за собой размыкание цепи катушки контактора КМ и подачу импульса на отключение. Реле удерживается в этом положении с помощью обмотки напряжения, благодаря чему исключается подача импульса на электромагнит включения. Снятие блокировки от «прыгания» производится подачей сигнала отключения через универсальный переключатель. При наличии у выключателя дополнительных вспомогательных контактов, непосредственно связанных со штоком электромагнита отключения (привод ПС-10), блокировка от «прыгания» может быть выполнена с их помощью без реле KL1.

Положительными качествами электромагнитных приводов являются простота конструкции, высокая надежность, соответствие тяговых характеристик привода характеристике противодействующих сил. В то же время необходимость использования постоянного тока, большое потребление энергии и значительный расход меди являются недостатками этих приводов.

Для быстрой подготовки привода к следующему включению выключателя в силовой части привода 2 и в клапанном устройстве 1 предусмотрены отверстия для выхода использованного воздуха в атмосферу, в результате чего поршень со штоком под действием пружины 6 быстро возвращается в исходное положение. Энергия, необходимая для нескольких повторных включений, аккумулируется в ресивере сжатого воздуха. Номинальное давление в зависимости от мощности привода колеблется в пределах 1…2 МПа. Оперативный постоянный ток необходим для управления пусковыми клапанами с помощью небольших электромагнитов. Пневматические приводы такого типа устанавливаются на масляных выключателях. Пневматические приводы воздушных выключателей имеют обычно поршневые устройства двойного действия, т.е. с подачей воздуха в пространство над и под поршнем. В этом случае надобность в механизме свободного расцепления отпадает, что упрощает конструкцию, позволяет увеличить быстродействие выключателя и ускорить процесс автоматического повторного включения. Система управления воздушным выключателем должна обеспечить замыкание и размыкание контактов выключателя и отделителя, подачу воздуха для гашения дуг и выхлоп его в атмосферу в процессе отключения. Таким образом, система управления состоит из дутьевых клапанов, поршневых устройств, воздуховодов, механических передач и клапанов с электромагнитами управления.

На рис. 2.32 даны разрез полюса, на котором показан общий для трех полюсов дифференциальный клапан, аналогичный вышеописанному и расположенный внутри резервуара, и принципиальная пневматическая схема управления, соответствующая отключенному положению выключателя. Схему следует рассматривать совместно с электрической схемой управления выключателем (рис. 2.33).

Рис. 2.32. Принципиальная пневматическая схема управления

выключателем ВВП-35

Срабатывание электрических и пневматических устройств происходит в следующей последовательности [37]. Для включения выключателя подается командный импульс на электромагнит включения YAC 36. Якорь электромагнита включения открывает пусковой клапан 3, и сжатый воздух из резервуара 15 по трубам 5 и 4 поступает через дроссельную шайбу 34 в цилиндр привода 29 под поршень 28. Поршень, перемещаясь, поворачивает вал 26 против часовой стрелки. Шарнирно связанные с валом изоляционные штанги 24 поворачивают вокруг оси 18 ножи отделителя 23 и врубают их в неподвижные контакты отделителя 30.

Рис. 2.33. Электрическая схема управления выключателем ВВП-35:

SF - автоматический выключатель питания цепей управления; SA - ключ управления; УАС(ЭВ), УАТ(ЭО) - электромагниты включения и отключения пневматического привода выключателя; QF - вспомогательные контакты

выключателя QF, QSG - вспомогательные контакты заземляющих ножей разъединителей QS; KL - реле блокировки от прыганья;

KQC, KQT - реле контроля положения выключателя; КД - реле контроля давления воздуха; SP - контакт электроконтактного манометра;

KQ, KW, KZ - промежуточные реле; PQF - счетчик числа срабатываний выключателя; R - добавочные сопротивления; С - емкость;

X - вилка сталевара

Вал 26 с помощью тяги 32 переключает вспомогательные контакты выключателя QF 33, подготовляя цепи для последующего отключения. После размыкания контактом цепи электромагнита включения УАС пусковой клапан 3 закрывается, и подача сжатого воздуха на поршень привода 28 прекращается. Во включенном состоянии выключателя элементы схемы находятся в следующем положении: ножи отделителя включены, поршень 28 привода отделителя 29 в крайнем правом положении, замыкающие контакты QF замкнуты, размыкающие разомкнуты.

