Малообъёмные масляные и вакуумные выключатели

Электромагнитный привод с магнитной защелкой

Электромагнитный привод может находиться в двух устойчивых положениях - ОТКЛЮЧЕНО и ВКЛЮЧЕНО.

Фиксация якоря в  этих положениях производится без применения механических защелок, и обеспечивается:

силой упругости отключающей  пружины в положении ОТКЛЮЧЕНО;

силой, создаваемой остаточным магнитным потоком кольцевого постоянного  магнита, в положении ВКЛЮЧЕНО.

Операция включения  и отключения производится путем  подачи управляющих импульсов напряжения разной полярности на однообмоточную катушку электромагнитного привода.

Вакуумные дугогасительные  камеры

В момент размыкания контактов  в вакуумном промежутке коммутируемый  ток инициирует возникновение электрического разряда, называемого «вакуумная дуга». Существование вакуумной дуги поддерживается за счет металла, испаряющегося с  поверхности контактов в вакуумный  промежуток. Плазма, образованная ионизированными  парами металла, является проводником  тока и поддерживает его протекание между контактами до момента перехода тока через ноль. В этот момент дуга гаснет, а оставшиеся пары металла  мгновенно (за 7-10 микросекунд) конденсируютсУна поверхности контактов и других деталей дугогасительной камеры, восстанавливая электропрочность вакуумного промежутка. В это же время на разведенных контактах восстанавливается  приложенное к ним напряжение. Если при восстановлении напряжения на поверхности контакта (как правило, анода) остаются перегретые участки, они  могут служить источником эмиссии  заряженных частиц, вызывающих пробой вакуумного промежуткам последующим  протеканием тока через него. Для  избежания подобных отказов необходимо управлять вакуумной дугой, равномерно распределяя тепловой поток по всей поверхности контактов. Наиболее эффективным  способом управления дугой является наложение на нее продольного (сона-правленного  с направлением тока) магнитного поля, которое индуцируется самим током. Данный способ применен в вакуумных  дугогаси-тельных камерах, которые  разработаны и производятся предприятием «Таврида Электрик». Эта конструкция  имеет явные преимущества: Высокая  отключающая способность Минимальные  габариты и вес Малая величина тока среза (4-5 ампер), ограничивающая коммутационные перенапряжения до безопасных величин Продольное магнитное поле минимизирует коммутационный износ контактов (эрозию) и обеспечивает значительный коммутационный ресурс.

В отключенном положении  выключателя контакты вакуумной  камеры (ВДК) удерживаются в разомкнутом  состоянии действием отключающей  пружины, которое передается на подвижный  контакт ВДК посредством тягового изолятора. Для включения модуля на обмотку электромагнитного привода разряжается предварительно заряженный включающий конденсатор блока управления. Импульс тока, протекающего по обмотке электромагнитного привода в результате разряда конденсатора, создает магнитное поле в зазоре между якорем и плоским магнитопроводом.

По мере роста тока в обмотке электромагнитного  привода сила электромагнитного  притяжения между якорем и плоским  магнитопроводом возрастает до величины, превышающей силу удержания, создаваемую  пружиной отключения. В этот момент якорь привода начинает двигаться  по направлению к магнитопроводу, толкая тяговый изолятор и подвижный  контакт ВДК (линия 1 на рисунке). В  процессе движения якоря по направлению  к магнитопроводу воздушный зазор  уменьшается, благодаря чему сила притяжения якоря увеличивается. Быстро растущая электромагнит-чая сила стремительно ускоряет движущиеся части модуля до скорости примерно 1 м/с.

