4-7. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ КОРОТКОЗАМЫКАТЕЛИ
Особо высокое быстродействие требуется при защите контактных и полупроводниковых выпрямителей и установок, находящихся в помещениях, где опасно искрообразование (электростатическая окраска, шахтная взрывоопасная среда).
В этом случае желательно иметь время срабатывания менее 1 мсек, и для осуществления защиты применяются короткозамыкатели, замыкающие все три фазы источника. При этом дополнительными блок-контактами посылается импульс на срабатывание линейного выключателя. Защиту путем отключения источника (без короткого замыкания) осуществить труднее, так как для разрыва цепи требуется большой ход контактов и, кроме того, при малом времени размыкания возникают большие перенапряжения, которые могут быть опасны для защищаемого объекта.
Разработанная в ФРГ конструкция короткозамыкателя взрывного типа имеет время срабатывания около 0,5 мсек [Л. 4-24, 4-25]. Недостатком конструкции является необходимость повторной зарядки и очистки взрывного корпуса после каждого отключения. Кроме того, относительно сложна схема питания взрывной ампулы.
В СССР изготавливается электромагнитный короткозамыкатель для защиты контактных преобразователей [Л. 4-25]. Принцип его действия показан на рис. 4-19. В нормальном (взведенном) положении тарельчатые пружины 3 с силой около 300 кГ нажимают на контактный мост 2 и через него на шток 4, свободный ролик 5 и запрессованный в рычаге 6 ролик 7. Приведенная
к якорю 8 сила величиной около 10 к Г стремится повернуть рычаг влево. Удерживающая сила, созданная полем постоянного магнита 10, больше отрывающей силы. При включении размагничивающей катушки 11 якорь 8 отпадает, рычаг 6 отходит влево, освобождая запертую систему, контактный мост 2 замыкает-неподвижные контакты 1. Для взвода кратковременно включается катушка 15, якорь 13 притягивается к магнитопроводу 12, трубка 9 нажимает на заплечико штока 4. Пружины 14 возвращают якорь в исходное положение после отключения катушки 15. Воздушный промежуток х контактов для номинального напряжения 400 в принят равным 0,75 мм с тем, чтобы предотвратить пробой его при перенапряжениях до 3 000 в. Короткозамыкатель может включать токи 70 кА (амплитуда). Время его срабатывания 0,9 мсек.
Рис. 4-19. Кинематическая схема электромагнитного короткозамыкателя (во взведенном положении).
Применение постоянного магнита для удержания целесообразнее, чем электромагнита, так как в первом случае не требуется стабилизированный источник постоянного тока, отсутствует влияние температуры среды и нагрева катушки на удерживающую силу, улучшаются условия размагничивания полюсов (требуется меньшая величина магнитодвижущей силы размагничивающей катушки). Возможны два варианта расположения размагничивающей катушки в вырезах полюсов (рис. 4-20,а) и на полюсах (рис. 4-20,6). Вариант а конструктивно менее удобен, но дает меньшее время при включении катушки параллельно источнику тока. Вариант б, более конструктивный, применим при последовательном включении катушки, когда рост тока определяется параметрами сети. Следует иметь в виду, что если в варианте б для создания быстродействия обеспечить очень быстрый рост тока (например, при разряде конденсатора), то якорь может перемагнититься и вовсе не отпустится или отпустится с запозданием — только при спадании тока. В этом отношении вариант а лучше, так как в нем размагничивание вызвано насыщенным участком, а не намагничивающей силой другого направления.
На вышеописанном принципе возможно создание отключающего аппарата для защиты полупроводниковых выпрямителей. Если во взведенном положении контакты сделать замкнутыми и включить два таких аппарата в ветви моста выпрямителя, по которым идет пульсирующий ток, то при активной нагрузке и частоте 50 Гц в каждой ветви будут паузы тока длительностью 10 мсек.
Рис. 4-20. Принципы построения удерживающего магнита, а — катушки расположены в вырезах полюсов; б — катушки расположены на полюсах; 1 — постоянный магнит; 2 — якорь; 5 — размагничивающая катушка; 4 — магнитный шунт.
При индуктивной нагрузке длительность этих пауз уменьшается, но не более, чем до 5 мсек. Можно вызвать размыкание контактов во время отсутствия тока и тем избежать коммутационных перенапряжений и необходимости гашения дуги. Аппарат, построенный на вышеуказанном принципе, имеет собственное время размыкания менее 2 мсек.
Датчиком тока короткого замыкания может быть дополнительная обмотка насыщенного дросселя с подмагничиванием и с размагничивающей обмоткой, по которой идет главный выпрямленный ток. Эта дополнительная обмотка дает первый импульс, когда главный ток при перегрузке перемагничивает дроссель. После того как от этого импульса отключится один из выключателей, дополнительная обмотка дает второй импульс (при спадании тока). От второго импульса отключится второй выключатель. Для синхронизации момента размыкания контактов можно воспользоваться напряжением на запертой ветви моста. Такого рода аппараты разрабатываются в разных странах.
