Что такое вакуумный контактор
Вакуумный контактор: принцип действия, плюсы, особенности
Вакуумный контактор — устройство-выключатель, цель которого гашение электрической дуги, происходит это за счёт вакуума. При всяком присоединении и отсоединении контактов, которые находятся под высоким напряжением образовывается электрическая дуга, которая разрушает поверхности контактов, чем укорачивает срок службы выключателя. Для того чтобы это избежать и применяются вакуумные контакторы. Предназначение вакуумного контактора включение и отключение электрического тока в различных установках. Применение вакуумного контактора наиболее рациональный способ гашения электрической дуги. Все благодаря вакууму, в нём испарение при высоких температурах и окисление металлов происходит достаточно медленно. Как правило, конструкция вакуумного контактора состоит из вакуумной камеры, в некоторых контакторах также применяется электромагнитный механизм управления.
Вакуумный контактор имеет огромное количество плюсов: Простая конструкция и общее удобство применения; Лёгкость в ремонте; Вакуумный контактор способен работать вне зависимости от своего положения в пространстве; Имеет компактные размеры; Отличная стойкость к пожарам и взрывобезопасность; Не выделяет каких-либо вредных веществ; Не является источником шума.
Вакуумный контактор применяется в широкой сфере механизмов, его установка необходима везде, где требуется переключение электрических цепей. Например, в различных насосах, кранах, предприятиях с электрическими двигателями и так далее. Так как контакты в вакуумном контакторе находятся в вакууме исключается попадание грязи и пыли на них, что позволяет использовать его в загрязнённых средах, например, в шахтах. Кроме этого, вакуум делает вакуумный контактор взрыво- и искробезопасным.
Контакторы вакуумные КВТ-1,14
Методы для гашения дуги: дугогасильные решетки, газонаполненные и вакуумные камеры. Понятие вакуумного контактора, принцип работы и технические характеристики контактора КВТ-1,14. Структура условного обозначения, преимущества и отличительные особенности.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.03.2015 |
| Размер файла | 16,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
на тему «Контакторы вакуумные КВТ-1,14»
по дисциплине: «Электрические и электронные аппараты»
При соединении/разъединении любых контактов находящихся под напряжением неизбежно возникает электрическая дуга. Дуговой разряд разрушает контактные поверхности, и выключатель быстро изнашивается. Часто это называется «выгоранием контактов». Чтобы обеспечить большое число циклов включения/отключения, необходимо использовать устройства гашения дуги. вакуумный контактор дуга гашение
Предложены различные методы для гашения дуги, например, дугогасильные решетки, газонаполненные камеры, однако наиболее эффективно применение вакуумной камеры. Именно такой способ используется в вакуумных контакторах. В вакууме окисление металлов, даже при очень высоких температурах, не происходит, а испарение металлов сильно замедляется, что и увеличивает срок службы контактов в вакуумной коммутационной аппаратуре.
1. Понятие вакуумного контактора
Вакуумные контакторы применяются везде, где требуется частое переключение высоковольтных цепей: на электровозах, подъемных кранах, компрессорно-насосных установках, любых промышленных предприятиях, где есть мощные электродвигатели.
Средний ресурс вакуумного выключателя 1-3 млн. циклов включения/отключения. Вакуумные контакторы могут работать в сильнозагрязненной среде. Расположение контактов в вакуумной камере делает выключатель искро/взрывобезопасным. На контактные поверхности не может попасть пыль и прочие загрязнения. Такие качества позволяют использовать контакторы в угольных шахтах. Отличает вакуумные контакторы и малые габаритные размеры, по сравнению с воздушными контакторами.
2. Технические особенности
Выпускается широкий ассортимент вакуумного коммутационного оборудования. Основными параметрами вакуумных контакторов являются: рабочее напряжение, предельный коммутационный ток, число рабочих циклов. Из дополнительных параметров учитываются: скорость переключения, значения напряжения и токов управляющего электромагнита и др.
Вакуумные выключатели почти не требуют обслуживания в процессе эксплуатации. Рекомендуется профилактический осмотр, периодическое подтягивание болтовых соединений, проверка состояния клемм. Изношенная вакуумная камера легко заменяется новой.
В будущем ожидается широкое применение вакуумных выключателей на автомобильном электротранспорте.
3. Контактор КВТ-1,14
Контактор предназначен для частых коммутационных операций приемников электрической энергии на номинальное напряжение до 1140 В трехфазного переменного тока частотой 50 Гц.
