- ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЙ МЕХАНИЗМ
Перемещение подвижных контактов при включении и отключении выключателей осуществляется посредством ручного или электрических соленоидного, или пружинного приводов. Механические характеристики приводов подбираются таким образом, чтобы усилия, развиваемые ими, могли преодолеть встречные силы отключающих пружин, сопротивление подвижных деталей и обеспечить необходимую скорость движения контактов. Приводы должны надежно фиксировать выключатель во включенном и отключенном положениях и обеспечить четкое отключение выключателя за возможно малое время. Необходимо, чтобы приводы не допускали повторных замыканий контактов при одной команде включения, т. е имели блокировку от «качаний». В то же время готовность привода к оперативным повторным включениям от команды оператора должна быть постоянной.
Ручной привод — это собственно рычаг, посредством которого через механические связи усилиями оператора (в зависимости от конструкции переключающего механизма) выполняется сжатие или растяжение отключающих пружин и перевод контактной системы во включенное положение.
В электрическом пружинном приводе двигатель, снабженный редуктором, предварительно заводит пружинный механизм привода, усилиями которого затем производится включение выключателя. Такой привод требует немного энергии и источником тока для его работы может служить измерительный трансформатор напряжения.
Электрический соленоидный привод постоянного тока вследствие отсутствия промежуточного подготовительного цикла более удобен в оперативном отношении немедленной готовностью к действию, но он требует относительно мощного источника питания постоянного тока напряжением 110 или 220 В.
Объем брошюры не позволяет привести описание конструкции всех приводов, применяемых с электромагнитными выключателями, а также их кинематических связей и особенностей схем управления. Кроме того, приводы типа ПЭ-21, которые применяются с выключателями типа ВЭМ-6, являются типовыми для масляных выключателей и описаны в литературе, а выключатели типа ВЭМ-ЮП с пружинными приводами находятся в стадии промышленного освоения.
Устройство электромагнитного привода. Электромагнитный привод типа ПЭГ (рис. 27) является сравнительно новой конструкцией, выполнен в виде отдельного блока и жестко закреплен на уголках рамы (тележки) выключателя. Расположение основных элементов привода показано на рис. 27 и 29,а в положении «отключено» и на рис. 29,6—в положении «включено».
Механизм привода размещен в сварном корпусе 1 и состоит из рычажной системы с роликовым устройством свободного расцепления, передаточных звеньев и электромагнитов включения и отключения.
Рис. 27. Привод электромагнитный типа ПЭГ.
1 — корпус; 2 — катушка включающего электромагнита;
3 — главные отключающие пружины; 4 — сердечник включающего электромагнита; 5 — изоляционные тяги; 6—комплектовый вал с системой рычагов; 7 — рычаги, соединяющие валы 6 и 16; 8 — кулачок механизма свободного расцепления; 9 — толкатель для переключения сигнальных контактов; 10 — сварной фасонный рычаг (бугель); И — блок-контакты сигнальные (КСБ); 12—отключающий электромагнит; 13—блок-контакты против "качания" (КБП);
14—блок-контакты цепей включения и отключения (КБВ и КБО); 15 — кулачки КБО и КБВ; 16—вал механизма привода; 17—возвратная пружина; 18—спаренный нижний рычаг вала 6; 19 — вспомогательная пружина.
Учитывая определенную конструктивную новизну и наличие многих механических взаимозависимостей в приводе, следует пояснить некоторые его основные элементы.
Промежуточным звеном механической связи между приводом и выключателем является так называемый комплектовый* вал 6, на котором закреплено (приварено) девять рычагов. На вал 6 через два крайних рычага с каждой стороны передаются усилия от главных отключающих 3 и вспомогательных 19 пружин, а через нижний спаренный рычаг 18 действуют усилия от механизма привода. Изоляционные тяги 5, связывающие вал 6 с контактами крайних фаз выключателя, соединяются с рычагами, на которых крепятся вспомогательные пружины. Изоляционная тяга средней фазы соединяется соответственно со средним верхним рычагом вала 6.
*Название принято в соответствии с конструктивными чертежами заводов-изготовителей.
Обычное наименование «вал» не совсем точно отражает действие комплектового вала 6, так как он не вращается вокруг собственной оси. Осью его вращения является вал 16, с которым вал 6 жестко соединен двумя рычагами 7. При переходе из положения «отключено» в положение «включено» вал 6 под действием усилий, передающихся от механизма привода через рычаг 18, поднимается вверх и посредством рычагов 7 поворачивает вал 16. При отключении выключателя вал 6 под действием пружин 3 и 19 опускается вниз и поворачивает вал 16 в другую сторону. Вал 16 закреплен в подшипниках (втулках) корпуса привода; при переключении выключателя он поворачивается вокруг своей оси в обычном порядке. Для кулачка механизма свободного расцепления и сварного рычага (бугеля) 10 вал 16 служит опорной осью вращения.
