7-6. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПРИВОДАМИ
Для ряда выключателей промышленностью изготавливаются только электромагнитные приводы на постоянном токе.
При установке на энергообъекте с переменным оперативным током хотя бы одного такого выключателя требуется решить вопрос о выпрямительном устройстве для питания электромагнита включения привода. Мощность выпрямительного устройства должна достигать 20—50 квт при питании одного электромагнита. Для этой цели широко применяются полупроводниковые выпрямители. Они обладают рядом существенных преимуществ перед выпрямителями других типов: простотой, малыми габаритами, низкой стоимостью и простотой эксплуатации.
Полупроводниковые выпрямители могут быть селеновыми, меднозакисными (купроксными), германиевыми и кремниевыми.
Наибольшее распространение в настоящее время в силовых цепях получили селеновые выпрямители, что объясняется наличием опыта эксплуатации их и налаженным промышленным производством.
Выпрямительное устройство. На рис. 7-6,а показана одна из схем селенового выпрямительного устройства (ВУ) для питания электромагнитов включения приводов.
Устройство собирается по трехфазной мостовой схеме из селеновых элементов, количество которых в каждом плече определяется напряжением, подводимым к устройству, и допустимым обратным напряжением на элемент. Перегрузка селеновых элементов по напряжению не допускается. Количество параллельных ветвей n0 выпрямительного устройства выбирается по номинальному выпрямленному току одного селенового элемента Iн и по току нагрузки Iэ. Нагрузкой обычно считают одни электромагнит включения. При подсчете учитывается кратковременный характер нагрузки (до 1 сек), и поэтом у количество ветвей выбирается таким, чтобы перегрузка выпрямительного устройства по току в момент включения выключателя не превышала 10-кратного номинального тока выпрямителя. Исходя из этого, получим:
Коэффициентом 0,9 учитывается неравномерное распределение тока по ветвям; А — кратность перегрузки.
Выпрямительные устройства могут собираться и по другим схемам: однополупериодной, двухполупериодной мостовой и т. п. При наличии на объекте более двух выключателей с электромагнитными приводами целесообразно устанавливать одно выпрямительное устройство (рабочее) для централизованного питания всех электромагнитов включения. Необходимо также иметь резервное устройство. Схема включения показана на рис. 7-5,б.
Рабочее устройство включается на холостой ход, т. е. постоянно подключено со стороны переменного тока к источнику питания. Длительная работа устройства (холостой ход) обеспечивает постоянную электрическую подформовку селеновых элементов обратным током. Рабочее выпрямительное устройство питает магистраль постоянного тока распределительного устройства. Выпрямленное напряжение в этой сети при холостом ходе ВУ составляет около 310 в при напряжении переменного тока 220 в. При включении нагрузки (электромагнита включения) среднее значение выпрямленного напряжения снижается до 220 в за счет внутреннего падения напряжения в выпрямителе.
Схема управления выключателем с электромагнитным приводом. На рис. 7-6 показана одна из схем управления и сигнализации выключателя с электромагнитным приводом. Схема управления питается от шинок 1ШУ и 2ШУ через индивидуальные предохранители 1ПР и 2ПР.
При отключенном выключателе и наличии напряжения в схеме реле 1РП подтянуто и его замыкающий контакт в цепи реле РП замкнут. При подаче ключом управления КУ команды на включение выключателя срабатывает реле РП к своими контактами включает контактор КП. Выключатель включается и своим блок-контактом снимает питание с реле 1РП и РП. Контактор КП отключается.
Назначением реле 1РП является блокировка выключателя от многократных включений на короткое замыкание. При включении на короткое замыкание выключатель отключается от релейной защиты. Если импульс на включение от ключа продолжает поступать, то обмотка реле 1РП оказывается закороченной контактом ключа КУ и размыкающими контактами 1РП, так как реле 1РП обесточилось при включении выключателя. В результате цепь реле включения РП оказывается разорванной замыкающим контактом 1РП. Включение выключателя блокируется до тех пор, пока не будет снят включающий импульс. Сопротивление 1C необходимо для предотвращения короткого замыкания при закорачивании реле 1РП, а сопротивление 2С ограничивает напряжение на обмотке подтянутого реле 1РП в связи с тем, что индуктивные сопротивления отпавшего и подтянутого реле различны.
