Переключающие устройства с гашением дуги в вакууме находятся в стадии опытно-промышленного внедрения и применяются в настоящее время в специальных преобразовательных трансформаторах различного назначения (РНТА-10/400 В), а также в трансформаторах для питания печей, установок электролиза в т. п. (РНТА- 35/1000 В).
Характеристика устройств приведена ниже:
Номинальное напряжение, кВ 10 35
Номинальный ток переключения, А 400 1000
Максимальный ток переключения, А 800 2000
Максимальное напряжение ступени, В 1000 2000
Число ступеней регулирования До 18
Время одного переключения от электропривода, с 3
Сопротивление токоограничивающего резистора.
Ом 3,26
Емкость защитного конденсатора, мкФ .... 0,025
Переключающее устройство состоит из контактора, избирателя и предызбирателя. Избиратель и предызбиратель монтируются внутри бака трансформатора, а контактор — в отдельном кожухе, позволяющем извлекать контактор для осмотра и ревизии. Электрическая схема приведена на рис. 1.
Контактор переключающего устройства представляет собой сочетание работающих в масле замыкателей с главными контактами V и вспомогательных контактов V/ и VII с вакуумными дугогасительными камерами с разрывными контактами II, III и IV. Главные контакты — замыкатели / и V предназначаются для пропуска тока нагрузки в рабочем режиме трансформатора и между циклами переключений, контакты II, III и IV вакуумных дугогасительных камер непосредственно разрывают и замыкают цепь тока в процессе переключений ответвлений обмоток, вспомогательные контакты VI и V г/ подготавливают схему к очередному циклу переключений ответвлений.
Рис. 1. Электрическая схема вакуумного устройства типа РНТА-35/1000 В-
К — контактор; И — избиратель; 3 — замыкатель; ВК — вакуумная камера; ТО токоограничивающий резистор; С — защитный конденсатор: ПИ — предызбиратель
Контакты вакуумных дугогасительных камер рассчитаны на кратко- временное пропускание рабочего (номинального) тока трансформатора и поэтому в нормальном режиме шунтируются замыкателями. Замыкатели всегда размыкают контакты раньше контактов дугогасительной камеры, которую они шунтируют, и замыкают их всегда после замыкания контактов дугогасительной камеры. Контакты замыкателей не рвут дуги, так как всегда закорочены контактами камеры, характеризующейся небольшими индуктивностью и сопротивлением.
Контакты вакуумных дугогасительных камер работают во время переключения: контакты камеры III и одной из камер II и. и IV разомкнуты, а контакты камер IV или II замкнуты и зашунтированы контактами соответствующих замыкателей V или I.
Контакты V/ и VII размыкаются и замыкаются только при разомкнутой контактами камеры III цепи, т. е. без тока. Они в замкнутом состоянии подключают токоограничивающее сопротивление R параллельно контактам камер II или IV, подготавливая к переключению контакты нечетной или четной ветви избирателя. Сопротивление ограничивает ток регулируемой ступени обмотки в процессе переключения ответвлений. Для защиты от внешних (импульсных) и внутренних (коммутационных) перенапряжений электрическая цепь контактора шунтирована защитным конденсатором С.
В отличие от рассмотренных ранее систем, где переключение контактов быстродействующего контактора происходит под действием пружины при возвратно-поступательном движении кулисы привода, в контакторе устройства с вакуумными камерами переключение контактов осуществляется при вращении кулачкового барабана.
Барабан приводится во вращение внутренним горизонтальным валом, связанным коническими передачами с приводом, и своими кулачками воздействует на рычажные системы, управляющие контактами замыкателей и камер. По характеру переключения работа контактов замыкателей отличается от работы контактов вакуумных камер.
Кинематическая схема переключающего устройства выполнена так, что контакты замыкателей в цикле переключения работают в начале и в конце движения барабана, а контакты камер переключаются в середине цикла.
