Цепи бессальниковые
Цепи бессальниковые: конструкция, применение и технические аспекты
Цепь бессальниковая (также известная как цепь с бессальниковым исполнением, цепь с защитой от проникновения, цепь типа «геркон») – это специализированный элемент вторичной коммутации, предназначенный для обеспечения гальванической развязки между первичными силовыми цепями высокого напряжения и вторичными цепями защиты, управления и сигнализации. Её ключевая функция – передача информации о положении контактов силового коммутационного аппарата (выключателя, разъединителя) в схему релейной защиты и автоматики (РЗА) без использования механических тяг, рычагов и традиционных концевых выключателей с разрывом по воздуху.
Принцип действия и конструктивное исполнение
Основу бессальниковой цепи составляет герметизированный магнитоуправляемый контакт (геркон), помещенный в защитный корпус. Этот контакт срабатывает под воздействием магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, который жестко связан с подвижной частью силового аппарата (например, с валом выключателя).
- Геркон (герметизированный контакт): Представляет собой пару ферромагнитных упругих контактов в инертной газовой среде или вакууме внутри стеклянной колбы. При поднесении магнита контакты намагничиваются и притягиваются друг к другу, замыкая цепь. При удалении магнита упругость контактов размыкает цепь.
- Постоянный магнит: Устанавливается на подвижную часть аппарата. Его положение рассчитано так, чтобы при достижении аппаратом определенного положения (включено/отключено) магнитное поле воздействовало на соответствующий геркон.
- Корпус и крепление: Блок с герконами монтируется стационарно на раме или корпусе аппарата. Корпус обеспечивает защиту от механических повреждений, пыли, влаги и агрессивных сред, соответствуя высокой степени защиты IP.
- Электрические выводы: Выводы от герконов подключаются к клеммной колодке для соединения с внешними цепями РЗА с помощью контрольного кабеля.
- Повышенная надежность и долговечность: Отсутствие механического износа, трущихся частей и необходимости в смазке. Срок службы определяется количеством срабатываний геркона (достигает 10^7 и более циклов).
- Высокая стойкость к внешним воздействиям: Герметичность стеклянной колбы делает контакт невосприимчивым к пыли, влажности, окислению, наличию агрессивных газов в атмосфере распределительного устройства (РУ).
- Быстродействие: Время срабатывания геркона составляет единицы миллисекунд, что существенно меньше, чем у механических концевых выключателей.
- Упрощение кинематической схемы: Исключаются сложные механические передачи, тяги, рычаги и их регулировки, что снижает трудоемкость монтажа и обслуживания.
- Пожаробезопасность: Исключается искрообразование в контролируемой цепи, так как контакт находится в герметичной среде.
- Четкость срабатывания: Положение «ВКЛ» и «ОТКЛ» фиксируется однозначно, без промежуточных нестабильных состояний.
- Основных контактов выключателя (включено/отключено).
- Положения заземляющих ножей.
- Положения камеры выкатного элемента (испытательное/рабочее/ремонтное).
- Состояния пружинного приводного механизма (взведена/расцеплена).
- Механическое разрушение стеклянной колбы: Из-за вибрации или удара.
- «Залипание» контактов: При коммутации токов, значительно превышающих номинальный коммутируемый ток (особенно индуктивной нагрузки без защиты).
- Влияние сильных внешних магнитных полей: От соседних силовых шин или аппаратов, что может привести к ложному срабатыванию.
- Нарушение регулировки зазора между магнитом и блоком герконов.
Ключевые преимущества перед традиционными цепями
Области применения
Бессальниковые цепи применяются в комплектных распределительных устройствах (КРУ, КРУН) среднего (6-35 кВ) и высокого (110 кВ и выше) напряжения, а также в выключателях нагрузки, разъединителях и другом коммутационном оборудовании для передачи сигналов о положении:
Технические характеристики и параметры выбора
При выборе и проектировании цепей с бессальниковым исполнением необходимо учитывать следующие параметры:
| Параметр | Типичные значения / Описание | Примечание |
|---|---|---|
| Номинальное напряжение изоляции | До 3000 В переменного тока | Определяет стойкость изоляции между контактами и корпусом. |
| Номинальный коммутируемый ток (постоянный) | 0.1 А, 0.5 А, 1 А | Максимальный ток, который может коммутировать геркон без повреждений. |
| Номинальная коммутируемая мощность | 10 Вт, 30 Вт | Для постоянного тока. |
| Сопротивление изоляции | Не менее 100 МОм | При нормальных условиях. |
| Электрическая прочность изоляции | 2 кВ, 50 Гц, 1 мин. | Между всеми соединенными вместе контактами и корпусом. |
| Количество и тип контактов | 1-6 и более герконов в одном блоке; нормально-разомкнутые (НО), нормально-замкнутые (НЗ), переключающие | Наиболее распространены НО контакты. |
| Температурный диапазон работы | От -60°C до +100°C | Широкий диапазон обеспечивает работу в неотапливаемых РУ. |
| Степень защиты корпуса (IP) | IP54, IP65 | Защита от пыли и влаги. |
| Механическая износостойкость | 10^6 – 10^7 циклов срабатывания | Зависит от нагрузки на контакты. |
Схемы подключения и особенности монтажа
В схемах РЗА бессальниковые цепи используются, как правило, в цепях положения выключателя. Сигналы «ВКЛ» и «ОТКЛ» подаются на соответствующие входы микропроцессорных терминалов РЗА или на промежуточные реле. Важным элементом схемы является контроль целостности цепи положения. Для этого используется схема с последовательным включением двух пар контактов (на включение и отключение) и резистора, что позволяет контролировать обрыв проводов или перегорание ламп в сигнальных цепях.
