ВКР (1227781), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Для аварийных режимов чаще применяют аппараты прямой защиты, для экстремальных – косвенной.

К аппаратам прямой защиты относятся быстродействующие выключатели (БВ и ВБ), на электровозах постоянного тока это БВП-3, БВП-3А, БВП-4, БВП-5, и БВП-18, а на электровозах переменного АБ-4 и ВБ-021.

Основное требование, предъявляемое к быстродействующему выключателю, как можно быстрее прекратить нарастание тока короткого замыкания и осуществить полный разрыв защищаемой цепи с тем, чтобы предотвратить повреждения каких-либо ее элементов.

На рисунке 2.2 показана кривая изменения тока к. з. во времени и интервалы времени, соответствующие этапам работы быстродействующего выключателя в процессе его выключения.

При выключении цепи контакторами или небыстродействующими автоматическими выключателями ток к. з. достигает установившегося значения I _{k max}; разрыв контактов быстродействующего выключателя и гашение дуги происходят много быстрее и ток к. з. не достигает установившегося значения, а ограничивается некоторым максимальным значением I _{в max} < I _{k max}.

Отношение k = I _{k max} / I _{в max} называют коэффициентом ограничения тока быстродействующим выключателем. Наибольшее значение I _{в max}, при котором выключатель может надежно отключить защищаемую цепь в наиболее тяжелых условиях – при наибольшем напряжении сети и наибольшей ее индуктивности, – называют его отключающей способностью.

Процесс выключения быстродействующего выключателя начинается после достижения тока уставки I_уст. Продолжительность интервала t₀ зависит от скорости нарастания тока к. з., определяемой параметрами защищаемой цепи и уставкой, которая должна превышать наибольший ток цепи в нормальном режиме работы.

Рисунок 2.2 – Зависимость i(t), характеризующая процесс выключения короткого замыкания

Интервал времени t_с.в от момента достижения тока уставки до начала расхождения контактов называют собственным временем выключателя. Собственное время определяется действием вихревых токов в магнитной системе выключателя, задерживающих изменение магнитного потока, необходимое для начала выключения, и перемещением деталей выключающего механизма, предшествующим началу расхождения контактов. Собственное время современных быстродействующих выключателей составляет 0,003–0,001 с.

В начале расхождения контактов между ними образуется мостик из расплавленного металла с малым сопротивлением, вследствие чего ток в течение интервала t_к продолжает нарастать. По окончании интервала t_к происходит полный разрыв контактов, сопровождающийся гашением дуги. Время гашения дуги t_г можно разбить на два интервала: время, в течение которого ток в цепи продолжает нарастать вследствие относительно малой длины дуги, и время, в течение которого ток уменьшается в заключительной стадии гашения дуги. Время гашения зависит от максимального тока I_{B max} и мощности дугогасящих устройств. Полное время выключения t_выкл = t_о + t _с.в + t_к + t_г. Для современных быстродействующих выключателей t_выкл = 0,01–0,02 с.

Защитные свойства выключателя определяются отключающей способностью, коэффициентом ограничения k и временем выключения. Отключающая способность возрастает с увеличением коэффициента ограничения, который в свою очередь растет при снижении собственного времени выключателя. Интенсификация дугогашения понижает ток I_{B max}, т. е. повышает коэффициент k и сокращает время t_вык. Однако при чрезмерно интенсивном дугогашении возрастают перенапряжения, возникающие вслед за обрывом дуги. Современные быстродействующие выключатели обеспечивают гашение дуги при умеренных значениях и затухание процесса без опасных перенапряжений.

На ЭПС применяют быстродействующие выключатели различных конструкций. Выключатели различаются магнитной системой, реагирующей на значение тока в цепи и задающей уставку, механизмом, обеспечивающим перемещение контактов при выключении и нажатие их при включенном выключателе, механизмом восстановления (включения) и системой дугогашения. Обычно выключатели имеют два силовых контакта и обеспечивают однократный разрыв цепи, выключение производится под воздействием пружин. Применяют электромагнитное или механическое с электромагнитным приводом устройство расцепления, а для восстановления – электропневматический привод. Дугогашение осуществляют, используя электромагнитное дутье и дугогасительные камеры различной конструкции.

В настоящее время применяют выключатели с электромагнитным устройством расцепления; электровозные выключатели имеют однократный разрыв и дугогасительную камеру с выхлопом дуги вверх, выключатели электропоездов – двухкратный разрыв и две двухщелевые камеры с выхлопом в горизонтальном направлении.

Быстродействующий выключатель выключается при размыкании цепи удерживающей катушки помощью кнопки БВ. Непосредственное выключение быстродействующего выключателя в случае превышения током уставки происходит под действием размагничивающих витков, расположенных на дополнительном сердечнике 2 (рисунок 2.3). Этот сердечник называют так же магнитным мостиком, или магнитным шунтом, поскольку поток Ф_у удерживающей катушки частично ответвляется через неге; через полюсы и якорь замыкается часть Ф^’_у этого потока.

