ГЛАВА ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ
Современные потребители электрической энергии предъявляют высокие требования к качеству электроэнергии. Одним из основных показателей качества электроэнергии является минимальное отклонение напряжения от его номинального значения согласно ГОСТ 13109-67.
Большинство силовых трансформаторов имеет обмотки с ответвлениями и специальные устройства переключения, позволяющие изменять соединения ответвлений обмоток между собой или с вводом и тем самым осуществлять регулирование напряжения [Л. 6, 24]. Устройства переключения ответвлений обмоток трансформатора (переключающие устройства) делятся на две основные группы: устройства переключения без возбуждения (устройства ПБВ) и устройства переключения под нагрузкой (устройства РПН).
Для осуществления операции переключения ответвлений с помощью устройства ПБВ необходимо отключение трансформатора от сети. Этот способ переключения не всегда удобен и непригоден для оперативного регулирования напряжения.
Наиболее целесообразно, особенно в качестве понижающих, применять трансформаторы с устройствами РПН. Переключение этим способом производится без отключения трансформатора от сети. Число ответвлений обмотки обычно бывает большим, а диапазон регулирования напряжения шире, чем у трансформаторов с устройствами ПБВ.
а) Устройства ПБВ
В силовых масляных трансформаторах общего назначения с устройствами ПБВ число включенных витков изменяют переключателями ответвлений, установленными внутри бака [Л. 6]. Переключатель имеет расположенные по окружности неподвижные контакты, соединенные с ответвлениями обмотки, и подвижные контакты. Последние замыкают те или другие неподвижные контакты, осуществляя нужное соединение витков обмотки. Для перемещения подвижных контактов из одного положения в другое служит привод переключателя с рукояткой (штурвалом), выведенной на крышку или стенку бака трансформатора. Переключение осуществляется после снятия напряжения с трансформатора как со стороны ВН, так и со стороны НН.
Существует много различных конструкций переключателей ответвлений, отличающихся различным устройством контактов, приводов и различной общей компоновкой. Каждый тип переключателя предназначен для определенного класса напряжения и номинального тока; рабочий ток обмотки не должен превосходить номинальный ток переключателя.
Схема контактов переключателя выбирается в зависимости от схемы ответвлений обмотки. Имеется три типа контактных систем: барабанный контакт, ламельный и сегментный.
б) Устройства РПН
Переключающее устройство обычно состоит из следующих основных частей: избиратель; контактор; токоограничивающие сопротивления или реактор; приводной механизм.
В зависимости от способа ограничения тока в переключаемой части обмотки устройства РПН делятся на два основных класса [Л. 24]: 1) устройства с токоограничивающими реакторами; 2) устройства с токоограничивающими сопротивлениями (активными).
Несмотря на то, что конструкция устройств РПН с токоограничивающими сопротивлениями сложнее, чем устройств с реакторами, они имеют преимущества — громоздкий и тяжелый реактор заменен в них сравнительно легкими и малогабаритными активными сопротивлениями. Последние обычно являются конструктивной частью контактора, в то время как реактор устанавливается в баке трансформатора отдельно от остальных частей переключающего устройства.
Переключающие устройства изготавливаются в трехфазном и однофазном исполнениях.
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
а) Контакты
Переключающее устройство трансформатора представляет собой сложный коммутационный аппарат, имеющий много контактов различного назначения. От их состояния зависит надежность работы трансформатора в целом. Контактные соединения по характеру работы делятся на неразмыкаемые и скользящие [Л. 6, 25].
Неразмыкаемые контакты служат для жесткого соединения неподвижных частей аппарата между собой или с другими устройствами, например для присоединения к переключателю (избирателю) шинных или кабельных отводов трансформатора.
Размыкаемые контакты в процессе работы должны многократно разъединять и вновь соединять различные части электрической установки, т. е. совершать коммутационные операции. Если это происходит под током, то при разрыве контактов возникает дуга, и такие контакты должны быть изготовлены из дугостойких материалов (дугогасительные контакты). Один из элементов размыкаемого контактного соединения является подвижным и соединяется с другими частями электрической схемы с помощью гибкой перемычки или специального скользящего контакта.
Скользящие контакты служат для снятия тока с подвижных частей устройства; в процессе работы они все время остаются замкнутыми, однако место их соединения изменяется.
При всем разнообразии применяемых конструкций контакты переключающих устройств могут быть отнесены к сравнительно немногим основным типам: ламельный, ножевой, пластинчатый и др.
б) Основные детали механической части
Под механической частью переключающего устройства понимают совокупность элементов конструкции, обеспечивающих передачу движения от приводного механизма к контактам контактора и избирателя.
Механическая часть должна обеспечивать: а) заданную последовательность коммутации, т. е. определенный порядок операций размыкания и замыкания контактов контактора и избирателя; б) точность изготовления и взаимную подгонку отдельных элементов, чтобы влияние зазоров (люфтов) между частями переключающего устройства на его работу было минимальным; в) возможно меньшее трение между подвижными частями, чтобы уменьшить вращающий момент на валу приводного механизма и необходимую мощность двигателя;
г) достаточную механическую прочность деталей для обеспечения надежности функционирования переключающего устройства в течение всего срока службы трансформатора. Опасность представляют не только поломка деталей, приводящая к аварии, но также чрезмерные упругие и остаточные деформации (например, скручивание валов), увеличение зазоров вследствие смятия или истирания деталей и т. п. Все эти явления механического износа могут приводить к нарушению нормальной последовательности срабатывания контактов.
