- НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ НА ИЗНОСОУСТОЙЧИВОСТЬ И РАЗРЫВНУЮ СПОСОБНОСТЬ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
Обобщение результатов первого периода эксплуатации новых аппаратов представляет определенные трудности, которые заключаются в том, что еще не определены все эксплуатационные и ремонтные нормы и из-за ограниченности сведений, по которым можно делать выводы. В работе аппаратов большое значение имеют различные частности, которым без длительной практики можно и не придать должного значения. Оценка износоустойчивости камер и их деталей, приведенная ниже, а также оценка отключающей способности устройств дугогашения электромагнитных выключателей выполнена на основании опыта двух-, четырехлетней эксплуатации около 200 выключателей типа ВЭМ-10 на Московском метрополитене, анализа, проведенного Всесоюзным электротехническим институтом имени В. И. Ленина и некоторых сведений, полученных от других организаций.
Для расширения опыта на Московском метрополитене выключатели устанавливались в отапливаемых (температура воздуха +15, + 35 РС), полуотапливаемых (—5, +35°С) и неотапливаемых ±35°С) помещениях. При этом выключатели отключали токи от нескольких единиц до нескольких тысяч ампер. Наибольший интерес, естественно представляли выключатели с более частыми отключениями и выключатели, которые были подвергнуты специальным испытаниям. Осмотр камер производился после 100—160 отключений токов до 10РСА, а также через каждые 6 мес. эксплуатации, в процессе которой отключение таких токов происходило 2 — 3 раза в сутки. Наблюдения показали, что износ пластин и других деталей камер за 3 — 4 года эксплуатации или после 2000 — 3000 отключений токов до 800 А практически не обнаружен; имеются только незначительные потемнения отдельных участков пластин. Сопротивление изоляции камер измерялось мегомметром, а электрическая прочность проверялась испытательным напряжением 32 — 42 кВЭфф промышленной частоты.
Проверками установлено, что изоляция камер практически не изменялась. Пробоев и заметного стримерообразования при испытаниях не обнаружено. Боковые керамические плиты в процессе отключений покрылись незначительным налетом копоти и меди. При испытаниях на большое число коммутаций (5 000 — 6000 циклов включений и отключений под нагрузкой), а также через 3— 4 года эксплуатации наблюдались случаи ослабления уплотнений между керамическими пластинами, из-за сжатия асбестового шнура. В некоторых случаях для улучшения уплотнений устанавливались дополнительные пластины. Особо заметное влияние на качество уплотнений оказывает количество клея. Как уже отмечалось выше, обильно смоченные шнуры ссыхаются, делаются более жесткими, вследствие чего могут образоваться заметные щели.
С увеличением токов отключения до 2 600 А износ пластин увеличился. Но так как в эксплуатации таких опытов было немного, наибольший интерес представляют данные ВЭИ специальных испытаний на отключение токов свыше 1 000 А. При токах 4 00U — 5 000 А и выше наблюдается износ пластин в верхней части щелевого выреза, в результате чего ширина его постепенно увеличивается. кроме того, происходит заметное оплавление керамики на участках пластин, расположенных против верха выреза соседних пластин (все вырезы которых сдвинуты относительно друг друга). Эти оплавления происходят с двух сторон пластин и имеют вид круглых углублений диаметром 10—12 мм. При специальных испытаниях и в период эксплуатации наблюдались случаи выхода асбестового шнура из-под нижних торцов фибровых козырьков. Шнур недостаточно надежно удерживался между тонкой фиоровой стенкой козырька и керамическими пластинами. Незначительный подгар внутренних стенок несущей коробки обнаруживался только на тех выключателях, дугогасительные решетки которых неплотно прижимались к верхним торцам нижних боковых керамических плит, чему способствовали неровности торцевых поверхностей плит или их заметные искривления. Выброс светящихся газов из камер при отключении токов до 2 500 А не наблюдался.
Из-за стирания кромок войлочных манжет в первый период эксплуатации интенсивность воздушного поддува с увеличением количества отключений падала довольно резко. При контрольных замерах через 300 — 400 отключений время гашения дуги токов 10 — 200 А в некоторых случаях увеличивалось до и, 12 с. После замены войлочных манжет на кожаные времена гашения дуги малых токов в течение 2—3-летней работы практически не изменялись и находились в пределах 0,03—0,04 с.
Испытания камер выключателей типа ВЭМ-10 как в режиме опытов частых отключений токов до 2 500 А, так в течение четырехлетней эксплуатации при отключении 2 — 3 раза в сутки токов от 10 до 800 А показали, что камеры имеют высокую износоустойчивость.
Особый интерес в эксплуатации выключателей, установленных в схемах кремниевых выпрямителей, представляли величины максимальных перенапряжений, образующихся при отключении ненагруженных трансформаторов. На рис. 20 показаны сравнительные осциллограммы изменения напряжений при отключении токов холостого хода масляным и электромагнитным выключателями одного и того же выпрямительного агрегата с трансформатором типа УТМРУ 3500/35; первичное напряжение 10 кВ, вторичное 770 В, со схемой соединения звезда — две обратные звезды с уравнительным реактором. Измерение напряжения производилось на выпрямительных ветвях, на стороне низшего напряжения 770 В Из большого числа осциллограмм отключений на
Рис. 20. Осциллограммы напряжений на фазах вентильных ветвей кремниевого выпрямителя. Отключение ненагруженного трансформатора масляным выключателем типа ВМ.Г-133 (а) и электромагнитным выключателем типа ВЭМ-10 (6).
рис. 20 изображены наиболее характерные. Они показывают, что если небольшие токи (токи намагничивания) отключаются масляным выключателем, то пики перена-
Напряжении значительно выше, чем при отключении аналогичных токов электромагнитным выключателем.