Рисунок. 2.3 – Электромагнитная система БВ

Направление м. д. с. размагничивающих витков выбрано так, что создаваемый ею поток Ф^’_р в левой части (в цепи полюсов и якоря) направлен встречно потоку удерживающаей катушки, а в правой части Ф^’’_р – согласно с ним. Следовательно, при увеличении тока в размагничивающем витке полный поток Ф, проходящий через якорь и равный Ф^’_у – Ф^’_р, уменьшается и при некотором значении тока становится недостаточным для удержания якоря; в результате контакты выключателя размыкаются. Размагничивающее действие усиливается тем, что вследствие насыщения правой части магнитной цепи увеличение потока Ф"_р вызывает уменьшение Ф_у, а следовательно, и Ф^’_у. Для регулирования тока уставки в правой части магнитопровода предусмотрены три винта 5, при вывертывании которых ослабляется поток Ф_у. Значения уставки для различных положений винтов отмечены делениями на калиброванной пластине. При быстром возрастании потока Ф_р в удерживающей катушке наводится э. д. с., направленная против тока, и ток в катушке уменьшается, что вызывает уменьшение потока Ф_у по сравнению со статическим значением его и снижение уставки. Иначе говоря, при быстром изменении потока Ф_р происходит такое изменение м. д. с. удерживающей катушки, которое стремится удержать поток Ф_у + Ф_р на первоначальном уровне. Этому способствуют также вихревые токи, наводимые в правой части магнитной системы. Вихревые токи в левой части задерживают уменьшение полного потока Ф^’_у – Ф^’_р. В соответствии с этим правой частью магнитопровода 4 выполняют из массивной стали, а левую (полюсные наконечники 2 и якорь) – из листовой. Таким образом, быстродействующий выключатель обладает свойством ускоренного действия при тяжелых к. з, т. е. при больших значениях I_kmax, так как такие короткие замыкания сопровождаются большей скоростью нарастания тока и соответственно при меньшем i_k происходит размагничивание полюсов удерживающего электромагнита до значения уставки. Другими словами, выключатель имеет тем меньшую динамическую уставку, чем больше

В рассматриваемых БВ предусмотрена система автоматического изменения тока уставки в зависимости от интенсивности нарастания тока к. з. I_у (di_кз / dt) путем шунтирования размагничивающей катушки. Это позволяет несколько снижать значение I_mах. Для анализа неустановившихся процессов в этом случае используем метод гармонической аппроксимации, заключающийся в том, что часть процесса нарастания тока рассматривают как 1/4 периода аппроксимирующей синусоиды (рисунок 2) с амплитудой I _{в max} периодом Т_а ≈ 4Т ≈ 2(t ₀ + t_{c в} + t _k + t _г) и угловой частотой ω= 2π / Т_а. При неустановившихся режимах можно рассматривать и рассчитывать систему переменного тока с параметрами, приведенными на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Электрическая схема отключающей системы БВ

Для установившихся режимов кривые распределения токов рисунок 2.5 в параллельных цепях размагничивающей катушки 1 и шунта 2 зависит от их активных сопротивлений.

(2.1)

(2.2)

Обычно принимают R_ш ≈ 0,6R_pв, что соответствует I_рв ≈ 0,4I_уст.

Рисунок.2.5 – Кривые распределения токов

Токи уставки (срабатывания) I_уст должны соответствовать току в размагничивающей катушке при di / dt →0.

(2.3)

Для условий к.з. имеет место другая зависимость.

Если отношение индуктивностей цепей L _ш / L _{p в} значительно превосходит отношение сопротивлений r _ш / r _р, то при к. з. большая доля тока ответвляется через размагничивающий виток, а в шунте ток нарастает медленно, как это показано на рисунок 2.5 кривыми и .

При этом ток уставки достигается на Δt раньше и соответственно понижается ток уставки выключателя с до . В данном случае ток срабатывания зависит от L_ш и ω.

(2.4)

Полные сопротивления:

;

. (2.5)

при ток срабатывания будет равен .

Тогда из уравнения (2.4) выразим i_{к з} и заменим его на .

. (3.6)

Уравнения (2.5–2.6) позволяют достаточно точно рассчитывать режимы, определяющие токи уставки при различных параметрах и частотах.

Отсутствие промежуточных защелок и рычагов, обычно применяемых в небыстродействующих выключателях, обеспечивает немедленное начало движения подвижной системы выключателя, как только притягивающая сила полюсов становится меньше силы пружин.

Движение подвижной системы после отрыва якоря от полюсов происходит под действием выключающих пружин, чему противодействуют силы инерции рычагов якоря и подвижного контакта и усилие притяжения якоря полюсами, быстро уменьшающееся с увеличением воздушного зазора. Легкая конструкция рычагов из алюминия и алюминиевых сплавов обеспечивает высокое ускорение и малое время полного разрыва контактов.

На электровозах переменного тока быстродействующие выключатели стоят для защиты от к.з.в режиме тяги и при опрокидывании режима инвертирования во время рекуперативного торможения. Так, на электровозах ВЛ80^р и ВЛ85 в цепь каждого тягового двигателя введены индивидуальные быстродействующие выключатели ВБ-021.

В условиях эксплуатации наиболее часто встречающимся в режиме тяги и рекуперации, коротким замыканием цепи выпрямленного тока является переброс по коллектору тягового двигателя скорость нарастания тока к. з. достигает 200–800 а/мс в зависимости от режима, а его установившиеся значения 16­18 кА; в конце IV зоны регулирования при напряжении 25–28 кВ в контактной сети. В месте к.з. выделяется большое количество тепла, вызывающее повреждение металлических и изоляционных деталей.

Характеристики

Список файлов ВКР