Первые 60° барабан вращается вместе с внутренним валом с постоянной частотой, и работают контакты замыкателей. При дальнейшем повороте еще на угол 54е барабан, удерживаемый фиксатором, стоит, но при этом заводится одна из моментных пружин. Затем, освобождаясь от фиксации, барабан под действием моментной пружины быстро срабатывает, поворачиваясь с переменной угловой скоростью в течение 0,1 с на угол около 30° и приводя своими кулачками в действие рычажную систему управления контактами вакуумных камер. Контакты камер срабатывают. В течение этого периода вал барабана успевает повернуться всего на угол 6°.
Для обеспечения необходимой частоты вращения барабана под действием запасенной энергии пружины, а также обеспечения «ведения» барабана в начале и конце цикла переключения поводковым пружинам дается предварительный натяг. Чем больше этот предварительный натяг, тем быстрее будет «свободно» вращаться барабан, но скорость его поворота должна обеспечивать надежную работу дугогасительных контактов. Поэтому максимальный предварительный натяг ограничивается поворотом пружин на угол 100°. Регулировка этого натяга осуществляется поворотом пружинодержателей на требуемый угол «подзакручивания». Для этого имеются три винта, позволяющие разворачивать пружинодержатель на валу.
Для исключения колебательного процесса движения барабана под действием поводковых пружин применена система жидкостных тормозов, обеспечивающая демпфирование и превращающая колебательный процесс торможения в апериодический.
Последние примерно 40° барабан вращается равномерно вместе с внутренним валом, как при повороте на первые 60°, приводя в работу контакты замыкателей. Размыкание и замыкание подвижных контактов в дугогасительных вакуумных камерах происходит со скоростью не менее 0,3 м/с, а подвижных контактов замыкателей со скоростью не более 0,2 м/с.
Кулачковый барабан имеет две поводковые пружины: при вращении вала по часовой стрелке момент создает пружина со стороны Привода, а при вращении против часовой стрелки — пружина со стороны фиксатора на противоположном конце вала. Один конец каждой пружины закреплен в пружинодержателе, жестко сочлененном с валом, а другой связан с кулачковым барабаном.
В контакторе устанавливаются дугогасительные камеры. Камера представляет собой вакуумированный баллон с вольфрамовыми неподвижным и подвижным контактами. Контактодержатель подвижного контакта выведен наружу и имеет возможность перемешаться в осевом направлении при размыкании и замыкании контактов. Соосность контактов при движении обеспечивается направляю щей втулкой. Ход контактов в камере 3±0,2 мм. Полный износ контактов камеры допускается 5 мм, но после износа 2 мм производится регулировка хода подвижного контакта при осмотре или ревизии контактора.
Завод-изготовитель проверяет течеискателем плотность камеры, которая имеет высокую надежность вакуума, что обеспечивает электрическую прочность камеры в течение нескольких лет хранения.
Для контроля работы контактора в нем установлены два контактных датчика с нормально открытыми и нормально закрытыми контактами. Датчик контроля работы быстродействующей системы кулачкового барабана (задний блок защиты) срабатывает от движения фиксатора в момент освобождения барабана и остается замкнутым в течение этапа быстродействия, т. е. при переключении контактов дугогасительных камер. При правильной работе переключающего устройства время замкнутого состояния контакта датчика не должно быть более 250 мс. Датчик установлен на раме контактора со стороны защелки фиксатора и может быть использован дли запуска осциллографа при проверке последовательности работы дугогасительных контактов.
Второй датчик (передний блок защиты) смонтирован на внутренней противоположной стороне рамы контактора. Его контакты срабатывают в начальный момент переключения и контролируют правильность работы механизма. Цепи контактов датчика выведены на ряд зажимов, установленный на верхней части рамы контактора.
