Типы быстродействующих выключателей

По способу автоматического отключения быстродействующие выключатели постоянного тока бывают с чисто пружинным и электромагнитно-пружинным отключением. В первом случае (выключатели БДА-20, БДА-3000/15, ВАБ-28ф) размыкание главных контактов осуществляют мощные пружины, обеспечивающие быстродействие выключателя. Во втором случае (выключатели ВАБ-2, АБ-2/4) отключение происходит в основном в результате взаимодействия электромагнитных полей, а пружины играют лишь вспомогательную роль и поэтому их выполняют относительно слабыми.
До середины 60-х годов были широко распространены на тяговых подстанциях железных дорог и метрополитенов выключатели ВАБ-2 (выключатель автоматический, быстродействующий, второй формы исполнения). Этот выключатель состоит из следующих основных частей: держащей катушки, предназначенной для удержания выключателя во включенном положении; включающей катушки 2, служащей для включения выключателя; катушки главного тока 3 (иногда называемой размагничивающим витком); якоря с подвижным контактом.
Держащая катушка, получающая питание от аккумуляторной батареи, создает магнитный поток, который преодолевает усилия растянутых пружин 8 и благодаря этому удерживает выключатель во включенном положении. Одновременно эти пружины стремятся повернуть контактный рычаг 6 вокруг оси 7 против часовой стрелки; при этом подвижный контакт нажимает на неподвижный.
При прохождении тока через катушку 3 возникает магнитный поток Ф3, Противоположный по направлению потоку Ф4, создаваемому держащей катушкой (рис. 41, б). В результате этого уменьшается сила, притягивающая якорь к сердечнику держащей катушки. При достижении тока уставки разность магнитных потоков, создаваемых держащей катушкой и катушкой главного тока, становится недостаточной для противодействия усилиям пружин, якорь отрывается от сердечника и контакты выключателя размыкаются.
Быстродействие выключателя достигается благодаря тому, что магнитный поток держащей катушки при автоматическом отключении не уничтожается, а вытесняется в левый сердечник и действует согласно с пружинами, стремящимися перевести якорь в отключенное положение.
Включение выключателя осуществляется путем подачи импульса на включающую катушку 2. Необходимо, чтобы ее магнитный поток совпадал по направлению с потоком держащей катушки. В этом случае при включении катушки 2 магнитный поток в среднем сердечнике увеличится, а в левом — уменьшится, что заставит якорь перейти из отключенного положения во включенное.
Для предотвращения ударов подвижного контакта о неподвижный в момент включения предусмотрено устройство, которое в выключателях старых выпусков представляет собой стопорный рычаг и поршень, перемещающийся в цилиндре, играющем роль масляного демпфера. В выключателях ВАБ-2 демпфер заменен магнитной защелкой, не позволяющей главным контактам замкнуться до тех пор, пока не будет обесточена включающая катушка.
Регулируют ток уставки выключателя ВАБ-2 регулировочным винтом 10, при изменении положения которого меняется величина воздушного зазора 6. В результате этого изменяется сопротивление магнитному потоку держащей катушки и, следовательно, величина уставки выключателя.
При отключении перегрузок и особенно коротких замыканий на расходящихся контактах выключателя возникает мощная дуга постоянного тока, которую нужно погасить, чтобы завершить процесс отключения. Поэтому быстродействующие выключатели снабжены специальными дугогасительными камерами, в которых дуга растягивается, частично охлаждается и гаснет. Камеры разделены асбоцементными перегородками, образующими узкие щели.
В первый момент отключения дуга возникает между главными контактами. Потом, под воздействием магнитного дутья, образуемого катушкой 7, дуга перекидывается на рога 2 и 6, а затем, удлиняясь, переходит на вспомогательные рога 3 и 5. К последним подключена дополнительная катушка магнитного дутья 4, находящаяся непосредственно в дугогасительной камере. При перебросе дуги на рога 3 и 5по катушке протекает ток, создающий дополнительное магнитное поле, под воздействием которого дуга еще больше растягивается и, попадая в щели между асбоцементными перегородками камеры, охлаждается и гаснет.
