Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тяговые аппараты и электрическое оборудование. Курс лекций
.pdf
1
2 3
27
21
22
23
242526
4
20
1819
13
17
16
15
14
5 6
7
8
9
10
11
12
Рисунок 6.9 – Быстродействующий выключатель
с электромагнитной защелкой
За счет усилия пружины 2 вся подвижная система с контактом 1
отбрасывается в отключенное положение. Воздух из цилиндра 16 выходит через вентиль 13, и под действием пружины 15 поршень сдвигается в нижнее положение. Несмотря на медленное перемещение
поршня со штоком, силовые контакты размыкаются быстро благодаря разъединению подвижной системы контактов и пневматического привода.
На грузовых электровозах 2ЭС6, 2ЭС10 устанавливается неполяризованный выключатель с электромагнитной защелкой ВАБ-55
[15], конструкция подвижной системы аппарата приведена на рисунке 6.10. Включение выключателя происходит при подаче напряжения
на электромагнит 19 и вентиль электропневматический 18, который
открывает доступ сжатого воздуха в пневмоцилиндр включающего
механизма 17. Перемещение от поршня пневмоцилиндра системой
рычагов передается на подвижный контакт 10 через изоляционную
тягу 15. Пружина между приводом и тягой создает контактное давление. Во включенном положении БВ между упором контактной пружины и гайкой образуется зазор δ
, необходимый для компенсации
1
обгара главных контактов 10 и 14, а также зазор δ2 между защелкой 7
141
на тяге 15 и упором 22 якоря отключающего электромагнита 3. При
неверно отрегулированном зазоре δ1 главные контакты в замкнутом
положении до конца не сомкнутся, а зазоре δ2 – БВ самопроизвольно отключится.
Оперативное отключение БВ происходит при снятии напряжения с удерживающего электромагнита 19. При этом защелка включающего механизма 17 выходит из зацепления с роликом (на рисунке 6.10 защелка и ролик не показаны).
Подвижный контакт 10 под действием выключающей пружины
11 переходит в отключенное положение. Поршень пневмоцилиндра
после снятия напряжения с вентиля 18 с системой рычагов переходит в отключенное положение.
7 8
6
5
4
3
2
1
9
10 11 12 13 14 15
δ
2
δ
1
1920212223
16
9
17
18
Рисунок 6.10 – Подвижная система выключателя ВАБ-55:
1 – механизм регулировки тока уставки; 2 – шина; 3 – электромагнит;
4 – стекло; 5 – табличка; 6 – камера дутья; 7 – защелка; 8, 15 – тяга;
9, 13 – рога; 10 – контакт подвижный; 11– пружины; 12 – магнитопровод;
14 – неподвижный контакт; 16 – крышка; 17 – механизм включающий;
18 – включающий вентиль; 19 – электромагнит включающий;
20, 23 – стенка; 21 – гайка; 22 – упор
142
Автоматическое отключение БВ происходит при достижении током отключаемой цепи величины уставки (задается механизмом 1).
При этом отключающий электромагнит 3 расцепляет находящуюся в контакте с упором 22 якоря защелку 7, совмещенную с тягой 15.
Контакт 10 переходит в отключенное положение под действием пружины 11. Дуга, возникающая при отключении, выдувается из зоны
контактов поперечным магнитным полем, создаваемым потоком,
проходящим по магнитопроводу 12, на рога 9 и 13. Далее дуга втягивается в дугогасительную камеру (на рисунке 6.10 не показана), где
происходит процесс гашения. При отключении малых токов, когда
магнитное дутье не эффективно, процесс гашения дуги происходит
с помощью камеры воздушного дутья 6, соединённой с подвижным
контактом тягами 8.
На грузовых электровозах 2ЭС4К «Дончак», пассажирских ЭП2К,
электропоездах ЭВС1, ЭВС2 «Сапсан», ЭС1, ЭС2Г «Ласточка» устанавливается защелочный БВ серии UR26 [16] швейцарской фирмы
Secheron (рисунок 6.11). Электромагнитная система БВ приведена
на рисунке 6.12.