По мере роста тока в обмотке электромагнитного  привода сила электромагнитного  притяжения между якорем и плоским  магнитопроводом возрастает до величины, превышающей силу удержания, создаваемую  пружиной отключения. В этот момент якорь привода начинает двигаться  по направлению к магнитопроводу, толкая тяговый изолятор и подвижный  контакт ВДК (линия 1 на рисунке). В  процессе движения якоря по направлению  к магнитопроводу воздушный зазор  уменьшается, благодаря чему сила притяжения якоря увеличивается. Быстро растущая электромагнит-чая сила стремительно ускоряет движущиеся части модуля до скорости примерно 1 м/с. Такая скорость является оптимальной для процесса включения и позволяет избежать дребез- га контактов при их соударении, существенно снижая при этом вероятность  пробоя вакуумного промежутка до момента  замыкания контактов (линия 2 на рисунке). Ускоряющийся якорь генерирует в  витках обмотки электромагнитного  привода противо-ЭДС, которая препятствует дальнейшему нарастанию тока в обмотке  и даже несколько снижает его (участок 1-2 на рисунке). В момент замыкания контактов (линия 2 на рисунке) подвижный контакт останавливается, а якорь продолжает свое движение еще на 2 миллиметра, поджимая контакты через пружину дополнительного поджатия контактов. Достигнув плоского магнитопровода, якорь останавливается, примагнитившись к магнитопроводу привода (линия 2а на рисунке). В момент остановки якоря он перестает индуцировать противо-ЭДС, что приводит к росту тока, необходимого для насыщения кольцевого постоянного магнита до достижения им необходимых магнитных свойств (участок 2а-3 на рисунке). Намагниченный до насыщения кольцевой магнит создает мощный остаточный магнитный поток, достаточный для удержания якоря привода (и соответственно, контактов модуля) во включенном положении даже после отключения включающего тока вспомогательным контактом (линия 3 на рисунке).

Испытания на стойкость  к механическим воздействиям показали, что усилие удержания, развиваемого постоянным магнитом, достаточно для  того, чтобы удерживать модуль во включенном положении так долго, как это  необходимо по условиям эксплуатации, даже при воздействии вибрационных и ударных нагрузок. Отключающая  пружина привода также сжимается  в процессе движения якоря, накапливая потенциальную энергию для выполнения операции отключения модуля. Перемещение  якоря передается на синхронизирующий вал, поворачивая его в процессе перемещения на угол 44°, для обеспечения  индикации состояния модуля, управления вспомогательными контактами и приведения в действие блокировочных механизмов распредустройства.

Для отключения выключателя  на обмотку электромагнитного привода  разряжается предварительно заряженный отключающий конденсатор блока  управления, обеспечивающий протекание через обмотку в течение 15-20 миллисекунд  тока в направлении, противоположном  току включения (участок 4-5 на рисунке). Ток отключения частично размагничивает постоянный магнит, ослабляя силу магнитного притяжения якоря к плоскому магнитопроводу. Совместное воздействие отключающей пружины и пружины дополнительного поджатия контактов является достаточным для того, чтобы «оторвать» примагниченный якорь от магнито-провода (линия 4а). Возникающий воздушный зазор в приводе резко уменьшает силу притяжения, якорь под действием пружин интенсивно разгоняется и после 2 миллиметров свободного движения рывком увлекает за собой тяговый изолятор и подвижный контакт ВДК. Усилие стартового рывка на подвижном контакте может достигать величины 2000 Н, что позволяет эффективно разрывать точки микросварок на поверхности контактов, которые могут возникать из-за термического воздействия токов короткого замыкания.

Размыкание контактов  происходите интенсивным ускорением, способствуя достижению максимальной отключающей способности модуля (линия 5 на рисунке).

По достижении якорем крайнего положения контакты ВДК  удерживаются в разомкнутом состоянии  усилием отключающей пружины, которое  передается на подвижный контакт  посредством тягового изолятора. Перемещение  якоря передается на синхронизирующий вал, поворачивая его в процессе перемещения на угол 44°, для обеспечения  индикации состояния модуля, управления вспомогательными контактами и приведения в действие блокировочных механизмов распредусгройства.

Вывод

В ходе работы мы изучили  конструкцию, принципом действия, основными техническими данными малообъёмных масляных выключателей, а также вакуумных выключателей. Изучили назначение рабочих и дугогасительных контактов. Были исследованы особенности работы дугогасительной камеры при отключении масляным выключателем малых токов.