В цепь контактора КП включены три контакта реле РП, снимающие включающий импульс после завершения операции включения. Эти контакты заменяют замедленный размыкающий блок-контакт выключателя, так как в приводе он один и используется в цепи обмоток реле 1РП и РП. Последовательное включение контактов реле РП облегчает гашение дуги при размыкании цепи КП.
Контактор КП, рассчитанный на 220 а, в первый момент включается на повышенное напряжение, так как в сети выпрямленного тока напряжение при холостом ходе может быть более 300 в.
Рис. 7-6. Схема управления и сигнализации выключателя с электромагнитным приводом.
Однако такая кратковременная перегрузка для контактора неопасна, так как он выполнен с достаточным запасом. Схема включения выключателя принята двухступенчатой (реле РП и контактор КП) из- за отсутствия контактора с обмоткой переменного тока и контактной системой для постоянного тока.
Электромагнит отключения привода должен питаться постоянным током. В схеме па рис. 7-6 для этой цели используется энергия предварительно заряженной батареи конденсаторов. Заряд конденсаторов производится от зарядного устройства УЗ-400. Это устройство (рис. 7-6,г) включает в себя повышающий трансформатор с ответвлениями для подгонки зарядного напряжения, меднозакисные выпрямители*, включенные по однополупериодной схеме, а также поляризованное реле РП сигнализации пробоя выпрямителей устройства или конденсаторов батареи и реле напряжения PH, которое отсоединяет своим замыкающим контактом устройство от нагрузки, предотвращая разряд конденсаторов при снижении и исчезновении напряжения питания.* Вместо меднозакисных выпрямителей могут быть использованы выпрямители Д7Ж или Д-205.
Рабочее напряжение конденсаторной батареи и зарядного устройства 400 в. Такое напряжение в устройстве получается за счет повышающего трансформатора. Напряжение батареи 400 в при номинальном напряжении электромагнита отключения 220 в принято для уменьшения емкости конденсаторов, так как запасенная в конденсаторе энергия пропорциональна емкости и квадрату напряжения. При этом достигается значительная экономия в размерах батареи конденсаторов. Оптимальная величина емкости 100 мкф.
Экспериментальная проверка подтверждает безупречную работу электромагнитов 220 в при напряжении конденсаторов 400 в. Ориентация па рабочее напряжение батареи конденсаторов 400 в позволяет сохранить обычный уровень изоляции аппаратуры и проводов вторичных схем.
Зарядное устройство заряжает батарею емкостью 100 мкф за 0,7 сек, а емкостью 40 мкф за 0,3 сек. При замыкании контактов ключа управления КУ или реле защиты конденсатор 2Е разряжается на электромагнит отключения ЭО и выключатель отключается. Большим преимуществом такой схемы является то, что даже при полном обесточении объекта конденсаторы готовы к действию. Импульсный характер тока в цепи отключения облегчает работу контактов реле. В результате появляется возможность отказаться от блок-контактов выключателя в цепи отключения и, таким образом, устраняется одно из слабых мест в оперативных цепях. В ряде случаев отпадает также необходимость в контроле исправности цепи отключения*.
Одно зарядное устройство может служить для заряда нескольких конденсаторных батарей общей емкостью 500 мкф. Поэтому для исключения одновременного разряда всех батарей, питающих разные цепи, при замыкании контакта аппарата какой-либо одной цепи в схему вводятся полупроводниковые диоды (1B и 2В). Сопротивление С (1500—2000 ом) служит для защиты зарядного устройства, ограничивая ток короткого замыкания.