Переключение блок-контактов 14 включения (КБВ) и отключения (КБО) выполняется с помощью самостоятельных кулачков 15, угол закрепления которых регулируется поворотом на валу 16. Сигнальные блок-контакты (КСБ) переключаются от воздействия толкателя 9, связанного с одним из рычагов 7. Для смягчения удара при отключении выключателя сбоку к корпусу привода крепится воздушный демпфер (на рис. 27 не виден).
Электрическая схема управления приводом типа ПЭГ (рис. 28) представляет собой обычную схему, применяемую для электромагнитных приводов.
Значительное количество механических связей привода несколько усложняет пояснение взаимодействия его деталей и более наглядно его принцип действия может быть объяснен при совместном рассмотрении рис. 27—29. Название «переключающий механизм» принято условно для облегчения пояснения принципа действия кинематики выключателя и привода и объединяет контактную систему выключателя и механизм привода.
Рис 28- Принципиальная схема управления -электромагнитным приводом типа ПЭГ.
ЭВ — электромагнит выключающий; ЭО— электромагнит отключающий; К — контактор; КБВ — контакт блокировочный включения; КБО — контакт блокировочный отключения; КБП — контакт блокировочный от «качания»; КСБ — контакт сигнальный; RC — искрогасительный контур; R1—добавочное сопротивление; РК — реле контроля
Выключатель отключен и механизм подготовлен к включению (рис. 29,а). На рис 27 положение привода и на рис. 29,а положение переключающего механизма показаны в состоянии, когда выключатель отключен и механизм подготовлен к включению. В этом положении главные отключающие пружины 3 находятся в свободном состоянии (на рис. 27 и 29,а виден незанятый паз пружинодержателя) и не действуют на систему. Вспомогательные пружины 19 имеют предварительное натяжение и их усилия направлены на перемещение комплектового вала 6 вниз.
Рис. 29. Переключающий механизм. Отключенное положение (а), включенное положение (б), положение при нарушении зацеплений (в). Обозначения 3 — 8, 10, 12,16 — 19 соответствуют рис. 27.
3 — главная отключающая пружина; 4 — сердечник включающего электромагнита; 5 — изоляционная тяга; 6—ком- плектовый вал; 7 — общий рычаг для валов 6 и 16, 10 — сварной фасонный рычаг (бугель); 12—отключающий .электромагнит, 16 — вал механизма привода; 17 — возвратная пружина; 18 — спаренный нижний рычаг вала 6: 49 — вспомогательная пружина; 21—верхняя защелка; 22—подвижной шарнир рычагов связи; 24—отжимной ролик. Заштрихованы подвижные шарниры, не заштрихованы неподвижные шарниры вращения.
Вспомогательные пружины обеспечивают отход подвижного контакта в крайнее отключенное положение. Вал 6 в этом положении жестко опирается на корпус привода и ограничивает перемещение всего механизма при отключении. Возвратные пружины 17 возвратили сердечник включающего электромагнита 4, а также рычаги удерживающий 26 и связи 27 (рис. 29а) в крайнее отключенное положение; механизм подготовлен к включению.
Для включения выключателя ключом Вкл. замыкают цепь катушки контактора К (цепь 1 на рис. 28). При этом блок-контакты КБВ и КБП и контакт реле РК замкнуты. Контактор К срабатывает и подает питание на включающий электромагнит ЭВ цепь 7. Под действием электромагнитных сил сердечник включающего электромагнита 4 (рис. 29, а), втягиваясь в соленоид, через тягу действует на сварной фасонный рычаг (бугель) 10. Бугель поворачивается вокруг вала 16 и через рычаги связи (рычаги свободного расцепления) 27 передает усилия на рычаг 18 комплектового вала 6.
