Конструкции электромагнитных выключателей с узкощелевыми дугогасительными камерами

Существующие электромагнитные выключатели с узкощелевыми камерами различаются исполнением магнитных систем и формой щелевых каналов (рис. 1). Дугогасительные устройства изготовляются с плоской и зигзагообразной щелью. Конструктивно камеры с плоской щелью просты, однако обладают сравнительно низкой эффективностью дугогашения; они применяются на напряжения 6 — 10 кВ (рис. 2, б).

Узкощелевые зигзагообразные камеры обеспечивают более эффективное дугогашение (вследствие интенсивного охлаждения дуги) и применяются на напряжение до 24 кВ (рис. 2, в).

Рис. 1. Общий вид электромагнитных выключателей ВЭ-10 и ВЭВ-6: а) ВЭ-10 на номинальные токи 1600 и 2500 А: 1 — распорка: 2 — ручка: 3 — привод: 4 — основание: 5 — выводы; 6 — втычной розеточный контакт: 7 — скоба; 8 — кожух: 9 — разъем штепсельный; 10 — металлический заземленный лист: 6) ВЭВ-6-16/630: 1 — сварной корпус; 2 — межполюсные перегородки: 3 — дугогасительная камера; 4 — боковой швеллер: 5 — изоляционная панель с изоляторами: 6 — тяга: 7 — полюс; 8. 11 — рычаги механической блокировки: 10 — ручка; 12 — кнопка отключения: 13, 14, 15 — выводные силовые розеточные контакты, 16 — кнопка включения: 17 — кронштейн

Рис. 2. Конструктивное исполнение электромагнитного выключателя (а) и узкощелевых камер с плоским (б) и зигзагообразным (в) калачами

В электромагнитном выключателе (рис. 2, а) дуга гасится в камере с решеткой из керамических пластин, в которые дуга затягивается магнитным полем, возбуждаемым коммутируемым током. На изоляторах 2, установленных на основании 1, закреплены дугогасительная камера 3 и катушка магнитного дутья 4 с полюсами магнитопровода 5. Выключатель имеет главные 8, 9 и дугогасительные 10, 11 контакты.

Дуга, возникающая при размыкании дугогасительных контактов 10, 11 под действием электродинамических усилий токоведущего контура и тепловых конвекционных потоков выдувается вверх, в дугогасящую камеру 3 [положение А (рис. 2, а)], затем, растягиваясь, занимает соответственно положения Б (при этом подключается катушка магнитного дутья 4), В, Г и Д. Под действием магнитного поля, создаваемого катушкой 4, дуга перемещается в зигзагообразном щелевом канале, интенсивно охлаждается, электрическое сопротивление ее растет и при очередном переходе через нулевое значение дуга гаснет.

Недостатком конструкции является образование проводящих частиц вблизи дугогасительных контактов (осевшие испарившиеся частицы контактного материала, налет копоти), что снижает электрическую прочность межконтактного промежутка.

В качестве материала камер применяется дугостойкая керамика (на основе циркония). Наиболее просты камеры с плоским щелевым каналом, однако их габариты больше, чем у камер с зигзагообразным каналом.

Дугогасительная катушка в системе магнитного дутья у электромагнитных выключателей подключается в цепь тока постоянно (рис. 2, б) либо после размыкания главных контактов и образования дуги на дугогасительных контактах (рис. 2, а, в).

В дугогасительных устройствах, применяемых в выключателях на большие токи, катушки магнитного дутья включаются в цепь только в процессе отключения. При отключении небольших токов (несколько ампер) начальная электродинамическая сила, действующая на дугу, мала и не может переместить дугу в положение, при котором будут включены катушки магнитной системы. Поэтому с подвижным контактом 9 связан поршень автопневматического устройства 12. При вращении подвижного контакта по часовой стрелке сжатый поршнем воздух по трубке автопневматического устройства направляется на дугу и перемещает ее вверх. Необходимо отметить, что при близких к нулю токах, индукция в камере мала, что делает магнитное дутье в этот момент малоэффективным. Для улучшения работы выключателя на магнитной системе устанавливается короткозамкнутый виток. При этом магнитный поток отстает по фазе от тока в катушке. В результате при подходе тока к нулю индукция не становится равной нулю, что способствует перемещению дуги и ее гашению.

Электромагнитные выключатели не требуют масла для гашения дуги, обеспечивают низкий уровень коммутационных перенапряжений, имеют сравнительно небольшой износ контактов. Эти преимущества позволяют применять их в электроустановках с частыми операциями включения и отключения. Кроме того, в связи с отсутствием в них масла обеспечивается удобство их обслуживания, что снижает трудоемкость и расходы при их эксплуатации. Электромагнитные выключатели обладают достаточным быстродействием и ограничивают ток короткого замыкания в процессе отключения. Повышенная износостойкость дугогасящей части выключателей обеспечивает большое допустимое число коммутационных операций без ревизий и ремонтов.

В связи с указанными преимуществами электромагнитные выключатели нашли широкое применение в промышленных установках, системах собственных нужд электростанций на подстанциях метрополитена и в других типах электроустановок. Применение электромагнитных выключателей обеспечивает возможность создания КРУ меньших размеров на относительно высокие параметры, чем, например с масляными выключателями. Так, электромагнитный выключатель ВЭ-10 на номинальный ток 3150 А встраивается в шкаф типа КЭ-10, имеющий ширину 750 мм, а для выключателей ВМПЭ-10 на 3150 А требуется шкаф КРУ шириной не менее 1350 мм. В то же время при установке электромагнитных выключателей в КРУ следует предусматривать меры для предотвращения выброса продуктов горения дуги на соседние токоведущие элементы. Во избежание перекрытий необходимо устанавливать изоляционные дугостойкие экраны.