Контактор предназначен для встраивания во взрывозащищенные оболочки. Категория размещения и климатическое исполнение У 5.1 по ГОСТ 15150-69.
Конструктивные варианты различных видов исполнений контакторов приведены в таблице 1.
Условное обозначение типоисполнения контактов
Количество контактов исполнительных цепей потребителя, шт.
Однофазные вакуумные контакторы постоянного и переменного тока
ОДНОФАЗНЫЕ ВАКУУМНЫЕ КОНТАКТОРЫ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Приводится описание серийных однофазных вакуумных контакторов переменного тока на напряжение до 3 кВ, номинальный ток 100, 500 и 1500 А с отключающей способность до 5 кА. Предложена оригинальная схема вакуумного контактора постоянного тока с поперечным магнитным полем на рабочее напряжение до 4 кВ. Из результатов испытаний следует, что вакуумный контактор с поперечным магнитным полем способен отключать постоянный ток до 100 А.
Для переключения силовых и вспомогательных цепей на подвижном составе электрифицированного железнодорожного транспорта до настоящего времени применяются коммутационные аппараты электромагнитного типа с гашением дуги в деионизационных решетках, которые отличаются наличием открытой электрической дуги. Такие аппараты обладают низкой надежностью, недостаточной коммутационной износостойкостью и высокой стоимостью затрат на обслуживание. Они характеризуются значительным рассеиванием энергии в дуге с повышенным уровнем акустических шумов и радиопомех, а также выделением токсичных и химически активных веществ при горении дуги, и как следствие этого – быстрый износ контактов и частая их замена.
Применение вакуумных переключателей, в которых для отключения переменного тока используется вакуумная дугогасительная камера (ВДК), позволяет устранить многие из недостатков, присущих открытой электрической дуге [1, 2]. В таких аппаратах коммутация тока осуществляется в герметизированном вакуумном объеме, что позволяет значительно уменьшить падение напряжения на дуге, снизить, таким образом, энергетические потери и, как следствие, получить высокий коммутационный и механический ресурс.
Вакуумные переключатели обладают:
— высокой надежностью и быстродействием,
— пожаро и взрывобезопасностью,
— удобством в эксплуатации,
— экологической чистотой в эксплуатации и производстве.
Сравнительно малый (2-4 мм) ход контактов в ВДК позволяет наиболее эффективно использовать электромагнитный привод, и как следствие существенно уменьшить массогабаритные показатели контактора.
Вакуумные контакторы переменного тока.
Однофазные вакуумные контакторы типа КВО могут коммутировать номинальный переменный ток 500 и 1500 А с отключающей способностью до 5000 А при номинальном напряжении 3 кВ [2]. Технические характеристики контакторов приведены в таблице 1.
Номинальное напряжение, В
Номинальная частота, Гц
Номинальный ток отключения, кА
Ток динамической стойкости, кА
Время включения, не более, мс
Время отключения, не более, мс
Механический ресурс, циклов ВО
Электрический ресурс контактов при ном. токе, циклов ВО
Размеры однополюсного контактора, мм
*) В диапазоне частот 40 – 100 Гц номинальный ток отключения составляет 1 – 2 кА.
Все вакуумные контакторы типа КВО имеют однотипную компоновку (рис. 1). Они содержат изоляционный цилиндрический корпус 1, вдоль оси которого размещены ВДК 2, тяговый изолятор 3 и электромагнит с якорем 4. На торце электромагнита установлен конус 5, упирающийся в конус 6, который закреплен на корпусе контактора. Указанные конуса предназначены для демпфирования колебаний контактов ВДК при отключении. Внутри электромагнита компактно размещены пружины отключения 7 и поджатия 8 контактов ВДК. Якорь электромагнита упруго связан с двумя парами нормально замкнутых и разомкнутых контактов микропереключателей 9.
Электронная схема управления 10 расположена на опорной пластине 11, на которой закреплен корпус с помощью изоляционной стойки 12 и металлической стойки 13. Внешняя изоляция ВДК, как правило, усиливается путем заливки кремнийорганического компаунда 14 в зазор между камерой и цилиндрическим корпусом.