Следует обратить внимание на то, что рычаги связи 27 соединены между собой шарниром 22, но этот шарнир не является свободным и его расположение зависит от удерживающего рычага 26, в свою очередь связанного с кулачком 8. Если кулачок 8 заперт коромыслом 20 и не может вращаться вокруг оси 16, то не может перемещаться и рычаг 26, что и создает препятствие для смещения вниз шарнира 22. Поэтому при включении привода рычаги 27, будучи зафиксированы, «не сламываются» в шарнире 22, а как единый рычаг передают усилия на рычаг 18 комплектового вала 6. Вал 6, вращаясь вместе с рычагами вокруг оси вала 16, перемещается вверх и посредством изоляционных тяг 5 переводит подвижные контакты во включенное положение. Иначе говоря, включающие усилия через рычаги связи передаются в требуемом направлении вследствие того, что кулачок механизма свободного расцепления 8 своим выступом жестко упирается в коромысло 20 и через удерживающий рычаг 26 не дает возможности рычагам связи 27 сложиться и их шарниру 22 сместиться вниз.
Механизм перемещается в сторону включения до тех пор, пока замкнутся главные контакты, а включающий сердечник ударится о дно соленоида.
При подъеме комплектового пала 6 растягиваются главные 3 и вспомогательные 19 пружины, подготавливая систему к отключению. Одновременно за счет жесткой связи вала 6 с валом 16 последний поворачивается по часовой стрелке и кулачками 15 (рис. 27) переключает блок-контакты 14. Блок-контакт КБВ в цепи включения 1 (рис. 28) размыкается в конце хода на включение и отключает контактор К: питание с электромагнита ЭВ снимается.
Выключатель включен (рис 29, 6). При снятии питания с включающего электромагнита механизм запирается во включенном положении: кулачок свободного расцепления 8 своим выступом упирается в коромысло 20 (верхний упор), а рычаги связи 27 шарниром 23 через ролик упираются па нижнюю защелку 25 (нижний упор). Механизм фиксируется во включенном положении. Создается временная жесткая система, когда, с одной стороны, все пружины оказывают на механизм максимальные усилия на отключение, но механические запоры жестко зафиксировали его состояние во включенном положении.
Необходимо иметь в виду, что в период включения главные отключающие пружины начинают противодействовать включающим усилиям за 30 — 40 мм до смыкания контактов и что вспомогательные и возвратные пружины противодействуют в течение всего хода подвижной системы выключателя.
Отключение выключателя. Для отключения выключателя подается питание на отключающий электромагнит ЭО «привода замыканием ключа Откл. (рис. 28, цепь 5; контакт КБО в цепи 4 замкнут). При этом шток отключающего электромагнита 12 перемещается вверх и поворачивает верхнюю защелку 21, освобождая коромысло 20. Ролик коромысла выходит из выступа кулачка свободного расцепления и создает возможность поворота кулачка вокруг вала 16: удерживающий рычаг 26 уже не может фиксировать шарнир 22 в неподвижном положении. Иначе говоря, верхний упор освобождается, но нижний упор при этом еще сохраняется. Отключающие пружины (главные и вспомогательные) перемещают комплектовый вал 6 вниз, а рычаги связи 27 складываются в шарнире 22. Шарнир смещается вниз и через удерживающий рычаг 26 поворачивает кулачок свободного расцепления 8 по часовой стрелке.
Под действием главных и вспомогательных пружин вал 6 с системой рычагов перемещается вниз до удара об упоры на корпусе привода. Подвижные контакты, связанные с валом 6 изоляционными тягами 5, размыкаются и отходят от неподвижных на расстояние не менее 120 мм. При движении рычагов связи вниз отжимной ролик 24 отжимает нижнюю защелку 25, освобождая шарнир 23 (освобождается нижний упор). Это позволяет возвратным пружинам 17 возвратить сердечник соленоида, а также всю систему рычагов и кулачок свободного расцепления в положение «отключено» (рис. 29, а).
В электрической схеме в процессе отключения происходят следующие изменения. При повороте вала 16 размыкаются блок-контакты К.БО в цепи 4 электромагнита отключения и замыкаются блок-контакты КБВ в цепи 1 контактора К, подготавливая цепь для включения выключателя. Блок-контакты КПБ замкнутся в цепи 1 катушки К после прекращения команды на отключение.
Предотвращение «качаний». Если в процессе включения выключателя произойдет немедленное его отключение от действия защиты (замкнутся контакты реле РП), то повторное включение при оставшемся замкнутом ключе Вкл. .не произойдет. Это достигается благодаря тому, что в этом случае цепь катушки К будет разомкнута размыкающим блок-контактом КБП, а через замкнутый замыкающий блок-контакт КБП создается дополнительная цепь 2 питания электромагнита отключения ЭО. Так, обеспечивается блокировка выключателя от «качаний» при включении.
