Вакуумные выключатели Siemens для средних классов напряжений - Приводы

Привод современных выключателей среднего напряжения

В настоящее время для современных вакуумных выключателей широкое применения нашли, так называемые, моторно-пружинные и электромагнитные приводы. В практике из- за своей универсальности и многофункциональной возможности более широко используются моторно-пружинные приводы. Электромагнитные приводы используются только для специальных коммутационных задач, особенно для коммутации малых токов.
Общие положения
Эксплуатационные службы электроэнергетических сетей среднего напряжения предъявляют следующие требования к приводу коммутационного аппарата:
В основном покупатель хочет иметь такой продукт, который с высокой надежностью и эффективностью справляется с поставленными эксплуатационными требованиями и задачами.
При этом покупателя не интересует, какой тип привода будет выполнять основную задачу коммутации.
Решающим фактором при покупке коммутационного аппарата является цена и исполнение предъявленных технических требований, которые обеспечивают необходимый уровень эксплуатационной надежности всей сети.
Как моторно-пружинный, так и электромагнитный привод должны выполнять эти вышеуказанные требования.
В настоящее время фирма Siemens имеет вакуумное коммутационное оборудование среднего класса напряжения с электромагнитным приводом для коммутации токов короткого замыкания до 13-16 кА. От 13-16 кА до 100 кА экономически и технически целесообразно применять моторно-пружинный привод. Мировые лидеры вакуумной коммутационной техники имеют электромагнитный привод максимум для коммутации токов к.з. до 20 кА. При возрастании токов к.з. надежность и экономичность электромагнитного привода снижается. При больших токах к.з. необходимы большие силы для включения, т.е. большая электромагнитная энергия соленоида привода. Это вызывает увеличение габаритов электромагнита и необходимость значительной энергии независимого источника питания (аккумуляторной батареи или конденсатора). Факт необходимости дополнительного источника электроэнергии для аварийного отключения выключателя является одним из существенных недостатков электромагнитных приводов. Для больших токов, уже начиная с 13 кА, экономично и надежно запасать энергию для включения и отключения механически, путем мощного пружинного механизма. Для вакуумных выключателей фирмы Siemens такой механизм может произвести коммутацию полного АПВ без какого-нибудь дополнительного источника электроэнергии. Чтобы накопить энергию для отключения 13кА применение электромагнитного привода уже технически и экономически нецелесообразно (уменьшается надежность, увеличиваются габариты и потребляемая мощность соленоида). Электромагнитный привод для отключения токов к.з. выше 20 кА используется очень редко, а именно, когда к надежности коммутации не предъявляются высокие требования или надежность обеспечена другим способом (вероятность исчезновения оперативного напряжения равна нулю). В любом случае, уже при коммутации тока к.з. в 20 кА, стоимость и габариты электромагнитного привода существенно выше, чем у моторно-пружинного привода. Поэтому, электромагнитный привод, как привод силовых вакуумных выключателей, не является в целом решающим критерием выбора коммутационного аппарата для эксплуатационных служб.
Основная ниша рынка, где находят широкое применение вакуумные включатели с электромагнитным приводом, это те области электроэнергетики, где необходим высокий коммутационный ресурс привода или, где необходим отдельный привод для каждой отдельной фазы (к примеру, как у выключателей VM1 фирмы ABB с гарантийным коммутационным ресурсом 100.000 механических коммутаций без техобслуживания привода при токах к.з. до 25 кА). Исходя из приведенных соображений, электромагнитный привод нашел широкое применение для вакуумных контакторов, которые коммутируют малые токи нагрузки с большим коммутационным ресурсом.
Современный моторно-пружинный привод, к примеру вакуумного выключателя 3AH4 фирмы Siemens имеет гарантийный ресурс 120.000 механических коммутаций (токов к.з. до 40 кА) и обеспечивает малые габариты привода. Кроме этого необходимо отметить, что для силовых вакуумных выключателей основным определяющим фактором является не механический коммутационный ресурс привода, а электрический коммутационный ресурс вакуумной дугогасительной камеры, который в настоящее время не превышает 30.000 коммутаций номинальных и 150 аварийных (номинальных токов к.з.) токов.