Избиратель переключающего устройства весь диапазон регулирования осуществляет за 18 оборотов входного вала, используя при этом девять контактов; десятый контакт используется лишь для реверсирования регулировочной обмотки или переключения обмотки грубой ступени регулирования.
При первом переключении после изменения направления вращения привода переключения ответвлений не происходит, так как подвижные контакты избирателя не изменяют своего положения. Переключение контактов избирателя во всех случаях заканчивается ранее начала работы контактов контактора.
Привод избирателя собран таким образом, что при вынутом контакторе фиксатор избирателя препятствует переключению избирателя от приводного механизма. При установке контактора фиксатор автоматически открывается. Такая конструкция исключает возможность нарушения взаимного положения контактора и избирателя и их правильного сочленения.
Предызбиратель переключающего устройства расположен на подвижном цилиндре корпуса, соосном с валом избирателя. Ведущий поводок на наружном валу избирателя приводит в движение вилку, ось которой неподвижна. Вилка через поводок, закрепленный в подвижном корпусе, поворачивает корпус вокруг оси и тем самым переключает контакты предызбирателя, реверсируя регулировочную обмотку или переключая грубую ступень регулирования.
Наладка переключающего устройства с вакуумными камерами включает проверку электрической прочности вакуумных дугогасительных камер; проверку датчиков защиты, контактного давления ножей замыкателей и величину хода контактов в них; испытание конденсатора; снятие круговой диаграммы; проверку времени срабатывания контактора и отсутствия разрыва цепи тока.
Проверка электрической прочности вакуумных камер требует согласно заводским указаниям извлечения их из контактора, а это возможно только на вынутом контакторе. Чтобы извлечь контактор из бака трансформатора, необходимо:
а) установить приводом переключающее устройство в положение I (первое положение);
б) перекрыть маслопроводы между расширителем и баком и слить необходимое количество масла, открыть люк в крышке трансформатора;
в) отсоединить провода (на раме контактора), соединяющие ряд зажимов и проходные изоляторы, и кабельные связи обмоток трансформатора с фазами избирателя;
г) отвинтить два болта, крепящие раму контактора со стойками рамы избирателя, после чего подъемным устройством строго вертикально поднять за рым-болт контактор;
д) отметить положение замыкателей: на первом положении привода должны быть замкнуты контакты V и VII замыкателей (маркировка выбита на торце неподвижных контактов);
е) отсоединить защитный конденсатор, для чего снять перемычки от шин контактора и камер.
Камеры испытываются повышенным напряжением 20 кВ частоты 50 Гц в течение 1 мин. Для испытания разводятся контакты камеры (ход контактов 3±0,2 мм) Отдельные разряды внутри камеры допускаются.
Если камера длительно хранилась, то перед вводом в эксплуатацию ее подвергают воздействию переменного напряжения, повышая его значение постепенно до значения испытательного напряжения. При возникновении пробоев в камере делают выдержку на данном уровне до исчезновения пробоев и лишь после этого повышают напряжение. Камера бракуется, если значение пробивного напряжения менее 20 кВ для новой камеры и менее 15 кВ для камеры, бывшей в эксплуатации. Поскольку контакты камеры III всегда открыты в любом фиксирующем положении переключающего устройства, камера III испытывается без каких-либо дополнительных манипуляций. Для испытания камер II и IV необходимо разомкнуть их контакты переключением контактора, для чего на большую шестерню конической передачи горизонтального вала со стороны привода надевается специальная ручка, поставляемая комплектно с трансформатором. После испытания камер повышенным напряжением производят несколько переключений для проверки правильности работы систем управления.
Испытание камер повышенным напряжением возможно на установленном контакторе. Для этого снимаются шинные соединители контактора с избирателем, и к от водам шин со стороны контактора подсоединяются выводы испытательного устройства. Испытания камер в таком виде производятся только по согласованию с представителями завода-изготовителя. Для испытания повышенным напряжением камер используется аппарат д. я испытания изоляции типа АИИ-70 с установкой его автоматического выключателя в положение «чувствительно». Частичные или отдельные разряды внутри камер при испытаниях, если при их возникновении не отключается от защиты испытательный аппарат, допускаются и не являются основанием для браковки вакуумной камеры.