1
2
3
6
4
Рисунок 6.11 – Общий вид выключателя UR26 64ТСs:
1 – дугогасительная камера; 2 – замыкающее устройство;
3 – блокировочные контакты; 4 – рама; 5 – система защиты
от повышенного тока; 6 – главная токовая цепь
5
143
1
2
3
4
5
6
7
10
9
8
Рисунок 6.12 – Электромагнитная система выключателя UR26 64ТСs:
1 – отражатели дугогасительной камеры; 2 – дугогасительные рога;
3 – главный неподвижный контакт; 4 – подъемная рейка;
5 – отключающая тяга; 6 – амортизатор; 7 – толкатель;
8 – блокировочные контакты; 9 – замыкающее устройство;
10 – главный подвижный контакт
При включении БВ подается напряжение 110 В на замыкающее
устройство 9, представляющее собой электромагнит соленоидного типа. Соленоид передвигает вилку, которая зацепляясь за упор,
прижимает подвижный контакт 10 к неподвижному 3. Также соленоидом создается сила контактного нажатия, равная разнице усилий
электромагнита и двух выключающих пружин – в толкателе 7 и внутри замыкающего устройства. Толкатель 7, который перемещается
с помощью подвижного контакта, приводит в действие блокировочные контакты 8. Замыкающая сила поглощается амортизатором 6.
После замыкания главных контактов контактное нажатие поддерживается электромагнитом при пониженном токе удержания, составляющем 5 % от тока замыкания.
В оперативном режиме отключение БВ происходит путем снятия напряжения с электромагнита, при этом под действием пружин
внутри корпуса замыкающего устройства происходит перемещение
вилки и высвобождение подвижного контакта 10, который в свою
очередь под действием выключающей пружины в толкателе 7 перемещается в исходное положение.
В аварийном режиме ток, превышающий уставку БВ, наводит
в магнитном контуре устройства размыкания электромагнитное поле,
перемещающее тягу 5 вверх и поднимая рейку 4. Рейка поднимает
144
вилку и освобождает подвижный контакт, который под действием
пружины в толкателе перемещается в исходное положение.
Дуга, образующаяся между главными контактами 3 и 10, электромагнитным полем выдувается на ряды рогов 2 и разбивается отражателями 1 на ряд коротких дуг. Ионизированные газы нейтрализуются между деионизирующими пластинами, установленными
поверх отражателей.
Как и ВАБ-55, выключатель UR26 является неполяризованным
(т. е. его работа как автоматического аппарата не зависит от направления тока в силовой цепи), но отличается от отечественных БВ отсутствием в нем пневмопривода, который применяется для включения аппарата. Это упростило монтаж аппарата (не требуется подвод
сжатого воздуха) и увеличило его ресурс до 200 тыс. циклов замыкания/размыкания без нагрузки.
Сравнительные характеристики различных типов БВ, применяемых на отечественных электровозах постоянного тока, приведены
в таблице 6.2.
Таблица 6.2 – Сравнительные характеристики БВ, применяемых
на отечественных электровозах постоянного тока
Параметры
Наибольшее рабочее напряжение, В 4100 4100 4000
Номинальный ток, А 1850 2500 2600
Диапазон уставок тока, А 2300 – 2600 2200 – 3500 2000 – 5000
Полное время отключения, с 0,035 0,035 не более 0,030
Собственное время отключения, с 0,0015 – 0,003 0,004 не более 0,004
Масса выключателя, кг 228 155,5 159
БВП-5А ВАБ-55 UR26
Тип БВ
6.3 Главные выключатели
В комплекте с проходным трансформатором тока главные выключатели (ГВ) используют как аппараты прямой защиты от токов КЗ,
а при других видах защиты и оперативных выключениях они служат
лишь исполнительными аппаратами. Аппарат состоит из воздушного выключателя, т. е. выключателя с воздушной дугогасительной камерой, и ножевого разъединителя, связанного с выключателем пневматическим приводом.
