а) Сухие полупроводниковые выпрямители.
За последнее время нашли широкое применение меднозакисные и селеновые выпрямительные устройства. Преимущества этих выпрямительных устройств те, что они всегда готовы к действию, имеют довольно длительный срок службы, не требуют специального ухода и занимают мало места. Из элементов этих выпрямителей можно легко собирать устройства (батареи) необходимого тока и напряжения в зависимости от мощности приводов. Так как выпрямительная установка для питания привода работает весьма кратковременно, то допускаемая плотность тока на один элемент может быть повышена. Обратное напряжение тоже может быть повышено, так как опасность теплового пробоя почти отсутствует.
В нормальных условиях работы одна выпрямительная установка может обслуживать группу приводов выключателей с общим количеством до 40 операций включения за 30 мин при любых интервалах между операциями. Для одновременного включения двух выключателей требуется соответственно выпрямительная установка большей мощности.
Меднозакисные выпрямители надежно работают в пределах рабочей температуры от 0 до +35° С, причем верхний предел температуры обусловлен допущенным количеством операций включения и температурой старения меднозакисных элементов. Нижний предел обусловлен значительным уменьшением выпрямительного напряжения с понижением температуры выпрямителя.
Селеновые выпрямители нормально работают в диапазоне температур окружающей среды — 40° С до + 35° С, в то время как меднозакисные выпрямители при отрицательных температурах требуют специального подогрева. Кроме того, селеновые выпрямители допускают кратковременную перегрузку до 400%. Поэтому для приводов управления, предназначенных для работы на открытой части подстанции при колебаниях температуры, следует применять селеновые выпрямители.
Селеновые выпрямители, рекомендуемые заводом «Электроаппарат» для питания электромагнитных приводов к выключателям высокого напряжения, собраны из элементов диаметром 100 мм и не имеют контактных шайб. На отсутствие контактных шайб указывает буква Б в обозначении типа выпрямителя (например, ВС-140Б).
Рекомендуемые числа элементов, схемы соединений и номинальное напряжение катушки включения привода для различных напряжений сети переменного тока и различных мощностей привода указаны в табл. 8-1.
Таблица 8-1
Примечание. В таблице приняты следующие обозначения: А — число фаз питающей сети; Р — мощность привода (потребление из сети при неподвижном сердечнике); Uл —линейное напряжение питающей сети; Uном — номинальное напряжение катушки включения привода; Б — выпрямление по полупериодам; В — число параллельных ветвей в плече выпрямителя; Г— число последовательно включенных элементов в плече; Д— полное число элементов в выпрямителе.
На рис. 8-4 приведена принципиальная схема управления приводом при питании его от двухполупериодного селенового выпрямителя. Для питания катушки привода на 220 в постоянного тока от сети 220 в трехфазного тока при мощности привода менее 22 квт должен быть применен выпрямитель на 22 квт.
Рис. 8-4. Принципиальная схема привода при его питании от двухполупериодного селенового выпрямителя. П — предохранитель; К — контактор; КСУ— контакт в цени включающего соленоида привода; Вкл— включающая кнопка; ВС— селеноид включения; С— селеновый выпрямитель.
Иногда по условиям работы батарею из селеновых выпрямителей помещают либо в отдельный ящик с естественным охлаждением, либо в бак с трансформаторным маслом.
При помещении селеновых выпрямителей в бак с трансформаторным маслом выпрямители защищены от внешних влияний и имеют лучшие условия охлаждения. Имеются данные об эксплуатации селеновых выпрямителей с охлаждением в масле. Эта батарея (рис. 8-5) состояла из 4 ветвей на фазу по 22 шайбы в ветви, т. е. с общим числом шайб на фазу 88. В течение 5 мес. эксплуатации было произведено 450 включений, при этом температура масла не изменилась. Во время испытаний выпрямитель выдержал 20 включений подряд с интервалом 7—10 сек, причем никаких изменений в выпрямителе не наблюдалось.
На подстанции одного трамвайно-троллейбусного управления инж.
