Разъединители — это аппараты, предназначенные для включения и отключения участков электрических цепей под напряжением при отсутствии нагрузочного тока. Они применяются во всех высоковольтных установках для обесточивания какого-либо участка цепи, а также для выполнения переключений и выбора нужной схемы. Все операции с разъединителями, как правило, производятся при обесточенных цепях. Как элемент техники безопасности разъединитель может применяться и в низковольтных установках, в которых для этих целей обычно используются рубильники без гашения.
Разъединители изготовляются как для внутренней, так и для наружной установки на всю шкалу токов и напряжений. Они могут выполняться как трехполюсными на общей раме (обычно при напряжении до 35 кВ), так и в однополюсном исполнении (при более высоких напряжениях). При напряжении свыше 35 кВ требуемые расстояния между фазами достаточно велики и общая рама становится чрезмерно громоздкой и тяжелой.
Основным элементом разъединителя являются его контакты. Они должны надежно работать в номинальном режиме, а также при перегрузках и сквозных токах короткого замыкания. Нагрев, динамическая и термическая стойкость, электрическая и механическая прочность изоляции являются главными вопросами расчета и конструирования разъединителей. В разъединителях применяются высокие контактные нажатия. При больших токах контакты выполняют из нескольких (до восьми) параллельных пластин, используют пластины прямоугольного, швеллерного и круглого сечений. Для обеспечения высокой электродинамической устойчивости широко применяются электромагнитные и электродинамические компенсаторы (часто говорят «замки»).
Разъединители оборудуют ручным, электродвигательным или пневматическим приводом. Разъединители на малые токи при напряжениях до 35 кВ могут управляться вручную с помощью изоляционной штанги. Наибольшее распространение при номинальных токах до 3 000 А включительно получил ручной рычажный привод; при токах свыше 3 000 А — ручной червячный привод. Электродвигательные и пневматические приводы используются для управления тяжелыми разъединителями, когда ручное управление затруднено или невозможно, а также при дистанционном или автоматизированном управлении.
Во избежание размыкания контактов разъединителя под током, которое может привести к крупным авариям и несчастным случаям, разъединитель всегда блокируют с выключателем. Блокировка допускает оперирование разъединителем только при отключенном выключателе. По исполнению блокировка может быть механической, механически-замковой или какой-либо другой.
Основное различие конструкций разъединителей состоит в характере движения подвижного контакта.
Пример выполнения разъединителя рубящего типа для внутренней установки приведен на рис. 4.1. Аналогичные конструкции в одно- и трехполюсном исполнениях выпускаются на напряжения до 35 кВ и токи до 6 кА.
Рис. 4.1. Разъединитель для внутренней установки (6... 10 кВ, 400...600 А): 1 — неподвижный контакт; 2 — подвижный контакт (нож); 3 — ось; 4 — подшипник; 5 — стальные пластины; 6 — вилка; 7 — пружины; 8 — изолятор
Полюс разъединителя состоит из неподвижных контактов 1 с выводами, укрепленных на опорных изоляторах 8. Подвижный контакт (нож) 3 представляет собой две прямоугольные пластины, охватывающие неподвижные контакты и вращающиеся на оси 3. Ось укреплена в подшипнике 4. Контактное нажатие обеспечивают пружины 7, которые действуют через стальные пластины 5, шарнирно закрепленные на оси. Минимальное расстояние между пластинами в отключенном положении фиксируется дистанционной втулкой. Подвижный контакт снабжен вилкой 6 для соединения с приводом. Все полюсы монтируются на одной стальной плите или раме и имеют общий привод.
Стальные пластины 5 являются одновременно электромагнитным компенсатором электродинамических сил при токах короткого замыкания. Магнитный поток, который охватывает подвижный контакт, замыкаясь через указанные пластины, стремится стянуть их.
Рис. 4.2. Элегазовый короткозамыкатель (110 кВ):
1 — фарфоровый цилиндр; 2, 3 — контакты; 4 — сильфон; 5 — тяга
Отделитель — это аппарат, который под действием устройств защиты быстро автоматически отключает поврежденные участки электрической цепи в момент отсутствия в ней тока, т.е. в период бестоковой паузы АПВ, создаваемой выключателем, установленным на питающем конце линии. Если у обычного разъединителя скорость отключения мала, то в отделителе процесс отключения длится 0,5... 1,0 с. В основу конструкции отделителя положен разъединитель, на тяге которого размещена отключающая пружина, которая в сжатом (заведенном) состоянии удерживается защелкой. При подаче напряжения на расцепляющий электромагнит защелка освобождает пружину, в результате чего отделитель срабатывает.
Короткозамыкатель — это аппарат, предназначенный для создания под действием устройств защиты быстрого автоматического короткого замыкания электрической цепи при повреждениях в ней. Конструктивно короткозамыкатель представляет собой разъединитель с быстродействующим приводом. Наиболее перспективным в настоящее время является элегазовый короткозамыкатель (рис. 4.2). Его контакты 2 и 3 расположены в фарфоровом цилиндре 1. Давление элегаза внутри цилиндра составляет 0,5 МПа. Привод подвижного контакта осуществляется тягой 5.
Сильфон 4 обеспечивает герметизацию аппарата, время срабатывания которого в 4—5 раз меньше, чем у обычных короткозамыкателей.
На высоковольтных подстанциях входной выключатель В2 может заменяться отделителем О в комбинации с короткозамыкателем Кз. Такая замена позволяет существенно упростить и удешевить защитную установку, не ухудшая ее надежности. От отделителя требуется быстродействие, чтобы он успел за время бестоковой паузы цикла АПВ полностью отключить цепь.