Разъединитель замыкает высоковольтную цепь при замкнутых
контактах выключателя, что позволяет без задержки выключать
145
повторные КЗ. При выключении размыкаются контакты выключателя, а затем с выдержкой времени, достаточной для гашения дуги,
цепи локомотива разъединителем подключаются к заземлению.
В качестве примера рассмотрим ГВ типа ВОВ-25, устанавливаемый на грузовые электровозы переменного тока ВЛ80 всех индексов, ВЛ85, 2ЭС5К «Ермак», Э5К, пассажирские ЭП1, ЭП10. Основные технические параметры выключателя приведены в таблице 6.3.
Таблица 6.3 – Технические параметры выключателя ВОВ-25
Номинальные напря-
жение, кВ
25 25 250 125 200 – 500 0,04
Предельный
ток отклю-
чения, кА
Отключаемая мощность,
МВ·А, при давлении воздуха
0,9 МПа 0,6 МПа
Диапазон
уставок
тока, А
Собствен-
ное время
отключе-
ния, с
Устройство и порядок работы ГВ рассмотрим на примере выключателя ВОВ-25-4МУХЛ1 (рисунок 6.13) [5]. Включение главного выключателя начинается с поднятия давления воздуха в резервуаре 6 до
0,56 МПа. При этом замыкаются замыкающие контакты выключателя минимального давления 29 и подготавливается общая цепь управления. Затем возбуждается катушка электромагнита 43 (от источника
энергии постоянного тока напряжением 50 В). Сердечник удерживающего электромагнита 44 притягивает якорь и удерживает его от
воздействия на отключающий клапан 33. Кнопкой «включение ГВ»
напряжение подается на включающий электромагнит 43 через контакты 42 штепсельных разъемов ШР1. Электромагнит возбуждается,
открывает включающий клапан 45, подающий сжатый воздух из резервуара 6 в пневматический привод 46, и закрывает отверстие, через которое воздух выходит в атмосферу. Шток привода поворачивает
вал 34 до замыкания ножей разъединителя 13 с неподвижным контактом 10 дугогасительной камеры и переключает контакты контрольносигнального аппарата 36, размыкая цепь питания катушки включающего электромагнита 43. Электромагнит 43 отпускает включающий
клапан 45, который открывает выход сжатому воздуху через отверстие А. При этом эксцентрик 37 вместе с валом 34 поворачивается
и сжимает (взводит) отключающую пружину 35 удерживающего электромагнита 44. Время включения разъединителя определяется скоростью движения поршня пневматического привода в зависимости от темпа заполнения сжатым воздухом рабочего объема привода
и регулируется изменением рабочего зазора между включающим кла-
146
паном и якорем включающего электромагнита. Разъединитель отключается, когда удерживающая катушка электромагнита 44 теряет питание. Это происходит при выключении кнопки «выключение
ГВ», установке главной рукоятки контроллера машиниста в положение БВ («быстрое выключение»), установке переключателя режимов
в отключенное положение, срабатывании одного из реле защиты, отключении быстродействующего выключателя, размыкании контактов автомата минимального давления 40 при понижении давления
сжатого воздуха в резервуаре 6 до 0,46 МПа.
1310
11
7
8
30 31 32
29
33
34
35
50
6
5
3 4
48
49
47
42
44 43
45
46
14
36
37
ШР1 ШР2
Вкл.
Откл.
