Конспект Аппараты защиты электровоза

Главные и быстродействующие выключатели
Главные (на электроподвижном составе переменного тока) и быстродействующие (на электроподвижном составе постоянного тока) выключатели используют как основные аппараты прямой защиты от коротких замыканий силовых цепей и, одновременно, в качестве исполнительных аппаратов защиты других систем электровоза. Главные выключатели
Главный выключатель состоит из ножевого разъединителя 5 с пневмоприводом; вала разъединителя 7 с изоляторами; вывода разъединителя 6; корпуса 10, в котором расположен блок управления; воздушной дугогасительной камеры 2; выхлопной камеры с фланцем 1; изолятора 8 с каналом, по которому сжатый воздух поступает в дугогасительную камеру; воздушного резервуара 9 (рис. 10.4).Основным элементом дугогасительной камеры является подвижный контакт, управляемый давлением воздуха (рис. 10.5). В блоке системы управления расположены электромагниты (включающий и отключающие), управляющие пневмоприводом разъединителя 5 и контактом в дугогасительной камере. Аппарат включается в силовую цепь электровоза с помощью кабелей, которые закрепляются на фланце 1 выхлопной камеры и выводе 6 разъединителя.В выключенном состоянии аппарата контактные ножи разъединителя 5 соединены с заземляющим кронштейном 4, а резервуар 9 должен быть наполнен воздухом. Минимальное давление сжатого воздуха в резервуаре составляет 0,6 МПа (приблизительно 6 атмосфер). При включении аппарата включающий электромагнит воздействует на клапаны его пневматической системы управления. В результате пневмопривод разъединителя заполняется воздухом и начинает поворачивать вал 7 на 60°. Контактные ножи размыкаются с заземляющим кронштейном 4 и соединяются с неподвижным контактом 3. Разъединитель замыкает высоковольтную цепь электровоза. При выключении главного выключателя сначала с помощью системы управления размыкаются его контакты в дугогасительной камере, а затем с выдержкой времени, достаточной для гашения дуги, разъединитель 5 размыкает силовую цепь электровоза. В качестве примера ниже рассмотрена дугогасительная камера главного выключателя типа ВОВ-25-4М (см. рис. 10.5, табл. 10.2), используемого на электровозах переменного тока ВЛ80Р, ВЛ80С и ВЛ85, 2ЭС5К.



Воздушная дугогасительная камера главного выключателя расположена внутри фарфорового изолятора 2 и укреплена на металлическом угольнике 7. Блок цилиндра 10 вместе с пружиной поршня 9 и амортизатором 13, состоящим из набора резиновых шайб, соединены болтами с неподвижным контактом 3 разъединителя. Нормально контакты в дугогасительной камере замкнуты и подвижной контакт 14, связанный контактодержателем 8 с поршнем 9, закрывает отверстие в не подвижном контакте 12. При выключении аппарата выключающие электромагниты открывают клапаны пневматической системы управления, обеспечивая поступление сжатого воздуха в цилиндр 10. Поршень 9, преодолевая сопротивление пружины 11, перемещается в цилиндре, а контактодержатель 8 — в направляющей трубке 6, припаянной к цилиндру 10. Конец трубки 6 выполнен в виде контактных лепестков 4, подводящих ток к подвижному контакту. Перемещение контакта 14 на 25 мм вызывает образование дуги между его наконечником и ограничителем 16, наконечник которого изготавливается из тугоплавкой металлокерамики. Одновременно в образовавшемся сопле возникает воздушный поток, гасящий эту дугу. Неподвижный контакт 12 аппарата закреплен резьбовым соединением в патрубке 15, укрепленным во фланце 1. Там же закреплена
выхлопная камера 5, отверстие которой закрыто крышкой 17.Статическое нажатие контактов в дугогасительной камере составляет 450 Н, а энергия их удара гасится амортизатором 13. Возникшие при коммутации контактов перенапряжения уменьшаются с помощью нелинейного резистора, шунтирующего контакты выключателя. В комплект главного выключателя ВОВ-25-4М входит проходной трансформатор тока ТПОФ-25, предназначенный для автоматического отключения питания электровоза от контактной сети при коротких замыканиях и перегрузках; одновременно он служит высоковольтным вводом цепи электрического тока напряжением 25 кВ в кузов электровоза (рис. 10.6) [28]. Коэффициент трансформации проходного трансформатора ТПОФ-25 kтт = 16. Через него подается высокое напряжение на тяговый трансформатор. Его первичная обмотка 1, выполненная в виде медного стержня, располагается в фарфоровом изоляторе 8, закрепленном цементом во фланце 2. Вторичная обмотка трансформатора 5, намотана на сердечнике 4 и изолирована от корпуса прокладками 6. Трансформатор устанавливают на крыше электровоза, через уплотняющую прокладку 7.