Датчики защиты проверяются путем подключения электросекундомера к контактам 2 и 3 ряда зажимов на корпусе контактора. Измеряется время срабатывания контактов датчика. Оно не должно быть более 500 мс (0,5 с). После этого к контактам 4 и 5 ряда зажимов для проверки датчика от задержки переключения со стороны привода подключаются лампочки (или пробник) и проверяется угол, на который необходимо повернуть кулачковый барабан в цикле включение — отключение датчика. Этот угол должен быть не менее 20° от нулевого положения барабана.
При ревизии контактора перед установкой его в бак трансформатора следует измерить контактное давление ножей замыкателей. Проверка производится при помощи сигнальных лампочек или щупа толщиной не более 0,05 мм с применением динамометра.
Контактные давления должны быть для ножей замыкателей 5,5±5 Н, для губок шинных соединителей 75+ ±5 Н, для токосъема (рессор) вакуумных камер 80± ±20 Н в момент отрыва от замкнутого подвижного контакта камеры.
Проверка хода подвижных контактов замыкателей. Подвижные контакты замыкателей должны входить на глубину не менее 10 мм. Если ход меньше этого значения, производится регулировка его при помощи штанг рычажной системы замыкателей. Проверяется расстояние между неподвижным и подвижным контактами замыкателей I или V в разомкнутом состоянии. Кратчайшее расстояние между этими контактами должно быть в пределах 28—32 мм.
Испытание защитных конденсаторов мегаом метром на напряжение 2500 В, сопротивление изоляции между выводами конденсаторов должно быть не менее 10 МОм.
Конденсаторы должны выдерживать без каких-либо разрядов испытательное напряжение постоянного тока 2500 В в течение 10 с. Для испытаний конденсаторы отсоединяются от схемы снятием перемычек вакуумных камер.
Снятие круговой диаграммы. Круговая диаграмма переключающего устройства снимается при вставленном в бак контакторе для проверки правильности сочленений валов контактора и избирателя (предызбирателя). На электрической схеме (рис. 2) устройства приведен пример соединений с регулированием на линейном конце обмотки, хотя устройство может применяться для регулирования напряжения в нейтрали или при обмотке, соединенной в треугольник.
Рис. 3. Снятие круговой диаграммы вакуумного переключающего устройства: о — электрическая схема; б — круговая диаграмма; KI, К// —контакторы И1, И2 — избиратели; ПИ — предызбиратель; Л1, Л2 — сигнальные лампы; Б — источник питания; ГС — грубая ступень (зачерченная часть — контакты без тока, прерывистая часть — контакты замкнуты с током, незачерченная — контакты разомкнуты)
Для снятия круговой диаграммы собирают схему, показанную на рис. 25, а для одной фазы. Методом сигнальных ламп снимают круговую диаграмму. Медленно вращая рукоятку привода, производят переключение ответвлений с 9-го на 11-е положение и обратно на 9-е, наблюдая при этом за загоранием и погасанием сигнальных лампочек Л1 и Л2. Момент срабатывания контактора фиксируется на слух и по миганию ламп. Угол поворота отсчитывается по лимбу на крышке привода, а в случае его отсутствия по самодельной шкале, разделенной на 360° и закрепленной на крышке привода. Стрелка в этом случае изготавливается из проволоки и закрепляется у нониусной муфты на вертикальном выходном валу привода.
Рассмотрим диаграмму на одном цикле переключателя, например, с 9-го на 10-е положение.
Исходное положение: у избирателя замкнуты контакты 8 и 9, у контактора замкнуты и замыкатель 5 и их камеры 4 замыкатель 3 разомкнут; лампочка Л2 горит, a Л1 — не горит.
