Ремонт автоматических выключателей, контакторов и магнитных пускателей

Автоматический воздушный выключатель (автомат) — это аппа­рат, предназначенный для автоматического размыкания электри­ческих цепей или отключения электроустановки при возникнове­нии в них токов перегрузки и короткого замыкания, а также при недопустимом снижении или полном исчезновении напряжения. Воздушным называют выключатель потому, что электрическая дуга, возникающая между его контактами в момент отключения, гасится в среде окружающего воздуха. Основными частями вык­лючателей (рис. 14.7) являются контактная система, дугогасительное устройство и механизм свободного расцепления.

Коммутационный электромагнитный аппарат, предназначенный для дистанционных включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы, называют контактором. В элек­троустановках промышленных предприятий широко распространены электромагнитные контакторы, которые являются основными сило­выми аппаратами современных схем автоматизированного привода. Их выпускают для работы в электрических установках переменного и постоянного тока. В электроустановках трехфазного переменного тока применяют трехполюсные контакторы, состоящие из электромагнит­ной, контактной и дугогасительной систем (рис. 14.8).

Комбинированный аппарат дистанционного управления, состо­ящий из контактора, дополненного тепловым реле, и сочетающий функции аппаратов управления и защиты, называют магнитным пускателем. В качестве аппарата управления он применяется, напри­мер, для пуска, остановки и изменения (реверсирования) направ­ления вращения электродвигателя, а в качестве аппарата защиты — отключает электродвигатель или электроустановку при недопусти­мых перегрузках и коротких замыканиях, а также при определенном снижении или полном исчезновении напряжения (нулевая защита).

Рис.14.7. Устройство автоматического выключателя:

1-шинки; 2,3-дугогасительные и главные контакты; 4-гибкая связь; 5-биометаллический расцепитель; 6-резистор; 7-нагреватель;

8,9,10-максимальный, минимальный и независимый расцепители; 11-механическая связь с расцепителем; 12-рукоятка ручного включения; 13-электромагнитный привод; 14,15-рычаги механизма свободного расцепления; 16-контактный рычаг; 17-отключающая пружина;

18-дугогасительная камера

Рис. 14.8. Контактор пере­менного тока КТ-6000

Особое место среди коммутационной аппаратуры занимают вык­лючатели на напряжения выше 1000 В. Они являются основными аппаратами в электрических установках, служат для включения и отключения электрических цепей в любых режимах работы, наи­более сложными из которых является отключение токов КЗ и вклю­чение выключателя на существующее КЗ. Возникающую при раз­мыкании контактов дугу можно погасить, используя трансформа­торное масло, газы, газовое дутье, вакуум, а также специальные дугогасительные устройства.

При гашении дуги в масле контакты выключателя помещают в камеру, наполненную трансформаторным маслом. Гашение дуги в газах высокого давления происходит в компактных дугогасительных камерах с помощью сжатого воздуха или элегаза (шестифтористая сера SF6), обладающего высокой электрической прочностью и дуго-гасящей способностью. При газовом автодутье для охлаждения дуги используют направленное движение газов вдоль или поперек нее. Иногда применяют дутье холодным воздухом из специальных баллонов (воздушные выключатели). При гашении дуги в вакууме кон­такты выключателя размещают в вакуумной камере. Кроме того, в этих аппаратах применяют такие же способы гашения дуги, как и в аппаратах до 1000 В (гашение в щелях и магнитное дутье).

По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают баковые масляные, маломасляные, воздушные, электромагнитные, вакуумные, автогазовые, элегазовые выключатели. По роду установки выключатели раз­деляют на выключатели для внутреннего использования, для на­ружного использования, для комплектных РУ. По степени бы­стродействия на отключение выключатели делятся на сверхбыстродействующие (менее 0,06 с), быстродействующие (от 0,06 до 0,08 с), ускоренного действия (от 0,08 до 0,12 с), небыст­родействующие (свыше 0,12 с).