На электровозах переменного тока перспективными являются главные выключатели с вакуумной дугогасительной камерой . В глубоком вакууме ствол дуги формируется только в парах материала электродов, которые быстро охлаждаются и дуга гаснет. Эти выключатели при сравнительно невысоких массо-габаритныхпоказателях обладают достаточным быстродействием и значительной долговечностью. Конструктивно они практически повторяют
выключатели с воздушным гашением дуги, за исключением собственно узла дугогашения.
Основным узлом дугогашения такого выключателя является вакуумная камера (рис. 10.7). Она образована двухсекционным изоляционным стаканом 1, приваренным к металлическим фланцам 3 и 13. Из камеры через патрубок 6 откачивают воздух до разряжения 10–2 Па и запаивают этот патрубок. Внутри камеры находятся неподвижный 10 и подвижный 9 контакты, выполненные из специальных сплавов повышенной твердости (медь, хром, висмут, бор). Таким материалам свойственен высокий градиент падения напряжения в дуге, что позволяет исключить сваривание контактов при их работе. Контактодержатель 4 подвижного контакта выведен из камеры через стальной сильфон 5, а контактодержатель 11 неподвижного контакта закреплен на фланце 13. Для защиты внутренних изоляционных поверхностей камеры от частиц распыленного металла контакты окружены защитными экранами 2, 7, 8 и 12; экраны 2 и 7 имеют потенциалы подвижного контакта, экран 8 — потенциал нейтрали, а экран 12 — потенциал неподвижного контакта. В нормальном состоянии контакты замкнуты за счет нажатия сильфона. При отключении выключателя контакты с помощью приводов разводятся на расстояние, зависящее от коммутируемого напряжения. Для напряжений 12—84 кВ раствор контактов составляет 10—60 мм соответственно [29]. Столь малый ход подвижного контакта для гашения дуги возможен благодаря весьма низкой электрической проводимости вакуума. Возникающая дуга быстро вытесняется на боковые поверхности контактов. Специальная форма контактов позволяет избежать повреждения контактных поверхностей и ускоряет гашение дуги. Вакуумные выключатели имеют весьма высокую износостойкость: без обслуживания число размыканий контактов при номинальном токе достигает 10—20 тыс. (у выключателей с воздушным гашением дуги этот показатель составляет 1000—2500).

Для оперативных отключений цепей тяговых электродвигателей электровозов переменного тока в режимах тяги и электрического торможения используется выключатель быстродействующий ВБ-021. Принцип его действия аналогичен примененному быстродействующем выключателя БВП-5 (см. п. 10.2.2), что обеспечивает быстродействие и высокую степень защиты от токов короткого замыкания.Быстродействующие выключатели
По принципу действия быстродействующие выключатели, применяемые на электровозах постоянного тока, являются контакторами [28]. Для повышения скорости размыкания контактов магнитодвижущая сила удерживающей катушки создается минимально
возможной, обеспечивающей только удержание якоря. Поэтому удерживающая катушка самостоятельно не может притянуть якорь,и включение быстродействующего выключателя осуществляется с помощью пневматического привода, управляемого электромагнитным вентилем. Замыкание контактов выключателя осуществляется после выключения пневмопривода, когда его толкатель отойдет от контактодержателя.Такой способ включения позволяет снизить массу подвижных частей и обеспечивает возможность выключения быстродействующего выключателя при повторных коротких замыканиях без помех со стороны включающего привода. На электровозах постоянного тока ВЛ10, ВЛ10М, ВЛ11 и ВЛ15применяется быстродействующий выключатель типа БВП-5-02 (табл. 10.3, рис. 10.8).