Из вышеизложенного можно сделать следующий вывод: одним из основных видов привода современных вакуумных выключателей является моторно-пружинный привод, который рассмотрим ниже.

Электромеханический привод моторно-пружинного типа современных вакуумных выключателей типа 3AH и NXACT

Небольшой электродвигатель в течение нескольких секунд взводит мощный пружинный механизм с ресурсом полного АПВ. Команду включения и отключения осуществляет (при нормальном и аварийном режиме) электромагнитный расцепитель (имеет очень малую мощность) и в крайнем случае имеется возможность отключения вручную (при полном отсутствии электроэнергии).
Так как расстояние между контактами в отключенном состоянии максимум 6мм, то могут возникнуть ситуации касания контактов (при больших вибрациях). Для таких случаев применяется, кроме магнитной защелки, механическая, которая точно
поддерживает расстояние между контактами в отключенном состоянии.
Вакуумный выключатель 3AH состоит: из корпуса привода с электромеханическим приводом моторно-пружинного типа с запасенной энергией и элементами управления, трех полюсов выключателя с вакуумными дугогасительными камерами литых опорных изоляторов и переключающих изоляционных штанг.
При нормальных условиях эксплуатации вакуумный выключатель не требует технического обслуживания.
Определяющая коммутационная способность.
Привод силового выключателя 3AH обеспечивает автоматическое повторное включение. Выключатель для номинального отключаемого тока короткого замыкания 40кА пригоден при номинальных параметрах для быстрого переключения, но может осуществлять автоматическое повторное включение лишь до 31,5 кА.
Оснащение привода
В стандартном исполнении вакуумные выключатели оснащены:
электромеханическим приводом с механической и электрической системой блокировки от многократного включения выключателя на к.з. (Ml)
включающим электромагнитом (Y9)
расцепителем рабочего тока (Y1)
штеккерным соединением вторичных цепей (ХО)
вспомогательным выключателем (6 3АКР. + 6 ОТКР. контактов) (S1)
позиционным выключателем для выдачи сообщения «Пружина натянута» (S41, S42)
указателем положения выключателя (концевой выключатель) ' (S6 и S7)
счётчиком коммутационных циклов
механической блокировкой.
Каждый вакуумный выключатель может быть дополнительно оснащён следующим оборудованием:
вспомогательным выключателем (12 ЗАКР. + 12 ОТКР. контактов) (S1)
расцепителем рабочих токов ЗАХ 1101 (Y1)
минимальным расцепителем напряжения ЗАХ 1103 (Y7) Дополнительно к серийным расцепителям рабочих токов (Y1) вакуумный выключатель
3AH может быть оснащён максимально 2 расцепителями типа ЗАХ 11. Дополнительные комбинационные возможности по запросу.
Моторный привод (Ml)
Максимальное потребление мощности при постоянном напряжении составляет приблизительно 500 Вт, а при переменном напряжении - 550 Вт. Двигатели привода из-за короткого времени натяжения пружин работают в диапазоне перегрузок. Номинальный ток, необходимый для защиты электродвигателя от короткого замыкания указан в таблице 1.3.
Допустимое отклонение напряжения питания для вторичных цепей составляет от -15% до +10% номинального значения.
Вспомогательный выключатель (S1)
Вспомогательный выключатель может иметь 2 конструкции. Стандартная конструкция
Таблица 1.3 Номинальные токи, потребляемые устройствами защиты электродвигателя

*) Комбинация устройств управления 8RL54 или токовый автомат с G-характеристикой. Каждое последующее более высокое значение следует выбирать в том случае, если этого требует согласование со старыми, уже существующими устройствами.