Быстродействующие выключатели снабжены индуктивными шунтами 2 (рис. 43), которые присоединены параллельно к размагничивающему витку 1. В наиболее простом исполнении индуктивный шунт представляет собой медную шину с надетым на нее пакетом из прессованных стальных листов.
Благодаря стальным пакетам шунт обладает значительно большим индуктивным сопротивлением, чем размагничивающий виток. Принцип действия индуктивного шунта заключается в том, что в нормальном режиме, при прохождении через выключатель постоянной по величине или медленно нарастающей нагрузки, распределение токов между размагничивающим витком и шунтом определяется только их омическим сопротивлением. В случае быстрого нарастания тока, которое происходит при коротком замыкании, распределение токов между размагничивающим витком и шунтом определяется главным образом соотношением их индуктивных сопротивлений, Благодаря большому индуктивному сопротивлению шунта через него протекает только незначительная часть тока, а основная часть проходит через размагничивающий виток. Уставка выключателя при этом снижается.
Особенно большое влияние на ток отключения быстродействующего выключателя индуктивный шунт оказывает при коротких замыканиях вблизи тяговых подстанций. В этих случаях из-за малого сопротивления сети до места повреждения скорость нарастания тока короткого замыкания очень велика (до нескольких сотен тысяч ампер в секунду).
Таким образом, индуктивный шунт ускоряет работу быстродействующего выключателя и уменьшает время, в течение которого агрегаты подстанции и элементы контактной сети находятся в тяжелом режиме короткого замыкания.
Быстродействующие выключатели некоторых типов (в частности, выключатели ВАБ-2) снабжены дифференциальными шунтами, действие которых более эффективно по сравнению с действием шунта, описанного выше. Выключатели ВАБ-2 — поляризованные и автоматически отключаются только при токе определенного направления. Поэтому они могут быть использованы как в качестве выключателей прямого тока (фидерных), так и в качестве выключателей обратного тока (катодных). Выключатели обратного тока различают по номинальному току и напряжению, а выключатели прямого тока — и по пределам регулировки их уставки. В табл. 4 приведены технические данные выключателей $АБ-2. В процессе эксплуатации выяснилось, что выключатели ВАБ-2 недостаточно надежно разрывают цепь короткого замыкания при больших мощностях выпрямительных агрегатов. Были случаи, когда дуга не гасилась, в результате чего выключатель выходил из строя. Для предотвращения этого на мощных тяговых подстанциях последовательно включают два выключателя ВАБ-2. Благодаря тому что они автоматически отключаются одновременно, гашение дуги каждым из них происходит в более легких условиях и не приводит к
Всесоюзным научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта на базе выключателя ВАБ-2 был разработан выключатель АБ-2/4. Благодаря конструкции дугогасительной камеры и устройству магнитного дутья отключающая способность этого выкл'ючателя значительно выше отключающей способности выключателя ВАБ-2. Выключатель АБ-2/4 широко применяют на тяговых подстанциях железнодорожного транспорта, особенно там, где установлено несколько мощных выпрямительных агрегатов.
Веерообразная дугогасительная камера выключателя имеет сильно развитые полюса, которые создают мощное магнитное дутье. Перегородки внутри камеры расходятся от центра веером и образуют лабиринтные щели. Внутри камеры расположены дугогасительные рога. Решетки 2 представляют собой пакет стальных пластин и служат для охлаждения и гашения дуги. Такое устройство камеры позволяет сильно растягивать дугу и способствует ее надежному гашению. Выключатели АБ-2/4 — поляризованные и поэтому могут быть использованы как в качестве катодных, так и в качестве фидерных. Технические данные их приведены в табл. 5.