Б. С. Зубрицким были применены селеновые выпрямители ВС-100 (рис. 8-6), соединенные по трехфазной мостовой схеме, причем питание выпрямителей производится только во время включения выключателя. В остальное время выпрямители находятся без напряжения. Эксплуатация этих выпрямителей дала положительные результаты на протяжении около 10 лет.
Рис. 8-5. Схема питания привода типа ПС-10 через селеновые выпрямители.
ВС —селеновый выпрямитель; КТ — контактор переменного тока; 1КП и 2КП — контакторы постоянного тока; 1КB и 2КВ — блок-контакты выключателей; 13В и 2ЭВ — электромагниты включения выключателей; 1К и 2К — кнопки включения выключателей; 1П — предохранитель на 20 а; 2П — предохранитель на 35 а.
Рис. 8-6. Схема питания привода типа ПС-10 от селеновых выпрямителей, соединенных по трехфазной мостовой схеме.
1—цепь отключения от релейной защиты; 2 — реле блокировочное; 3 — контактор для включения выключателя; 4 — блок-контакты; 5 — магнитный пускатель; 6— селеновые выпрямители; 7—отключающая катушка; 8—кнопка деблокировки; 8— электромагнит включения; ЛK— лампа красная; ЛЗ—лампа зеленая.
б) Ионные выпрямители с жидким катодом.
О применении выпрямителей типа игнитрон для питания приводов к высоковольтным выключателям были опубликованы работы Л. К. Грейнера и Η. Н. Никифоровского.
Схемы с игнитронами дают следующие преимущества: 1) возможность управления большими мощностями посредством коммутации во вспомогательной цепи; 2) допускают высокую перегрузку; 3) позволяют регулирование процессов зажигания; 4) не требуют ухода; 5) имеют легкую взаимозаменяемость, обусловленную стандартным исполнением игнитронов.
Рис. 8-7. Схема ионного выпрямителя, питающего группу приводов.
1 — игнитроны; 2 — полупроводниковые выпрямители в цепи зажигания; 3—обмотки приводов; 4—шунтирующие сопротивления.
Ионные выпрямители могут одновременно обслуживать два или несколько приводов большой мощности. В этом случае по данным эксперимента вполне пригоден ионный выпрямитель, собранный в трехфазную схему (рис. 8-7). Эта схема, помимо игнитронов, содержит вентили в цепи зажигания (например, меднозакисные), нагрузку в виде обмоток приводов, активное шунтирующее сопротивление и контакторы. Активное сопротивление необходимо в связи с тем, что при работе игнитронов на высокоиндуктивную нагрузку (обмотки приводов к выключателям) немедленное возбуждение рабочей дуги с включением цепи зажигателей оказывается затрудненным, так как в этом случае необходимо некоторое время для нарастания тока в зажигателях до величины, минимально необходимой для ионизации.
Введение в схему сопротивления позволяет одновременно с включением цепи зажигателей получить в них ток, достаточный для возбуждения рабочей дуги. Иначе говоря, введение в цепь сопротивления позволяет сократить оперативное время включения выключателя. Кроме того, включение в цепь сопротивления позволяет активно воздействовать и на ускорение процесса затухания тока в цепи привода, поддерживаемого энергией магнитного поля привода после размыкания цепи зажигателей. Ионный выпрямитель, собранный в трехфазную мостовую схему, при междуфазном напряжении 220 в без специальной трансформации напряжения и при нормальных обмотках приводов может обслуживать нагрузку мощностью до 60—70 квт, допуская в пределах приводимой величины одновременное включение группы приводов. Диапазон возможных температур окружающей среды проверен экспериментально в пределах от 0 до +35° С.
При включении ингитронов по однофазной схеме требуется введение специальной трансформации напряжения или применение специальных обмоток приводов на более низкие напряжения. Внешняя характеристика однофазных выпрямителей менее благоприятна, чем у трехфазных, а загрузка колб относительно больше. Отсюда следует, что применение однофазных схем для приводов менее целесообразно, чем трехфазных схем.
Кроме меднозакисных, селеновых и ионных выпрямителей с жидким катодом могут быть применены плоские германиевые выпрямители, которые в значительной степени повысят эффективность устройства и уменьшат его габаритные размеры.