Положение переключающего механизма при нарушении правильной работы элементов зацепления показано на рис. 09, в. Такое положение механизм может занять при включении, если по какой-либо причине кулачок свободного расцепления своим выступом не будет жестко опираться на коромысло, а также и при отключении, если возвратные пружины не смогли возвратить подвижные рычаги в исходное состояние. В этом случае рычаги связи получат «излом» в своем шарнире, который переместится вниз; сместится вниз и удерживающий рычаг, вследствие чего кулачок свободного расцепления повернется по часовой стрелке и нарушится верхний упор.
Последовательность и скорость переключения контактов. Как указывалось выше, подвижные контакты выключателя при его переключении под действием усилий, передаваемых через изоляционную тягу, занимают соответственно включенное и отключенное положение. При включении сначала замыкаются дугогасительные контакты, а затем рабочие, при отключении — сначала размыкаются рабочие контакты, а затем дугогасительные.
Скорости передвижения контактов определяются усилиями включающего соленоида, характеристиками пружин и качеством сборки выключателя. Для выключателя типа ВЭМ-10К эти скорости должны находиться в следующих пределах*: 3,5±0,5 м/с при размыкании контактов.
*По мере совершенствования конструкции выключателя пределы скоростей движения контактов могут уточняться.
Максимальная скорость при движении контактов в процессе отключения допускается не более 6 м/с.
Скорость включения в момент замыкания контактов должна быть 3±0,5 м/с. Максимальная скорость при включении не более 4,0 м/с.
На рис. 30, в даны диаграммы скоростей отключения О и включения В электромагнитного выключателя типа ВЭМ-10 с приводом типа ПЭГ-7. Поскольку скоростные характеристики являются итоговым определителем состояния переключающего механизма и, как указывалось в § 6, от скорости перемещения контактов в определенной мере зависит качество гашения дуги, скоростные характеристики проверяются при всех основных ремонтах выключателя.
Снятие скоростных характеристик удобно производить при помощи вибрографа — устройства для записи скоростей движения контактов (рис. 30, а). Виброграф представляет собой электромагнит переменного тока, легкий якорь которого одним концом закрепляется на стальной пружинящей пластине. Якорь вибрографа притягивается к магнитопроводу при положительных и отрицательных значениях тока сети и отпадает при каждом переходе через нуль. Следовательно, период колебания якоря равен 0,01 с (100 Гц). Мягкий графитовый стержень от карандаша, закрепленный на свободном конце якоря, располагают таким образом, что он может производить запись на бумажной ленте, помещенной на криволинейной рамке, закрепленной на подвижном контакте выключателя. Для магнитного выключателя выбирается криволинейная рамка, потому что его подвижные контакты совершают круговое движение и при этом необходимо сохранить неизменное расстояние между бумажной лентой и графитом.
Колебательные движения графитового стержня при подтягивании и отпадании якоря вследствие движения бумаги вместе с подвижным контактом выключателя воспроизводятся в виде волнообразной кривой (рис. 30,6).
Рис. 30. Запись скорости перемещения подвижного контакта. а — устройство для записи скорости движения контактов; б— виброграммы скоростей; в—диаграммы скоростей. О—отключение; В — включение; t—момент замыкания дугогасительных контактов; t" — момент размыкания дугогасительных контактов; / — подвижный контакт; 2 — криволинейная рамка; 3 — держатель с грифелем;
- — виброграф; 5 — якорь вибрографа, 6 — крепежная подставка; 7—уголок.
Расстояния между вершинами этой кривой пропорциональны скорости ленты, т. е. скорости контактов выключателя. По мере увеличения скорости движения контактов увеличивается расстояние между вершинами кривой, записываемой на бумажной ленте. При уменьшении скорости эти расстояния становятся меньшими. Наконец, когда движение контактов прекращается, графитовый стержень наносит прямую в границах движения якоря.
Измерив по виброграмме расстояние между соседними вершинами, определяют среднюю скорость в требуемый момент движения контактов
v = S/T,
где v — скорость, м/с; S — путь, м; Т — время, с.
Величину S удобно выражать в сантиметрах, так как период колебаний якоря вибрографа составляет 0,01 с. а 1 см = 0,01 м. Поэтому если за период Т расстояний на виброграмме (рис. 30, б) измерять в сантиметрах, тс абсолютную величину этого расстояния можно без пересчетов откладывать на диаграмме скоростей (рис. 30, в). Например, на рис. 30, 5 максимальное расстояние между амплитудами на виброграмме включения равно 4 см, значит и = 0,04 м/0,01 с = 4 м/с.