вспомогательного выключателя 6 замкнутых и 6 разомкнутых контактов. Удлинённая конструкция предусматривает наличие 12 замкнутых и 12 разомкнутых контактов. Номинальное изоляционное напряжение: 250 В пост./пер. тока
Изоляционная группа: С согласно DIN 0110
Продолжительный ток: 10 А
Коммутационная способность: 50 А
Штеккерное соединение (ОХ) вторичных цепей
Расположенные в блоке привода элементы управления силовым выключателем 3AH присоединены проводами для внешнего подключения к штеккерному соединению (ОХ) Стандартная конструкция имеет 64-полюсный штеккерный разъем.
Включающий вспомогательный расцепитель (Y9) 3AY1510
Включающий электромагнит служит для разблокирования натянутой включающей пружины, а следовательно для подачи электрической команды на включение силового выключателя. Он может быть рассчитан как на постоянное, так и на переменное напряжение. Включающий электромагнит после исполненной команды на включение самостоятельно отключается.
Потребляемая мощность 110 Вт/ВА.
Таблица 1.4 Коммутационная способность вспомогательного выключателя 3SV92

Расцепитель рабочих токов (вспомогательный отключающий расцепитель)
Расцепитель рабочих токов используется для отключения силового выключателя по команде соответствующего реле защиты или для принудительного отключения посредством подачи электрической команды. Он рассчитан на подключение к внешнему источнику питания (переменного или постоянного тока), но в особых случаях (для принудительного отключения) он может быть подключен и к трансформатору напряжения.
Используются два различных типа расцепителей рабочих токов:
Расцепитель рабочих токов (Yl) 3AY1510
Расцепитель рабочих токов (Yl) 3AY 1510 используется в выключателях основного исполнения. В расцепителях этой конструкции электрически подаваемый расцепляющий импульс передаётся посредством якоря электромагнита, действующего напрямую. Благодаря этому осуществляется отключение выключателя.
Потребляемая мощность 100 Вт/ВА.
Расцепитель рабочих токов (Y2) ЗАХ 1101
Расцепитель рабочих токов ЗАХ 1101 встраивается в том случае, если используется более чем один расцепитель рабочих токов. В расцепителях этой конструкции электрически подаваемая команда на отключение передаётся посредством якоря электромагнита через разблокировку накопителя энергии на блокировку «ВЫКЛ». Благодаря этому осуществляется отключение выключателя.
Потребляемая мощность 100 Вт/ВА.
Расцепитель снижения напряжения (Y7) 3AX1103
Расцепитель снижения напряжения состоит из накопителя энергии, устройства разблокировки и системы электромагнитов, которая при включенном выключателе постоянно находится под напряжением. Если уровень напряжения снижается до определённого значения, то расцепитель разблокируется и благодаря этому осуществляется отключение выключателя.
Принудительное отключение минимального расцепителя напряжения обычно осуществляется через размыкающий контакт в цепи расцепителя, но может быть осуществлено посредством замыкания накоротко обмотки соленоида. При таком способе расцепления ток короткого замыкания ограничивается встроенными сопротивлениями.
Минимальный расцепитель напряжения может быть подключен к трансформатору напряжения. При недопустимом снижении уровня рабочего напряжения силовой выключатель самостоятельно отключится.
Потребляемая мощность - 45 Вт или 55 ВА.
Расцепитель тока измерительного трансформатора (Y4) ЗАХ1102
(заказывается по желанию, возможна также последующая установка)
Расцепитель тока измерительного трансформатора состоит из накопителя энергии, приспособления для освобождения защелки и пружинной системы. При превышении тока расцепителя (90% номинального тока расцепителя) освобождается защелка накопителя энергии и, тем самым, осуществляется отключение выключателя. Для подпитки расцепителя тока измерительного трансформатора помимо основного трансформатора тока для согласования необходим еще один вспомогательный трансформатор.
Потребляемая мощность для 0,5 А и 1А = 20 ВА при 90% номинального тока и разомкнутом якоре.