Электромагнитный привод может питаться как от постоянного, так и от переменного выпрямленного напряжения. Предложенная в [3] схема включения и удержания контактора во включенном положении выполнена на транзисторном ключе с уставкой как по времени, так и по положению якоря электромагнита при переключении с пускового режима в режим удержания. Ток удержания ограничивается дополнительным резистором, включенным последовательно с катушкой электромагнита. Помимо схемы удержания с балластным сопротивлением, в настоящее время разработана и внедрена оригинальная схема с полевым транзистором, в которой стабилизация тока удержания осуществляется с помощью широтно-импульсного регулятора (ШИР). Такое решение позволяет существенно уменьшить (более чем на порядок) потребление энергии в режиме удержания по сравнению со схемой на балластных сопротивлениях [4].
Структурная схема блока управления показана на рис. 2. При подаче сигнала тока управления Iупр на вход узла пуска-останова запускается таймер, который в течение 0,1 с подает постоянное напряжение на затвор транзистора, достаточное для его полного насыщения, и запрещает прохождение формируемых модулятором импульсов ШИР. В результате обмотка привода включается на полное напряжение питания Uпит, что обеспечивает протекание пускового тока. Через 0,1 с таймер выключается, на ШИР поступают импульсы управления, формируемые модулятором, после чего начинается регулирование напряжения на обмотке электромагнита, чем и обеспечивается требуемый ток удержания.
Перейти на более высокий класс напряжения контакторов можно, не изменяя его компоновку, а лишь заменив ВДК на камеру с более высоким напряжением и усилив изоляцию опорного и тягового изоляторов.
Вакуумный контактор постоянного тока.
Для отключения постоянного тока в вакуумном выключателе обычно используется принцип принудительного перевода тока в ВДК через нуль с помощью разряда предварительно заряженного конденсатора [5]. Такие выключатели способны отключать токи до нескольких десятков килоампер при напряжении до 100 кВ и более [6]. При отключении токов до 1000 А и сравнительно небольших напряжениях до 3 кВ представляется перспективным использование также и гибридного коммутатора, состоящего из вакуумного контактора и подсоединенного параллельно ему силового полупроводникового прибора (СПП), например запираемого тиристора [7]. В таком устройстве отключение тока осуществляется с помощью СПП, который включается перед разведением контактов ВДК и отключается сразу после их разведения. В этом случае СПП и ВДК работают в режиме минимальной токовой нагрузки, что позволяет значительно увеличить их срок службы. Однако при отключении сравнительно малых токов до 100 А сложность конструкции, сравнительно большие габаритные размеры и стоимость таких аппаратов зачастую снижают их конкурентоспособность по сравнению с другими типами переключателей.
Другой способ отключения постоянного тока, который реализуется, например, в электромагнитных выключателях, заключается в создании условий для повышения напряжения на дугогасительном устройстве до уровня, превышающего напряжение на источнике питания. В ВДК такие условия можно создать путем формирования в межконтактном промежутке поперечного относительно направления тока магнитного поля [8]. Поперечное магнитное поле нарушает устойчивость горения вакуумной дуги, что приводит к быстрому росту напряжения на вакуумном промежутке и обрыву тока в ВДК.
В работе [9] предложена оригинальная конструкция ВДК с поперечным магнитным полем, в которой формируется осесимметричное радиальное магнитное поле с помощью постоянного магнита. На основе этой камеры разработан и изготовлен вакуумный контактор постоянного тока типа КВО-3-0,1/50 (см. таблицу 1).
Исполнение вакуумного контактора постоянного тока (рис. 3) отличается от контакторов переменного тока конструкцией ВДК и наличием нелинейного резистора R1, который служит для ограничения уровня восстанавливающегося напряжения и поглощения энергии при отключении тока в ВДК.
Нелинейный резистор закреплен непосредственно на токовыводах контактора. Параллельно нелинейному резистору может подсоединяться керамический конденсатор емкостью С1
ВДК содержит постоянный магнит, который формирует в межконтактном промежутке азимутально-однородное и преимущественно радиальное магнитное поле. Данная ВДК позволяет существенно уменьшить массогабаритные характеристики и стоимость контактора по сравнению с другими известными типами вакуумных контакторов.
Испытания вакуумного контактора постоянного тока.
Контактор работает следующим образом. При операции «В» замыкаются контакты Q1 с помощью электромагнитного привода Y1, и через контактор протекает ток от источника питания к нагрузке. При операции «О» управление на привод отключается, происходит размыкание контактов ВДК и в межконтактном промежутке возникает вакуумная дуга, которая горит в поперечно-радиальном магнитном поле. Такое поле способствует эффективному погасанию вакуумной дуги постоянного тока, и ток переходит в нелинейный резистор. Для ограничения скорости восстановления напряжения в ряде случаев параллельно ВДК подсоединяется конденсатор C1.