На рис. 21 показаны графики максимальных Км и средних Кс перенапряжений фаза — земля при отключении двигателей 6,6 кВ, 153 кВт различными выключателями.
Рис. 21 Коэффициент перенапряжения K=Uluк IUном при отключении асинхронного двигателя 6,6 кВ, 155 кВт выключателям,н различных типов:
А—электромагнитным; Б—автопневматичесинч; В лчаломаеляным; Г—маломасляным с принудительным масляным дутьем; 1/макс—максимальное напряжение при отключении выключателя; Онах1 — номинальное напряжение сети, К м — максимальное значение; Кс — вреднее значение.
Данные заимствованы из сведений по докладу «Перенапряжения при коммутации асинхронных двигателей высокого напряжения» па XXI сессии СИГРЭ 1964 г. (Швеция). Из заключения по докладу следует, что наиболее опасные перенапряжения появляются в момент отключения заторможенного и вращающегося с малой скоростью двигателя. Осциллограммы, приведенные па рис. 20, и графики на рис. 21 показывают, что перенапряжения, генерируемые при отключении цепей масляными выключателями, значительно выше, чем при отключении аналогичных цепей электромагнитными выключателями. Па рис. 22 приведена осциллограмма, взятая из опытов специальных испытаний отключения выключателем типа ВЭМ-10К токов короткого замыкания. На осциллограмме показаны переходные процессы только на одной фазе (рис. 22, а). Осциллограммы восстанавливающегося напряжения «а рис. 22, б даны для всех трех фаз и снимались при большей скорости записи, чем осциллограммы тока и напряжения на рис. 22, а.
Если камера собрана правильно, то дугогашение происходит за 0,015 — 0,02 с. Восстанавливающееся напряжение UB0C при рабочем напряжении 10 кВ лежит
Ё пределах 9,?—11 кВ и при рабочем напряжении С кВ — в пределах 5,7—7,1 кВ.
Износ пластин и других деталей камер в результате
отключения токов к. з. происходит более интенсивно.
Рис. 22. Осциллограмма переходных процессов при отключении выключателем типа ВЭМ-10К токов к.з. а — изменение тока и напряжения в одной из фаз; 6 — восстанавливающееся напряжение на контактах; Uи-,— восстанавливающееся напряжение; 11—момент погасания дуги в первогасящей полюсе; /— время дугогашения.
После ряда повторных отключений возможно появление трещин и сколов керамических пластин, подъем неплотно закрепленных пакетов дугогасительной решетки, значительный обгар боковых керамических плит и другие изменения. Поэтому после отключения токов короткого замыкания камеры следует тщательно осмотреть.
На рис. 23 приведена осциллограмма тока и напряжения при отказе дугогасительной камеры. Из этой осциллограммы видно, что напряжение на дуге UR, медленно нарастающее после размыкания контактов (сечение
- — /) к моменту перехода тока через нуль (сечение 2 — 2), достигает незначительной величины. После слабой попытки гашения дуги в «первый нуль» и повторного ее зажигания (сечение 3— 3) напряжение на дуге имеет весьма небольшую величину (если не считать пики зажигания) и ограничение тока почти отсутствует. Медленный рост напряжения на дуге, малое ограничение тока показывают, что дуга плохо движется вверх, мала ее длина, а может быть дуга и дошла до верха пластин, но мало ее сопротивление, вследствие того что пластины разогрелись и не отбирают тепло от дуги.
Рис. 23. Осциллограмма тока и напряжения при отказе дугогасительной камеры выключателя.
/ — ток, проходящий через выключатель;
Uц — падение напряжения на дуге выключателя; 1 — I — начало расхождения контактов испытуемого выключателя; 2—2 — первое прохождение тока через нуль после размыкания контактов испытуемого выключателя; 3—3 — повторное зажигание дуги;
4 — 4 — начало расхождения контактов запасного выключателя.
Отключение короткого замыкания в данном опыте выполнялось запасным выключателем (сечение 4 — 4), включённым последовательно с испытуемым. На осциллограмме рис. 23 хорошо заметно уменьшение амплитуды тока после начала отключения запасного выключателя.
Причины отказа в работе камеры могут быть самыми различными; неправильный выбор расстояния между дугогасительным рогом и неподвижным контактом; нарушение контакта между дугогасительным рогом и катушкой магнитного дутья; не выдержаны зазоры между керамическими пластинами; некачественная керамика; нарушились уплотнения между пластинами или уплотнения между дугогасительной решеткой и опорными деталями, вследствие чего нарушилась правильная вентиляция камеры. Характер же неправильного гашения дуги независимо от причины отказа в значительной мере будет сходным и состоит в следующем. Электрическая дуга на какой-то стадии
своего движения задерживается, пластины разогреваются, а когда нарушается эффективный отбор тепла, сопротивление дуги уменьшается, появляется большой остаточный ток. После перехода тока через нуль восстанавливающееся напряжение пробивает промежуток между контактами, дуга загорается вновь и т. д. до момента отключения цепи другим дублирующим аппаратом.
По сведениям организаций, где имелись случаи работы выключателя с неправильно включенными катушками магнитного дутья, электромагнитный выключатель не отключил токи короткого замыкания (точными сведениями о величинах токов, при которых наступил отказ работы с неправильно включенными катушками авторы не располагают), керамика пластин расплавилась, однако ее выгорание не привело к каким-либо побочным разрушениям, в частности сохранились целыми наружные стенки камер. Указанные явления представляют собой случаи грубого нарушения технологии сборки дугогасительных устройств. При правильной сборке и эксплуатации камеры работают надежно.