Практическая часть
Задача 1. Однофазный двухобмоточный трансформатор номинальной мощностью Sном и номинальным током вторичной цепи I2ном при номинальном вторичном напряжении U2ном имеет коэффициент трансформации k, при числе витков в обмотках ω1 и ω2. Максимальное значение магнитной индукции в стержне Вmax, а площадь поперечного сечения этого стержня Qст; ЭДС одного витка Eвит, частота переменного тока в сети f=50 Гц. Значения перечисленных параметров приведены в таблице 1. Требуется определить не указанные в этой таблице значения параметров для своего варианта.
Таблица 1- Исходные данные для задачи 1
|
| Параметры
| Вариант
|
|
|
|
|
| Sном, кВА
|
|
|
| U2ном, В
|
|
|
| ω1
| -
|
|
| ω2
|
|
|
| k
| 9,55
|
|
| Евит, В
| -
|
|
| Qст, м2
| -
|
|
| Вmax, Тл
| 1,55
|
|
| I2ном, А
| -
|
|
| | | | | |
1. При заданном коэффициенте трансформации определяем число витков в первичной обмотке трансформатора:
2. Номинальный ток вторичной обмотки трансформатора:
3. Площадь поперечного сечения стержня сердечника выражаем из формулы максимального значения основного магнитного потока:
При этом, номинальное вторичное напряжение трансформатора:
Тогда,
где kс=0,93…0,95 – коэффициент заполнения сталью стержня магнитопровода.
4. ЭДС одного витка: 
Задача 2. Генератор постоянного тока независимого возбуждения мощностью Рном и напряжением Uном имеет сопротивление обмоток цепи якоря, приведенное к рабочей температуре, Σr; в генераторе применены электрографитные щетки марки ЭГ (ΔUш=2,5В). Определить номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки.
Таблица 2 - Исходные данные для задачи 2
| Параметры
| Вариант
|
|
|
| Рном, кВт
|
|
| Uном,В
|
|
| Σr, Ом
| 0,14
|
1. Ток в номинальном режиме 
2. ЭДС якоря в номинальном режиме 
3. Перепад напряжения 
Задача 3. По таблице 4 выбрать аппараты защиты от токов короткого замыкания и длительной перегрузки асинхронных электродвигателей серии 4А. Технические характеристики аппаратов защиты приведены в таблицах 1..7 приложения 1.
Таблица 3 - Исходные данные для задачи 4
| Вариант задания
| Тип электродвигателя
| Плавкие предохранители
| Тепловые реле
| Автоматические выключатели
|
|
| 4А80А2Y3
| ПР2
| РЛТ
| АП50
|
Решение: Технические характеристики электродвигателя:
Рном. = 1.5 кВт;
Iном. = 3.3 А;
n ном. = 2850 об/мин;
Iпуск/Iном. = 6.
1. Выбор предохранителей производится по двум условиям:
а) Iном.пл.вст. ≥ Iном.; 6 А ≥ 3.3 А;
б) Iном.пл.вст. ≥ Iпуск./ α; 10 А > 19.8/2.5=7.92 A,
где Iпуск=KI∙ Iном=6∙3.3=19.8 А, α=2,5 - нормальные условия пуска электродвигателя.
Из двух приведенных условий наиболее приемлемы значение тока плавкой вставки предохранителя так как это удовлетворяет условиям пуска электродвигателя.
Следовательно, выбираем предохранители серии ПР2-15 с Iном.пл.вст.= 10 А.
2. Выбор теплового реле производителя по номинальному ток электродвигателя по условию: Iном.т.р. ≥ Iном.эл.дв.: 4.0 А ≥ 3.3 А.
Выбираем тепловое реле сер. РЛТ-1008 с диапазоном регулирования тока установки 2.4..4 А.
3. Автоматический выключатель выбираем под двум условиям:
а) Iном.т.р. ≥ (1.15..1.25)∙Iном.; 6.4 А > 1.25∙3.3 = 4.13 А;
б) Iсрб.эм.расц. ≥ 1,25∙Iпуск./ α
11∙Iном.т.р. > 1.25∙7.92 А;
11∙3.3 >9.9 А;
33 >9.9 А;
где 11∙Iном.т.р. - кратность тока срабатывания электромагнитного расцепителя (отсечка)
Электромагнитный расцепитель (отсечка) выключателя не должен срабатывать при пуске электродвигателя, следовательно выбираем автоматический выключатель серии АП50-3МТ с Iном.расц.=6.4 А.
Используемая литература
Основная
1. Шишмарев В.Ю. Автоматика. Учебник для сред. Проф. образования – М.: Академия, 2005.
2. Гордин Е.М. и др. Основы автоматики и вычислительной техники. Учебник для техникумов – М.: Машиностроение, 1978.
3. Чекваскин А.Н. и др. Основы автоматики. Учебное пособие для техникумов. М, «Энергия», 1977.
4. Стрыгин В.В. Основы автоматики и вычислительной техники. Учебное пособие для техникумов. – М.: Энергоиздат, 1981.
5. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. Учебник для техникумов. – Л.:Энергоатомиздат, 1989
6. Цейтлин Л.С. Электропривод, электрооборудование и основы управления: учебник для техникумов – М.:Высшая школа, 1985.
Дополнительная
1. Электрические измерение. Учебник для техникумов: под ред. В.Н. Малиновского. – М.: Энергоиздат, 1983.
2. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок – М.: Высшая школа, 1981.
3. Коновалова Л.Л.Электроснабжение промышленных предприятий и установой – М.:Энергоатомиздат, 1989.
4. Елкин В.Д., Елкина Т.В. Электрические аппараты – Минск:Дизайн ПРО, 2003.