Основными достоинствами баковых выключателей являются про­стота конструкции, высокая отключающая способность, пригодность для наружной установки; недостатками — взрыво- и пожароопасность, необходимость периодического контроля за состоянием и уров­нем масла, большой объем масла, что требует значительных затрат времени на его замену, непригодность для установки внутри поме­щений и для АПВ, большой расход металла, большие габаритные размеры и масса, неудобство перевозки, монтажа и наладки.

В малообъемных (маломасляных) выключателях трансформаторное масло залито лишь в небольшой бачок (горшок), окружающий кон­такты, и используется только как дугогасительная среда. Поэтому такие аппараты являются менее пожаро- и взрывоопасными. Баки таких выключателей изготовляют из металла и фарфора. Выключа­тели с металлическими баками используют в закрытых и комплек­тных РУ, а с фарфоровыми — на открытых подстанциях. Для кон­троля уровня масла в этих выключателях имеется маслоуказатель, а для смягчения удара при их включении и отключении — соответ­ственно масляный и пружинный буферы, расположенные на раме.

Достоинствами маломасляных выключателей являются неболь­шое количество масла, малая масса, удобный доступ к контак­там, унификация многих узлов; недостатками — невысокое быс­тродействие, частая замена масла, малая отключающая способ­ность, взрыво- и пожароопасность.

Воздушные выключатели применяют в РУ напряжением 110 кВ. Гашение дуги в них происходит в дугогасительных камерах с про­дольным или поперечным дутьем с помощью сжатого воздуха, получаемого от компрессорной установки. Достоинствами воздуш­ных выключателей являются взрыво- и пожаробезопасность, бы­стродействие, высокая отключающая способность, малый износ дугогасительных контактов, пригодность для наружной и внут­ренней установки; недостатками — необходимость наличия ком­прессорной установки, сложность изготовления ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость.

Электромагнитные выключатели выпускаются на напряжения 6... 10 кВ, номинальный ток до 3200 А и ток отключения до 40 кА. Дугогашение в них осуществляется магнитным дутьем и не требует масла или сжатого воздуха, что является большим преимуществом этих выключателей. Другими их достоинствами являются полная пожаро- и взрывобезопасность, малый износ контактов, большое количество отключений без ревизий, высокая отключающая спо­собность. К недостаткам следует отнести сложную конструкцию и ограниченный верхний предел номинального напряжения.

Основной частью конструкции вакуумных выключателей явля­ется вакуумная камера, в которой практически отсутствует среда, проводящая электрический ток. Этим обеспечивается быстрое га­шение дуги при сравнительно малом ходе размыкающих контактов (4 мм). Контакты выключателей изготовляют тугоплавкими во избежание их испарения в вакууме. К достоинствам вакуумных выключателей относятся их малые габаритные размеры, взрыво-и пожаробезопасность, возможность расположения в любой плос­кости и надежность, а к недостаткам — небольшие токи отключе­ния и большие коммутационные перенапряжения.

Автогазовые выключатели применяются в основном в качестве выключателей нагрузки. Для гашения дуги в них используется газ, выделяющийся из твердого газогенерирующего материала дугогасительной камеры. К достоинствам автогазовых выключателей от­носится простота их конструкции, а к недостаткам — малые токи отключения.

В элегазовых выключателях применяется электромагнитное ду­тье, вращающее дугу. Их контактная система помещается внутри герметически закрытого фарфорового корпуса, заполненного элегазом. К достоинствам элегазовых выключателей относятся пожа­ро- и взрывобезопасность и быстродействие.

В электрических установках малой мощности используют вык­лючатели нагрузки, создающие видимый разрыв при отключении ими электрической цепи. Выключатели нагрузки оборудованы дугогасительными камерами с вкладышами из оргстекла. В качестве выключателей нагрузки служат также вакуумные выключатели ВНВП-10/320-2, выполненные на основе дугогасительной каме­ры КДВ-21.