Для отключения выключателя подается командный импульс на электромагнит отключения YAT 37. Электромагнит открывает пусковой клапан 2, и сжатый воздух по трубке 6 поступает под поршень 10, перемещает его и открывает клапан 11, в результате чего сжатый воздух из-под поршня дифференциального клапана 12 (из нижней полости) через отверстие выбрасывается в атмосферу.

Поршень дифференциального клапана 12 перемещает клапан 14 и открывает доступ воздуха из резервуара через опорные изоляторы 16 в дугогасительные камеры 20 и в камеры-глушители 22. Под действием сжатого воздуха подвижный контакт 19 сдвигается вверх, возникшая дуга между неподвижным 17 и подвижным 19 контактами сдувается на контрэлектрод 21 и гасится потоком сжатого воздуха. Во время подачи воздуха в дугогасительные камеры 20 сжатый воздух по трубке 25 поступает через шайбу дроссельную 31 под поршень привода 28 и перемещает его. При этом вал 26 поворачивается по часовой стрелке, и ножи отделителя 23 с помощью штанг 24 отключаются.

Вспомогательные контакты 33 QF с помощью тяги 32 переключаются и подготовляют цепь для последующего включения. В целях сокращения расхода воздуха при отключении в схему управления введен пневматический клапан отсечки 7, при помощи которого закрытие дутьевого клапана 14 начинается раньше, чем пусковой клапан 2 закроется.

Клапан отсечки 7 работает следующим образом. Когда воздух подается в гасительные камеры 20, он одновременно по трубке 13 поступает на поршень 9 через штуцер с шариком S, перемещает поршень, и клапан отсечки 7 закрывает подачу воздуха на поршень 10. Сжатый воздух из-под поршня 10 через отверстие выбрасывается в атмосферу, клапан 11 закрывается, и в нижней полости давление поднимается, клапан 14 под действием пружины закрывается. Для надежности удержания клапана отсечки 7 в открытом положении осуществляется параллельная подача сжатого воздуха на поршень 9 через клапан 27 по трубкам 35 и 1.

Поставляемый комплектно с выключателем распределительный шкаф 38 содержит блок пневматических клапанов с фильтром для очистки воздуха от механических примесей, редукторный клапан, электроконтактный манометр, кнопочное устройство и другие вспомогательные элементы. Кнопочное устройство служит для неоперативного местного пневматического отключения выключателя.

Пневматический привод имеет малое время включения (меньше 0,3 с), тяговая характеристика круто нарастает и легко регулируется изменением сечения отверстия для подачи сжатого воздуха. Характеристики привода не изменяются при частых включениях. Однако требуется специальная подготовка воздуха в виде сушки, очистки, создания рабочего давления порядка 2…4 МПа.

В пружинном приводе энергия, необходимая для включения выключателя, аккумулируется в мощных включающих пружинах, которые заводятся двигателем небольшой мощности (поряд-ка 1 кВт) или вручную. Окончание заводки пружины фиксируется замыканием контакта путевого выключателя SQ1 (рис. 2.34).

Рис. 2.34. Схема управления выключателем с пружинным приводом

на переменном оперативном токе

Для дистанционного включения выключателя Q необходимо электромагнитом УАС освободить защелку включающих пружин. Движение через систему рычагов передается на подвижные контакты полюсов выключателя. Одновременно замыкается контакт SQ2, включая электродвигатель М завода включающих пружин.

Отключение выключателя происходит при подаче питания на электромагнит отключения YAT, шток которого воздействует на механизм свободного расцепления привода. Возможно автоматическое повторное включение выключателя (АПВ), но не менее чем через 5…10 с после первого включения. Сигнал срабатыванию АПВ дает реле времени КТ при замкнутом разъеме X_и замкнувшихся контактах реле KL аварийного отключения выключателя. Потребляемая мощность электромагнитов при вытянутом сердечнике не более 500 ВА на переменном токе и 300 Вт на постоянном.