Испытания контактора на отключающую способность постоянного тока проводились на сильноточном импульсном стенде (рис. 4), состоящем из источника питания G, конденсаторной батареи емкостью C0 = 12,4 мФ на максимальное напряжение 3 кВ и реактора с индуктивностью L0 = 6 мГн. Конденсаторная батарея содержит восемь соединенных параллельно идентичных блоков, шунтированных диодами VD. Для ограничения тока использовался резистор R0 = 10 Ом.
Испытуемый контактор (Q1 Y1) подключался к стенду с помощью серийного контактора К типа КВО (Q Y). В начальный момент контакты в камере Q1 были замкнуты, а контакты в камере Q разомкнуты. После зарядки конденсаторной батареи C0 до заданного напряжения U0, подается команда на включение контактора К. В момент замыкания контактов в Q подается импульс управления на разведение контактов в Q1. Контакты разводились на расстояние
2-7 мс. В процессе испытаний измерялись ток I с помощью датчика тока LT-500-S/SP53 и напряжение U на Q1 c помощью омического делителя. Электрические сигналы регистрировались на цифровом осциллографе с последующей записью на ПК.
Испытания проводились при U0 = 200 – 2800 В в диапазоне токов 15 – 300 А. Параллельно Q1 подсоединена емкость C1 = 10 нФ. Типичные для этого режима осциллограммы тока I и напряжения U, полученные при U0 =1400 В, представлены на рис. 5. При включении контактора К в камере Q1 начинает протекать ток, который примерно через 3 мс достигает максимального значения, а затем медленно спадает с постоянной времени RC
125 мс. Напряжение на Q1 равно нулю. В момент t1 начинают расходиться контакты в камере Q1, и на ней появляется напряжение, которое вначале плавно нарастает с 20 до 35-40 В. Все это время от t1 до t2 вакуумная дуга в Q1 горит устойчиво без заметных всплесков напряжения. В момент t2 дуга быстро переходит в неустойчивую стадию, которая проявляется в виде резкого нарастания напряжения и обрыва тока в Q1.
Более детально процесс отключения тока можно проследить на осциллограммах, представленных на рис. 6. Видно, что развитие неустойчивой фазы горения вакуумной дуги сопровождается заметными всплесками напряжения и кратковременными обрывами тока вплоть до полного погасания дуги. В этот момент на Q1 восстанавливается напряжение U
L0×dI/dt, которое ограничивается нелинейным резистором R1 на уровне
8 кВ. Затем емкость С1 быстро разряжается в цепи основного колебательного контура до уровня остаточного напряжения на конденсаторной батарее С0.
При максимальном расстоянии между контактами
2 мм испытуемый контактор отключает ток I
100 А, среднее время устойчивого горения дуги tД = t2 – t1
2,9 мс, а средняя длительность неустойчивой фазы
3,5 мс. При увеличении отключаемого тока до 150 А время tД возрастает примерно в два раза. Максимальный отключаемый ток
140 А при С1 = 10 нФ. При более высоких значениях тока иногда наблюдается затягивание времени горения дуги до тех пор, пока ток не спадет до уровня
С увеличением максимального расстояния между контактами до 4 мм среднее время tД устойчивого горения дуги возрастает до 12 мс при отключаемом токе 100 А, а длительность неустойчивой фазы сокращается до 1-2 мс. Средний ток отключения в этом режиме
140 А, а максимальный отключаемый ток
Более детально отключающая способность ВДК с радиальным магнитным полем при различных значениях индукции магнитного поля Br = 40 – 160 мТл и величине шунтирующей ВДК емкости С1 до 5 мкФ исследовалась в работе [10]. Отключающая способность ВДК по постоянному току возрастала с увеличением Br и С1, и среднее значение отключаемого тока при Br = 160 мТл и С1 = 5 мкФ составило
Вакуумный контактор постоянного тока типа КВО-3-0,1/50 выдержал испытания на испытательном стенде ВНИИЖТ в режиме коммутации постоянного тока 9,6 – 56 А в цепи с индуктивностью 33 мГн при напряжении сети 3,9 кВ, что соответствует параметрам цепей отопления на новом электропоезде ЭД – 6.