Все высоковольтные выключатели комплектуются приводны­ми механизмами, основными частями которых являются включа­ющий механизм, запирающий механизм и расцепляющий меха­низм. Применяются ручные, пружинные, электромагнитные, пнев­матические и другие приводы выключателей.

Во всех перечисленных аппаратах обслуживанию и ремонту в подавляющем большинстве случаев подвергаются контактные группы и дугогасителъные камеры. Простейшие контактные груп­пы обычно не ремонтируются и при их наличии на складе заме­няются на новые. Контакты с содержанием драгоценных метал­лов (серебро, золото, платина) не выбрасываются, а сдаются на утилизацию. Сложные контакты и контакты с проводящими накладками могут быть отремонтированы самостоятельно или на ремонтном предприятии путем сварки или пайки одним из сле­дующих методов: контактной (точечной), диффузионной, холод­ной, ультразвуковой или электронно-лучевой сварки, сварки и пайки в вакууме, ультразвуковой металлизации.

Контактная сварка относится к термомеханическим методам и позволяет соединить контактирующие накладки с конструктив­ной частью контактной группы (см. разд. III).

Диффузионная сварка частей контактов выполняется при по­вышенных температурах (нагрев токами высокой частоты) с при­ложением необходимых давлений на свариваемые элементы. Сварка производится при разрежении 10"'... 10~3 Па в вакуумной камере, основана на взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях свариваемых материалов и позволяет получить надежные соеди­нения металлокерамических контактных накладок с металличес­кими элементами контактных систем.

Холодная сварка. В этом случае связи между атомами соединяе­мых металлов возникают без внешнего подвода теплоты при обеспе­чении одновременной пластической деформации зоны соприкос­новения. Соединяемые поверхности предварительно зачищаются. Степень деформации контактных материалов (Ag —Cu, Ag—Ni, Ag —CdO) и металлов контактодержателей (медь, бронза, латунь) весьма велика.

Ультразвуковая сварка применяется в тех случаях, когда необ­ходимо избежать общего нагрева контактирующих элементов и исключить изменение их физико-технических свойств. Энергия в этом случае подводится к месту соединения в форме механичес­ких колебаний ультразвуковой частоты. Тем не менее ультразву­ковая сварка является процессом термомеханическим, поскольку в месте соединения не вся энергия колебаний затрачивается на деформацию микронеровностей, а значительная часть ее расхо­дуется на выделение теплоты.

Электронно-лучевая сварка основана на превращении кинети­ческой энергии электрона в тепловую энергию (механическое дав­ление при этом отсутствует). Этот метод используется для ремон­та контактов слаботочных реле, а также в тех случаях, когда к свариваемым элементам нельзя прикладывать механические уси­лия (контакты реле защиты).

Сварка и пайка в вакууме используется при нанесении слоя одного металла или сплава на другой (серебра на медь, меди на алюминий и др.). При ремонте контактных накладок соединяемая поверхность более легкоплавкого металла нагревается в вакууме до температуры, превышающей температуру его плавления, и, таким образом, выполняет роль припоя.

Ультразвуковая металлизация. Используя ультразвук, можно осуществлять металлизацию поверхностей контактных деталей другим металлом. Металлизация осуществляется при частоте ко­лебаний ультразвукового инструмента, равной 20 кГц, и ампли­тудах колебательного смещения 3... 10 мкм, формирующих кави­тацию в расплаве. Таким способом можно восстанавливать лишь тонкие проводящие пленки на поверхности контактов.

Дугогасительные камеры. Эффективность и ресурс дугогасительных устройств коммутационных аппаратов в значительной мере зависят от свойств дугогасящей среды, материала контактных, изоляционных и конструктивных элементов и их конструктивно-технологических особенностей. Дугогасительные камеры, выра­ботавшие ресурс, подвергшиеся износу или находящиеся в ава­рийном состоянии предпочтительно заменить на новые (на скла­де должен храниться их экономически обоснованный запас).