В устройствах РПН применяют обычные цилиндрические и конические зубчатые передачи с зубьями стандартного эвольвентного профиля. Степень точности передач должна быть не ниже 8-й. Применяются также червячные передачи.
Широко применяется мальтийская передача, преобразующая равномерное вращение в неравномерное (прерывистое) движение контактной системы.
Кулачковые механизмы для преобразования равномерного вращения в возвратно-поступательное или возвратно-вращательное движения применяют главным образом в контакторах переключающих устройств с токоограничивающими реакторами.
В различных узлах переключающих устройств наиболее широко применяют ПОДШИПНИКИ скольжения с бронзовыми вкладышами, однако и последние годы стали применять шариковые подшипники.
Для соединения валов, допускающих регулирование взаимного угла поворота, применяют так называемые нониусные муфты, представляющие собой разновидность глухих фланцевых муфт.
Нониусная муфта состоит из двух фланцев (дисков) с отверстиями, через которые проходят соединительные штифты, пригнанные по размеру отверстий и работающие на срез.
Все типы переключателей и избирателей имеют пружины, выполняющие ответственную роль и определяющие основные характеристики аппаратов. Наибольшее распространение имеют цилиндрические витые пружины двух видов: работающие на сжатие и на растяжение.
в) Применяемые материалы
Электрические, тепловые, механические и другие свойства, которыми должны обладать различные узлы переключающих устройств, приводят к необходимости применения специальных электротехнических и конструкционных материалов.
Для контактов и контактных деталей необходимо применять материалы, удовлетворяющие соответствующим требованиям, в зависимости от условий их работы: низкое удельное и контактное переходное сопротивление, стойкость против окисления и сваривания, износоустойчивость, пружинящие свойства и др. Этим требованиям отвечают следующие материалы: 1) медь марки М1 твердая в виде полос, прутков, листов; 2) медь кадмиевая марки МК; 3) серебро чистое СР-999,9; 4) металлокерамические композиции; 5) латунь.
В качестве проводников тока применяется чистая электролитическая медь, обладающая высокой электрической проводимостью, большой эластичностью и достаточной механической прочностью. Удельное сопротивление этой меди р = 0,01724 (Ом-мм2)/м, удельный вес (плотность) у = 8,9 г/см3, температура плавления 1 065—1 080°С. Медь применяется в виде поковок М1, шин МГТ и ленты МГМ соответствующих размеров и др.
Кроме меди, широко применяется латунь (ЛС59-1Л, ЛС59-1НО, литье под давлением, труба латунная А-П-62).
Для изоляционных деталей используются гетинакс, текстолит, бумажно-бакелитовые трубки и цилиндры, дерево и электротехнический картон.
Для переключателей и избирателей применяют листовой электротехнический гетинакс марок А и Б толщиной до 50 мм. Он отличается высокой механической и электрической прочностью. Электрическая прочность гетинакса марки А составляет 16—22 кВ/мм, марки Б — 40—80 кВ/мм. Плотность гетинакса составляет 1,3—1,4 г/см3. Гетинакс поддается механической обработке: распиловке, сверловке, обточке, фрезеровке.
Текстолит электротехнический имеет большую удельную ударную вязкость, чем гетинакс, и поэтому его используют для изготовления изоляционных деталей, несущих повышенную механическую нагрузку. Электрическая прочность текстолита 5—8 кВ/мм, плотность 1,3—1,4 г/см3.
Бумажно-бакелитовые трубки и цилиндры обладают маслостойкостью и значительной электрической прочностью. Они предназначены для работы на воздухе и в трансформаторном масле при рабочей температуре до 105°С.
Достаточная механическая прочность изделий допускает их механическую обработку: сверловку, резку, обточку, фрезеровку.
Буковая древесина обладает хорошими изоляционными и механическими свойствами, не оказывает вредного действия на трансформаторное масло, поэтому применяется как изоляционно-конструктивный материал. Детали из бука подвергаются сушке и пропитке в трансформаторном масле. Электрическая прочность пропитанного бука в сухом состоянии 2,1 — 4,5 кВ/мм, плотность после сушки 0,73 г/см3.
Трансформаторное масло — жидкий электроизоляционный материал, получаемый путем ступенчатой перегонки нефти. Плотность масла 0,9 г/см3. Масло служит как электроизоляционным материалом, так и материалом, отводящим тепло от нагретых частей переключающего устройства [Л. 26].
В качестве конструкционных материалов для деталей, выполняющих конструктивные функции, применяются коррозионностойкие металлы и сплавы.
Широко используются углеродистые, низколегированные стали и чугуна, а также алюминий и некоторые его сплавы при их надежной антикоррозионной защите лакокрасочными, металлическими и неметаллическими покрытиями, а именно: сталь листовая В, ст. 3, сталь 35-Б; сталь круглая, ст. 35, сталь листовая мСТ 3, чугун СЧ 18-36, литье в землю, сплав А-9.
Резьбовый крепеж (мелкие винты и гайки) изготовляют из нержавеющей стали и латуни. Крупные винты и гайки, например с диаметром более 6 мм, изготовляют из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, защищая их металлопокрытиями, например кадмированием, с последующим хроматным пассивированием. В собранном виде крепежные детали защищают лакокрасочным покрытием.
Витые пружины изготовляют в основном из нержавеющей пружинной стали в виде проволоки класса 1 соответствующего диаметра или ленты по ГОСТ 9389-60.