При повороте рукоятки привода через 72° гаснет лампа Л2, так как подвижный контакт избирателя четких ступеней разомкнут с ламелью ответвления 6, а через 156° лампа Л2 загорается, так как контакт замкнулся с ламелью ответвления 10.
Через 228° срабатывает контактор, при этом лампочки мигают, так как происходит переключение контактов: камера II и замыкатель 1 замыкаются, а замыкатель V и камера IV размыкаются. Загорается лампочка Л1, а лампочка Л2 гаснет.
Далее, при переключении с положения 10 на положение 11 через 72° поворота вертикального вала гаснет Л/, так как подвижный контакт нечетной ступени избирателя разомкнётся с ламелью 9-го ответвления, а через 156° лампочка Л1 загорится, так как подвижный контакт замыкает ламель 11-го ответвления (1-го ответвлении) в связи с реверсированием обмотки контактами предызбирателя о промежутке, когда были разомкнуты контакты избирателя. Через 228" срабатывает контактор, подготавливая цепь к переключению на 12-е положение, и т. д.
При движении привода в противоположном направлении контакты избирателя и контактора работают в обратном порядке с той лишь разницей, что при изменении направления вращения в первом цикле переключения срабатывают лишь контакты контактора (дугогасительные камеры и замыкатели), а контакты избирателя не переключаются, так как подготовлены предыдущим переключением.
На рис. 3,6 приведена круговая диаграмма одной фазы переключающего устройства.
Переключающее устройство работает правильно, если угол Д между моментами замыкания подвижного контакта избирателя и срабатывания контактора не меньше 60°, а отклонение от типовой диаграммы в моменты коммутации контактов не превышает ±10°. Если круговая диаграмма не соответствует требованиям заводской инструкции, то производят регулировку привода либо при помощи нониусной муфты на вертикальном выходном валу привода, либо регулировкой сочленения угловых (конических) передач. После регулировки круговая диаграмма снимается повторно, чтобы убедиться в правильности произведенной регулировки. При снятии круговой диаграммы рекомендуется для получения более истинных результатов предварительно провернуть привод в том направлении, в каком будет сниматься диаграмма. Это необходимо, чтобы выбрать люфт в механических передачах привода. Так, для снятия диаграммы с 9-го положения до 11-го следует непосредственно перед снятием диаграммы провернуть привод с 7-го положения на 9-е и, наоборот, провернуть привод с 13-го положения д> 11-го перед снятием диаграммы с 11-го положения п< 9-е.
Проверка действия контактора.
Измеряется сначала время срабатывания контактора, для чего к контактам 2 и 3 ряда зажимов на корпусе контактора подсоединяется электросекундомер. Затем производят переключение устройства с 9-го положения на 11-е и обратно. Рекомендуется при этом вращать рукоятку привода равномерно. Время срабатывания контактов датчика не должно быть более 250 мс. Если это условие не соблюдается, производят регулировку датчика, изменяя расстояние между подвижным штоком и контактно» группой.
Отсутствие разрыва токовой цепи проверяется при измерении коэффициента трансформации на всех положениях путем наблюдения за контрольными приборами. При отсутствии разрыва цепи тока указатели приборов не имеют резких толчковых отклонений. Разрыв цепи свидетельствует о неправильной сборке и сочленении избирателя и контактора. В этом случае требуется тщательная ревизия переключающего устройства.
Осциллографирование работы контактора.
Завод-изготовитель производит осциллографирование контактора перед выпуском устройства и гарантирует его работу. Но учитывая условия транспортировки, длительности хранения, а также потребность в ревизии и ремонте контактора в процессе его наладки, может оказаться необходимым произвести осциллографирование действия контактов вакуумных дугогасидельных камер с целью контроля правильности работы кулачкового барабана и контактов камер после наладки. Осциллографирование является заключительным этапом наладки и производится после выполнения всех контрольных проверок механических и электрических характеристик переключающего устройства и привода.