Указатель положения выключателя, концевой выключатель (S6 и S7)
При отключении силового выключателя посредством расцепителя позиционный выключатель S6 даёт кратковременное замыкание контактов. Это кратковременное замыкание контактов можно использовать для сигнализации. При механическом отключении квитирующий выключатель S7 разрывает эту цепь.
Блок ограничителей перенапряжений (от VI до V3) ЗАХ1526 При отключении индуктивных нагрузок в цепях постоянного тока могут возникнуть коммутационные перенапряжения, которые могут вывести из строя электронные приборы управления. Для предотвращения этого оборудование, размещённое в блоке привода и управления силовым выключателем (электродвигатель, включающий электромагнит, расцепитель рабочих токов и вспомогательный контактор), подключаются к ограничителям перенапряжений. Для номинальных рабочих напряжений от 60 до 220 В постоянного тока имеются в распоряжении ограничители перенапряжений 3АХ 1526, которые позволяют ограничить перенапряжения на уровне около 500 В. Блок ограничителей перенапряжений содержит 2 отдельных цепи ограничителей перенапряжений.
Блокировка
Механическая блокировка Приводы разъединителей оснащены механической защитой от ошибочной коммутации. Кроме этого разъединитель механически сблокирован с силовым выключателем.
Коммутационное положение силового выключателя определяется автоматически. Если будет установлено, что трёхпозиционный разъединитель находится в ошибочном коммутационном положении, силовой выключатель блокируется как против механического, так и против электрического включения. В то же время предотвращается включение трёхпозиционного разъединителя при включенном силовом выключателе.
Электрическая блокировка Силовой выключатель может быть включен в систему электромагнитной блокировки ячейки КРУ. При электрической блокировке к разъединителю или его приводу подключается электромагнитное запирающее устройство, которое через вспомогательный контакт силового выключателя управляется таким образом, что разъединитель может приводиться в действие только при отключенном силовом выключателе.
мсек. <75 сек. <15
Силовой выключатель, со своей стороны, управляется по отношению к разъединителю или его приводу таким образом, что он может быть включен только при замкнутом положении разъединителя.
Время коммутаций
Собственное время включения (время до замыкания контактов) Время взвода
Собственное время отключения
(время до разрыва контактов) Расцепитель рабочих токов (Y1) мсек. <65
Дополнительный расцепитель ЗАХ 11 (Y2) мсек. <50
(Y4) мсек. <50 (Y7) мсек. <50
Время горения дуги мсек. <15
Время отключения Расцепитель рабочих токов (Y1) мсек. <80
Дополнительный расцепитель ЗАХ 11 (Y2) мсек. <50
(Y4) мсек. <50 (Y7) мсек. <50
Продолжительность паузы Расцепитель рабочих токов мсек. 300
Время размыкания или замыкания
контакта Дополнительный расцепитель ЗАХ 11 (Y1) мсек. <80
(Y2) мсек. <50 (Y4) мсек. <50 (Y7) мсек. <50
Минимальная продолжительность команды
ВКЛ Включающий электромагнит (Y9) мсек. 45
ВЫКЛ Расцепитель рабочих токов (Y1) мсек. 40
ВЫКЛ Дополнительный расцепитель ЗАХ 11 (Y2) мсек. <50
(Y4) мсек. <50 (Y7) мсек. <50
Минимальная импульсная длительность сигнала для указателя положения
выключателя мсек. 10
Собственное время включения = отрезок времени между подачей команды на
включение и моментом касания контактов во всех полюсах.
Собственное время отключения = отрезок времени между подачей команды на
отключение и разрывом контактов во всех полюсах.
Время горения дуги = отрезок времени с момента возникновения первой дуги
до момента гашения дуги во всех полюсах.
Время отключения = отрезок времени между временем до замыкания
контактов выключателя и истечением времени горения дуги.
Время размыкания
или замыкания контактов = отрезок времени при коммутационном цикле «ВКЛ-
ОТКЛ» между моментом касания контактов в первом полюсе при замыкании контактов и моментом времени, когда при последующем размыкании контактов размыкается дугогасительный контакт во всех полюсах.