В силовую цепь выключателя входят: дугогасительная катушка 1, главные линейные контакты 2 (неподвижный) и 3 (подвижный). Контакт 3 укреплен на контактодержателе 4, который для облегчения выполняют из дюралюминиевых пластин. После гибкого шунта электрическая цепь разветвляется на включенные параллельно размагничивающую катушку 15 и индуктивный шунт 12 и, далее, на силовую цепь электровоза. Индуктивный шунт увеличивает быстродействие выключателя по мере увеличения скорости нарастания тока за счет снижения динамической уставки, т.е. делает его работу селективной, зависящей от скорости нарастания тока силовой цепи.
Магнитная система быстродействующего выключателя состоит из якоря 14, закрепленного на рычаге 13 и сердечника электромагнита 16. Электромагнитный вентиль 6 управления пневматическим приводом 8 и удерживающая катушка 17 получают питание от цепей управления электровоза. В выключенном состоянии (положение I) пружина 5 оттягивает контактодержатель с контактом 3 от неподвижного контакта 2. При этом контактодержатель и рычаг 13 смещают якорь 14 на предельное расстояние от сердечника электромагнита 16.
При включении быстродействующего выключателя происходит импульсное включение вентиля 6, в результате чего привод 8, преодолевая сопротивление возвратной пружины 9, поворачивает рычаг 10 с роликом 7 относительно шарнира О3. Ролик перемещает всю подвижную часть аппарата до тех пор, пока при включенной удерживающей катушке 17 якорь не притянется к сердечнику электромагнита 16 (положение II). Однако контакты 2 и 3 не замкнутся, пока не выключится пневмопривод. Когда вентиль 6 обесточится, поршень пневмопривода вернет рычаг 10 в исходное состояние, а пружина 5 повернет
контактодержатель 4 относительно точки О2. Такой способ включения позволяет снизить массу подвижных частей аппарата, чтоважно для повышения его быстродействия. Однако для повышения чувствительности аппарата (для его отключения при меньших значениях тока к.з.) магнитную систему делают разветвленной с двумя катушками: удерживающей У и размагничивающей Р, обтекаемой током силовой цепи (а, значит, в аварийных режимах — током к.з.) (рис. 10.9). Катушку Р располагают на перемычке магнитопровода. В той части магнитопровода, где расположена катушка У, магнитодвижущие силы двух катушек совпадают Fу + Fp, увеличивая магнитный поток. В части магнитопровода, обращенной к якорю магнитодвижущие силы двух катушек направлены встречно Fу – Fp. При нормальном режиме работы магнитодвижущей силы катушки Р недостаточно, чтобы преодолеть магнитодвижущую силу катушки У и якорь 14 во включенном положении аппарата притягивается к сердечнику электромагнита 16. При к.з. в силовой цепи ток в катушке Р резко возрастает, а ее намагничивающая сила со стороны якоря быстро компенсирует намагничивающую силу катушки У, якорь оттягивается пружиной 5 и размыкает главные контакты аппарата. На электровозах постоянного тока ВЛ10, ВЛ11 и ВЛ15 применяется быстродействующий выключатель типа БВП-5. Работа быстродействующего выключателя и характеристики отключения к.з. в значительной мере определяются дугогасительной системой. Дугогасительная камера выключателя БВП-5 выполнена по лабиринтному типу (рис. 10.10). Камера имеет асбестоцементные стенки с вклеенными в них перегородками. В ней же установлена дугогасительная решетка. Дугогасительная решетка представляет собой набор металлических пластин, расположенных радиально в зоне дугогашения, и изолированных одна от другой. Достигнув этих пластин, дуга разбивается между ними на отдельные, включенные последовательно дуги. При этом резко возрастает общее падение напряжения на дуге и создает условия к ее гашению. Дуга растягивается за счет действия магнитного поля и конструкции дугогасительной камеры, а при растяжении и соприкосновении
с холодными стенками камеры гаснет.