Рис. 4. Осциллографирование вакуумного устройства: с — схема: б — типовая осциллограмма: Г — гальванометры: Б — источник питания: В — выключатель; I. V, Vl, VII — замыкатели; II, 111, IV — вакуумные камеры: и контакт замкнут; контакт разомкнут
При помощи снятия осциллограмм на осциллографе с применением вибраторов с собственной частотой не менее 1800 Гц и при скорости протяжки бумаги (пленки) не менее 0,5 м/с проверяют работу контактов контактора. Запуск осциллографа осуществляется от датчика защиты (контакты 2—3 на наборе зажимов, расположенном на раме контактора).
Для осциллографирования собирают схему, приведенную на рис. 4, а, вибраторы вставляют в рассечку между неподвижными контактами (верхними) и идущими к ним перемычками.
Исходное положение барабана при осциллографировании: стрелка указателя, расположенная на валу барабана, должна быть в вертикальном положении и совпадать с риской на фланце, контакторы замыкателей 5 и 7 при этом замкнуты.
Осциллографирование разрешается производить как от электрического, так и от ручного привода. В последнем случае не допускаются рывки и покачивания в движении рукояткой, ее поворачивают плавно со скоростью один оборот рукоятки за 6—7 с.
Контактор считается правильно работающим при соблюдении очередности работы контактов камер (например, при переключении с 9-го по 11-е положения): сначала размыкается контакт ///, замыкается контакт камеры IV, размыкается II и замыкается контакт III (положение с 9-го на 10-е),затем (с 10-го положения на 11-е) размыкается контакт ///, замыкается контакт II, размыкается контакт IV и снова замыкается контакт III. Осциллограммы приводятся на рис. 4, б. Вид осциллограмм сохраняется при изменении вращения кулачкового барабана (привода).
Переключающее устройство выдержало испытание, если:
а) вибрация контактов не превышает 8 мс;
б) время замкнутого состояния контакта дугогасительной камеры III не более 55 мс;
в) время от момента размыкания контакта камеры II (или IV) до момента замыкания контакта камеры IV (II) не менее 23 мс;
г) отсутствует отскок контактов в процессе переключения.
Замена дугогасительных камер. При необходимости замены дугогасительных камер извлекается контактор. Новые камеры испытываются на электрическую прочность. Проверяется от руки легкость хода подвижного контакта, в противном случае вывод подвижного контакта рекомендуется промыть в керосине.
Для замены камеры необходимо:
а) отсоединить гибкую перемычку от верхнего неподвижного контакта камеры;
б) ослабить стопорные болты, стягивающие резьбовую шайбу фланца камер (расположены под панелью камер);
в) снять защитный бакелитовый цилиндр и вывинтить камеру из гнезда, для чего свинтить нажимные гайки с подвижных резьбовых контактов. Для удобства контактор следует установить в положение, при котором контакты заменяемой камеры замкнуты;
г) установить новую камеру, ввертывая одновременно фланец камеры в гнездо на панели до упора фланца и резьбовой подвижный контакт в нажимную гайку. Затянуть стопорный винт. Установить ход контактов камеры 3+0,2 мм. Ход контакта зависит от относительного положения нажимной гайки и рычага. Нажимная гайка поворачивается после отжатия вниз до упора крайнего листа рессоры с закрепленной стопорной скобой. При повороте гайки на одну грань регулировка хода контактов составляет 0,2 мм.
Для проверки хода контактов камеры трижды производят измерение расстояния между нажимной гайкой и мерительной базой кронштейна камеры в замкнутом и разомкнутом состоянии контактов. За величину хода принимают среднеарифметическое их трех измерений.
Измерение хода контактов камеры III производится при помощи специальных болтов расцепления фиксатора. Эти болты после измерения камеры Ш удаляют.