10. Alferov D. F., Ivanov V. P., Sidorov V. A. Characteristics of DC Vacuum Arc in the Transverse Axially Symmetric Magnetic Field, Proc. of XX-th ISDEIV, Tour, 2002, p.198-201.
Подписи к рисункам
Рис. 1. Конструкция вакуумного контактора.
Рис. 2. Структурная схема блока управления.
Рис. 3. Вакуумный контактор постоянного тока.
Рис. 4. Осциллограммы тока и падения напряжения на вакуумной дуге.
Рис. 5. Осциллограммы тока и напряжения на контакторе.
AC AND DC VACUUM CONTACTORS
D. Alferov, A. Budovsky, V. Ivanov, Ju. Ivanov, V. Sidorov
The serial single-phase ac vacuum contactors with ratings up to 3 kV, rated current 100, 500 and 1500 A and switching ability up to 5 kA are described. The original design of a dc vacuum contactor with a transverse magnetic field for working voltage up to 4 kV is offered. It follows from the test results, that the vacuum contactor with a transverse magnetic field is capable to break (switch-off) a direct current up to 100 A.
 |
 |
 |
 |
 |
 | |
 |  |
Рис. 5.
Вакуумный контактор: принцип действия, плюсы, особенности
Вакуумный контактор — устройство-выключатель, цель которого гашение электрической дуги, происходит это за счёт вакуума. При всяком присоединении и отсоединении контактов, которые находятся под высоким напряжением образовывается электрическая дуга, которая разрушает поверхности контактов, чем укорачивает срок службы выключателя. Для того чтобы это избежать и применяются вакуумные контакторы. Предназначение вакуумного контактора включение и отключение электрического тока в различных установках. Применение вакуумного контактора наиболее рациональный способ гашения электрической дуги. Все благодаря вакууму, в нём испарение при высоких температурах и окисление металлов происходит достаточно медленно. Как правило, конструкция вакуумного контактора состоит из вакуумной камеры, в некоторых контакторах также применяется электромагнитный механизм управления.
Вакуумный контактор имеет огромное количество плюсов: Простая конструкция и общее удобство применения; Лёгкость в ремонте; Вакуумный контактор способен работать вне зависимости от своего положения в пространстве; Имеет компактные размеры; Отличная стойкость к пожарам и взрывобезопасность; Не выделяет каких-либо вредных веществ; Не является источником шума.
Вакуумный контактор применяется в широкой сфере механизмов, его установка необходима везде, где требуется переключение электрических цепей. Например, в различных насосах, кранах, предприятиях с электрическими двигателями и так далее. Так как контакты в вакуумном контакторе находятся в вакууме исключается попадание грязи и пыли на них, что позволяет использовать его в загрязнённых средах, например, в шахтах. Кроме этого, вакуум делает вакуумный контактор взрыво- и искробезопасным.
Зачем нужны вакуумные контакторы
Вакуумные контакторы применяются достаточно широко в щитах уличного освещения крупных объектов как дорога или мост или промышленных предприятий. Использование КВТ (популярная модель вакуумников) увеличивает срок службы и требует меньше обслуживания в процессе эксплуатации. Подобная нагрузка характеризуется повышенной индуктивностью. Где силовые контакты обычного, воздушного контактора, горят при коммутации, в вакуумных камерах гашение дуги происходит гораздо эффективнее. Отсюда и более длительный срок службы.
Области применения вакуумных контакторов не ограничиваются щитами освещения. Отсутствие электрической дуги позволяет их использовать в специализированных местах. Например, контакторы в угольных шахтах обеспечивают не только коммутацию, но и безопасность. Внутрь контактора может попасть пыль, которая легко воспламеняется. Будь это сеть переменного тока или постоянного тока, при коммутации контактора образуется электрическая дуга. Такая же дуга используется в электрических плитах для поджигания газа. Использование вакуумных контакторов является способом изоляции дуги от легковоспламеняющихся газов или пыли.
Сегодня одной из основных причин аварий в сетях электрораспределения является нарушение контактов. Рекомендуется использовать не болтовые, а пружинные контакты для подключения проводников. Если же речь идёт о больших токах, то использование пружинных контактов не всегда возможно или оправданно. Тогда регулярное подтягивание болтовых соединений является обязательным.
Выделим отдельно. У всего есть свой ресурс. Поэтому изношенная вакуумная камера редкое, но возможной событие.