Цепи серии ГН
Цепи серии ГН: технические характеристики, конструкция и применение в электротехнике
Цепи серии ГН представляют собой группу грузоподъемных калиброванных цепей, изготовленных в соответствии с ГОСТ 2319-81 (ранее ГОСТ 2319-55) «Цепи пластинчатые грузоподъемные. Технические условия». Несмотря на то, что основное применение этих цепей – механическое подъемно-транспортное оборудование, они нашли значительное применение в электротехнической и кабельной промышленности в качестве ключевого элемента токоограничивающих и разрядных устройств – короткозамыкателей и разрядников для защиты силовых трансформаторов, а также в качестве гибкого токопроводящего элемента в некоторых специальных установках.
Конструкция и материал цепей ГН
Цепь ГН – это пластинчатая калиброванная цепь, собранная из последовательно соединенных звеньев. Каждое звено состоит из двух параллельных стальных пластин (щечек), соединенных двумя стальными осями (вальками). Конструкция обеспечивает высокую прочность на разрыв и износ, а также способность работать со звездочками (цепными колесами).
- Материал щечек и валек: Применяются высокопрочные стали, такие как сталь 40Х, 20ХН3А или аналогичные марки, прошедшие термическую обработку (закалку и отпуск) для достижения требуемых механических свойств.
- Калибровка: Звенья цепи имеют строго нормированные внутренний и наружный размеры, что обеспечивает плавную работу на звездочках и правильное зацепление.
- Типы исполнений: Цепи изготавливаются нормальной (Н) и повышенной (П) точности. В электротехнике, как правило, применяются цепи нормальной точности.
- Требования к цепи: В этом применении критична не столько грузоподъемность, сколько электропроводность и надежность механического срабатывания. Цепь должна обеспечить низкое переходное сопротивление в месте контакта и выдержать без разрушения токи КЗ в течение времени до отключения выключателя (обычно несколько периодов).
- Выбор типоразмера: Наиболее распространены цепи ГН-80-6 и ГН-80-8, как обладающие оптимальным сочетанием массы (обеспечивающей энергию для преодоления трения в направляющих и надежного контакта), сечения металла (для проведения тока) и габаритов.
- Электрическая проводимость: Фактическое сечение токопроводящего металла цепи. Рассчитывается как суммарное сечение двух щечек и двух валек одного звена. Для ГН-80-6 это примерно 400-450 мм². Сопротивление постоянному току одного метра такой цепи составляет около 0.05-0.06 Ом.
- Механическая прочность (разрушающая нагрузка): Должна быть достаточной, чтобы выдержать динамические нагрузки при срабатывании и электродинамические усилия при протекании токов КЗ.
- Масса цепи: Определяет энергию падения и надежность создания контакта в короткозамыкателях. Слишком легкая цепь может не преодолеть силы трения или не обеспечить достаточного контактного давления.
- Габаритные размеры (шаг, внутренняя ширина): Должны соответствовать конструкции направляющих желобов и контактной системы защитного устройства.
- Коррозионная стойкость: Для работы на открытом воздухе цепи могут поставляться с оцинкованным или омедненным покрытием, что также улучшает их электрические контактные свойства.
- Механические испытания: Выборочное испытание на растяжение до разрушения для контроля разрушающей нагрузки. Контроль твердости материала.
- Визуальный и измерительный контроль: Проверка отсутствия трещин, раковин, коробления. Контроль геометрических размеров.
- Проверка электрического сопротивления: Для ответственных применений может проводиться замер сопротивления постоянному току отрезка цепи или переходного сопротивления в сборе с контактными наконечниками.
- Свободный ход цепи в направляющих без заеданий. Траектория падения должна быть строго вертикальной.
- Надежное крепление верхнего конца цепи к сбрасывающему механизму, а нижнего – к контактной системе или грузу.
- Отсутствие коррозии и загрязнений на поверхности цепи, которые могут увеличить сопротивление или помешать срабатыванию.
- Периодический технический осмотр в рамках общего регламента обслуживания защитной аппаратуры: проверка целостности, отсутствия подтравливания металла от дуговых разрядов, свободы перемещения.
Основные параметры и маркировка
Маркировка цепи включает в себя тип, шаг цепи в миллиметрах и разрушающую нагрузку в тонн-силах (тс). Например, цепь ГН-80-6 обозначает: Грузовая Нормальной точности с шагом 80 мм и разрушающей нагрузкой 6 тс (≈ 60 кН).
Основные размеры и характеристики для наиболее применяемых в электротехнике цепей представлены в таблице:
| Тип цепи | Шаг t, мм | Внутренняя ширина b, мм | Диаметр валика d, мм | Разрушающая нагрузка, тс (кН), не менее | Масса 1 м цепи, кг |
|---|---|---|---|---|---|
| ГН-26-2 | 26 | 10 | 6 | 2 (19.6) | 1.4 |
| ГН-50-4 | 50 | 18 | 12 | 4 (39.2) | 4.5 |
| ГН-80-6 | 80 | 24 | 16 | 6 (58.8) | 9.0 |
| ГН-80-8 | 80 | 30 | 16 | 8 (78.5) | 11.2 |
| ГН-100-11 | 100 | 32 | 20 | 11 (107.9) | 16.0 |
Применение цепей ГН в электротехнической продукции
1. Короткозамыкатели (КЗ) и разрядники
Это наиболее важное и специфическое применение. Цепь ГН является исполнительным элементом в устройствах защиты трансформаторов. При срабатывании датчика (реле давления, газового реле), пиропатрон или пороховой заряд пережигает удерживающую стропу, и цепь под действием силы тяжести падает, создавая надежное металлическое короткое замыкание между фазой высокого напряжения и землей (для КЗ) или между двумя фазами (для разрядника). Это вызывает срабатывание релейной защиты и отключение трансформатора от сети.