Для выполнения сигнализации аварийного отключения выключателя в схему введено двухпозиционное реле 2РП — реле фиксации включенного положения выключателя. Применение двухпозиционного реле исключает возможность переориентации его при кратковременных посадках напряжения. При включении выключателя реле 2РП замыкает свой контакт в цепи аварийной сигнализации. Если выключатель отключается самопроизвольно или от релейной защиты, то реле 2РП не переориентируется и сигнальное реле 1РУ сигнализирует аварийное отключение выключателя.
Сигнализация неисправности зарядного устройства УЗ-400 осуществляется сигнальным реле 2РУ, а сигнализация положения выключателя — лампами ЛЗ и ЛК.
Схема управления выключателем со специальной отключающей приставкой. Для отключения выключателя с электромагнитным приводом, кроме использования энергии заряженных конденсаторов, может быть применена отключающая приставка к приводу, заменяющая в нем электромагнит отключения. Такне приставки в настоящее время еще не изготовляются серийно промышленностью.
* Следует отметить, что при установке на объекте с оперативным переменным током ячеек КРУ необходимость контроля цепей управления сохраняется, так как возможность обрыва цепи отключения на скользящих контактах ячейки весьма вероятна.
Производство их освоено на ремонтном заводе энергосистемы Мосэнерго (завод РЭТО). Отключающая приставка сконструирована таким образом, что установка ее на приводе не требует никаких переделок в нем, так как механизм отключения привода остается без изменения. Принцип работы приставки таков: при включении выключателя производится подготовка к операции отключения: механизм приставки заводится (сжимается пружина) и становится на защелку (рис. 7-7,а). Отключение выключателя обеспечивается воздействием предварительно сжатой пружины приставки на механизм отключения привода при расцеплении заведенного механизма приставки. Расцепление отключающего механизма приставки производится электромагнитами с токовыми обмотками от релейной защиты или электромагнитом с обмоткой напряжения при дистанционном отключении. Эти электромагниты встроены в приставку. Благодаря использованию для отключения усилия сжатой пружины мощность электромагнитов, необходимая только для расцепления механизма, невелика: токовых — порядка 20—30 ВА, напряжения — 60—90 ВА. Для предварительного сжатия пружины приставки используется заводящий электромагнит, мощность которого составляет 500—700 вт. На рис. 7-7,б показана схема управления, разработанная в Мосэнергопроекте для выключателей, привод которых имеет отключающую приставку.
При включении выключателя контактами реле РП подается напряжение на контактор КП и одновременно на заводящий электромагнит ЭЗ отключающей приставки. Этот электромагнит заводит пружину приставки еще до завершения операции включения, чтобы релейная защита могла отключить выключатель при включении его на короткое замыкание. Для этого блок-контакт В в цепи ЭЗ отрегулирован так, что он размыкается до завершения операции включения. Дистанционное отключение выключателя производится подачей напряжения ключом управления КУ на отключающий электромагнит ЭО приставки. Схемы цепей включения выключателя выполнены аналогично схеме на рис. 7-6.
При наличии устройств автоматического включения выключателя выполняется контроль исправности цепи включения, для чего вводится в схему (рис. 7-7,б) реле РПО. Контроль этот неполный, так как контролируется не вся цепь включения. Однако блок-контакт выключателя и предохранители, т. е. наиболее уязвимые элементы цепи, находятся под релейным контролем.
Схема сигнализации выключателя с отключающей приставкой аналогична схеме на рис. 7-6. Отличие состоит лишь в том, что сигнализация отключенного положения выключателя осуществляется лампой ЛЗ от контакта реле РПО, а сигнализация обрыва цепи — контактом реле РПО и блок-контактом выключателя. Обрыв цепи сигнализируется звуковым сигналом и погасанием ламп ЛЗ и ЛК. Применение приставки расширяет область применения схем с оперативным переменным током и позволяет, как и в ранее описанном варианте с зарядным устройством, использовать простые и надежные электромагнитные приводы.