При монтаже необходимо обеспечить точное взаимное расположение блока герконов и постоянного магнита. Зазор и угол смещения строго регламентируются производителем аппарата. Несоблюдение этих требований может привести к ложным сигналам или отсутствию срабатывания.
Сравнение с альтернативными технологиями
| Тип датчика | Принцип действия | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|---|
| Бессальниковая цепь (геркон) | Магнитное поле | Высокая надежность, долговечность, стойкость к среде, простота. | Чувствительность к внешним магнитным полям, дискретность положения. |
| Индуктивный датчик | Изменение индуктивности | Высокая точность, неконтактность, частота срабатывания. | Требует питания, чувствителен к металлической стружке, меньшая стойкость к ЭМП. |
| Оптический датчик | Прерывание светового потока | Высокая точность и быстродействие. | Чувствительность к загрязнению (пыль, масло), требуется очистка. |
| Механический концевой выключатель | Механический толкатель | Низкая стоимость, простота визуального контроля. | Механический износ, обгорание контактов, чувствительность к вибрации, необходимость регулировки. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Почему цепь называется «бессальниковой»?
Термин исторически сложился как противопоставление устаревшим конструкциям, где механическое движение от вала аппарата к контактам передавалось через систему сальниковых уплотнений, вводимых в шкаф вторичных цепей для обеспечения взрывобезопасности и защиты от среды. Бессальниковая цепь исключает эту необходимость, так как передача сигнала происходит бесконтактно через магнитное поле.
2. Как проверить исправность бессальниковой цепи на месте?
Исправность проверяется измерением сопротивления контактов в различных положениях аппарата с помощью мультиметра. При правильном положении сопротивление разомкнутых контактов стремится к бесконечности, замкнутых – к нулю. Также необходимо проверить целостность подводящих проводов и отсутствие внешних магнитных полей, которые могут влиять на срабатывание.
3. Каковы основные причины выхода из строя?
4. Можно ли заменить бессальниковую цепь на обычные контакты в полевых условиях?
Нет, это не рекомендуется и, как правило, невозможно конструктивно. Замена должна производиться на аналогичное устройство, рекомендованное производителем силового аппарата, с последующей точной регулировкой. Установка самодельных контактов нарушает безопасность и надежность работы всего комплектного устройства.
5. Как бороться с ложными срабатываниями от внешних магнитных полей?
Необходимо обеспечить экранирование блока герконов (корпус часто выполняет эту функцию), правильный монтаж вдали от силовых проводников, а также использовать герконы с повышенной коэрцитивной силой (магнитоуправляемые контакты с памятью), для срабатывания которых требуется более сильное магнитное поле.
6. В чем разница между бессальниковой цепью и датчиком Холла?
Датчик Холла также является бесконтактным, но это полупроводниковый прибор, требующий внешнего питания и выдающий аналоговый или цифровой сигнал, пропорциональный напряженности магнитного поля. Геркон – это пассивный коммутационный элемент, непосредственно замыкающий/размыкающий цепь. Датчик Холла более точен и информативен, но геркон проще, надежнее в тяжелых условиях эксплуатации и не требует питания.
Заключение
Бессальниковые цепи представляют собой отработанное, надежное и эффективное решение для передачи дискретных сигналов о положении элементов силового коммутационного оборудования. Их повсеместное внедрение в современные КРУ обусловлено существенным повышением отказоустойчивости вторичных цепей, снижением эксплуатационных затрат и упрощением конструкции аппаратов. Понимание принципа работы, правил монтажа и технических ограничений бессальниковых цепей является необходимым для персонала, занимающегося проектированием, монтажом и обслуживанием систем релейной защиты и автоматики распределительных сетей.