2. Гибкий токопровод
В некоторых передвижных электроустановках, испытательных стендах или системах заземления, где требуется совместить высокую электропроводность с гибкостью и механической прочностью, используются цепи ГН. Они могут служить в качестве съемных перемычек или подвижных контактов. Однако здесь важно учитывать, что сталь имеет высокое удельное сопротивление по сравнению с медью или алюминием, поэтому для больших рабочих токов это применение ограничено.
3. Элементы заземляющих устройств
Мощные цепи ГН могут использоваться в конструкциях переносных или стационарных заземлений на воздушных линиях и в распределительных устройствах, где требуется стойкость к электродинамическим усилиям при коротких замыканиях.
Критерии выбора цепи ГН для электротехнических применений
Контроль качества и испытания
Цепи, поставляемые для электротехники, должны соответствовать как механическим требованиям ГОСТ 2319, так и дополнительным электротехническим условиям.
Особенности монтажа и эксплуатации
При установке цепи в устройство защиты необходимо обеспечить:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем ключевое отличие цепи ГН от цепи ГЛ?
Цепь ГЛ (Грузовая Литая) – это цепь со звеньями, изготовленными методом литья. Она, как правило, дешевле, но имеет более низкие механические характеристики (прочность, ударная вязкость) и худшую точность размеров. В ответственных защитных устройствах, где требуется гарантированная надежность срабатывания и проводимость, применяются исключительно калиброванные кованые/штампованные цепи ГН.
Можно ли заменить цепь ГН-80-6 на ГН-80-8 в существующем короткозамыкателе?
Не всегда. Внешний шаг у них одинаков (80 мм), но внутренняя ширина (b) отличается: 24 мм у ГН-80-6 и 30 мм у ГН-80-8. Если направляющие желоба устройства рассчитаны на ширину 24-26 мм, цепь ГН-80-8 в них просто не поместится или будет заедать. Необходима проверка по чертежам на конкретное устройство (например, КЗ-110, РЗ-110 и т.д.).
Как рассчитать примерный ток короткого замыкания, который может выдержать цепь ГН?
Расчет является оценочным и сложным, так как зависит от времени действия тока, начальной температуры цепи, условий теплоотдачи и электродинамических сил. Упрощенно можно ориентироваться на плотность тока для стальных элементов в аварийном режиме. Для кратковременных (1-3 сек) токов КЗ допустимая плотность может достигать 200-300 А/мм². Для цепи ГН-80-6 с сечением ~450 мм² это дает значение порядка 90-135 кА. Однако окончательный допуск определяется испытаниями конкретного устройства защиты.
Почему в защитных устройствах не используют медные тросы, которые лучше проводят ток?
Медный трос имеет недостаточную механическую жесткость и массу. При падении он может сложиться или перекрутиться, что приведет к ненадежному контакту. Цепь ГН благодаря своей конструкции падает жестко, сохраняя форму, а ее значительная масса гарантирует создание большого контактного давления. Кроме того, стальная цепь существенно дешевле и прочнее на разрыв.
Требуется ли периодическая замена цепи в устройстве защиты?
Строгого регламента по замене по истечении срока нет. Замена производится по результатам осмотра. Если цепь не срабатывала, не имеет следов коррозии, механических повреждений и свободно перемещается в направляющих, ее можно эксплуатировать дальше. Если же устройство приводилось в действие, цепь, как правило, подлежит обязательной замене вместе с другими элементами (пиропатрон, контакты), так как подвергалась воздействию мощной дуги и токов КЗ.
Какие аналоги цепей ГН существуют за рубежом?
Международными аналогами являются калиброванные пластинчатые цепи (calibrated leaf chains) по стандарту ISO 4347. Их типоразмеры обозначаются иначе (например, LH0822), но могут быть подобраны по схожим параметрам: шагу, ширине и разрушающей нагрузке. Однако для замены в отечественном оборудовании необходимо проводить полную проверку на геометрическую и функциональную взаимозаменяемость.
Заключение
Цепи серии ГН, изначально созданные как грузоподъемный такелаж, заняли важную нишу в электроэнергетике в качестве высоконадежного исполнительного элемента в схемах аварийной защиты силового оборудования. Их выбор для конкретного применения – короткозамыкателя или разрядника – требует учета комплекса взаимосвязанных параметров: электрического сопротивления, механической прочности, массы и геометрии. Понимание конструкции, характеристик и условий эксплуатации этих цепей позволяет специалистам правильно подбирать, обслуживать и эксплуатировать устройства защиты, обеспечивая тем самым бесперебойную и безопасную работу энергетических объектов.