38
39
40
41
Рисунок 6.13 – Устройство и цепи управления выключателя
ВОВ-25-4МУХЛ1
Выключатель выключается и при подаче рабочего напряжения
через контакты 41 разъема ШР2 на отключающий электромагнит
переменного тока 32. После срабатывания удерживающего 44 или
отключающего 32 электромагнита открывается клапан 33, закрывая отверстие А, и сжатый воздух подается из резервуара 6 пневматическим приводом 31 главного клапана 49. Привод 31 открывает
главный клапан 49 и сжатый воздух из резервуара 6 через воздуховодный изолятор 7 поступает в дугогасительную камеру, воздействуя на пару контактов 8, и на пружинно-пневматический привод.
147
Контакты размыкаются, возникает электрическая дуга, которая выдувается в сопло неподвижного контакта и затем гасится в интенсивной струе сжатого воздуха.
Для облегчения гашения электрической дуги и снижения коммутационных перенапряжений дугогасительные контакты шунтированы нелинейным резистором ВНКС-25 МУХЛ1 (см. рисунок 4.12),
состоящим из 15 шайб, электрически соединенных друг с другом
контактными поверхностями. Шайбы расположены внутри фарфорового изолятора, сжаты пружиной, залиты эластичным термостойким и морозостойким компаундом для обеспечения неподвижности
и электрического контакта.
Одновременно сжатый воздух из резервуара 6 через главный клапан поступает в дополнительный резервуар 48 и пневматический
привод 46 разъединителя, который поворачивает вал 34 до замыкания ножей с контактом заземляющего кронштейна 11 и переключает контакты аппарата 36, замыкая цепь включающего электромагнита 43. При этом эксцентрик 37 вместе с валом 34 поворачивается
и отпускает отключающую пружину электромагнита 44. Клапан отключения закрывается и открывает отверстие, через которое сжатый
воздух из пневматического привода главного клапана выходит в атмосферу. Главный клапан закрывается под действием пружины 50.
В дугогасительной камере падает давление воздуха и под действием контактной пружины замыкаются дугогасительные контакты 8.
6.4 Разрядники
Разрядники [3] предназначены для ограничения перенапряжений в
пределах, безопасных для изоляции оборудования. На ЭПС применяют вентильные разрядники с нелинейными резисторами. В этих разрядниках используется свойство полупроводниковых керамических
материалов увеличивать с повышением напряжения количество проводящих каналов. Это определяет их вольт-амперную характеристику вида
u = C · i
α
, (6.8)
где С – постоянная, которая зависит от вида материала и геометри-
ческих размеров нелинейного резистора;
α – показатель вентильности, α = 0,2 – 0,4.
При такой характеристике (рисунок 6.14) с ростом тока через раз-
рядник напряжение на нем и в защищаемой цепи возрастает мало,
что обеспечивает его защитное действие.
148
Последнее определяется также уставкой разрядника, т. е. пробивным
·A u idt=
∫
напряжением искровых промежутков, включаемых последовательно с
нелинейным резистором. Защитные свойства разрядника зависят от стабильности его уставки, на которую существенно влияет состояние поверхностей электродов искровых промежутков, температура и влажность
воздуха. Нестабильность уставки заставляет выбирать ее со значительным превышением над наибольшим напряжением защищаемой цепи.
Кроме ограничения перенапряжений, разрядник должен обеспе-
чить прекращение тока в цепи после прохождения волны перенапряжения. Нелинейное сопротивление резистора способствует этому, поскольку с понижением напряжения на разряднике ток в его цепи резко
падает. Ток, который поддерживается в цепи нормальным напряжением, так называемый сопровождающий ток, прерывается специальным
дугогасящим устройством (магнитное дутье на постоянных магнитах).
10
8
6
4
Напряжение, кВ
2
0
0 2000 4000 6000 8000 10000
Ток, А
Рисунок 6.14 – Вольт-амперная характеристика разрядника
Существенным показателем работоспособности разрядника яв-
ляется его пропускная способность, которая характеризует способность нелинейного резистора воспринять энергию разрядного тока
. (6.9)
Пропускная способность влияет на защитные свойства разрядни-
ка, ее увеличение позволяет понижать уставку разрядника, допуская
более частые его срабатывания.
149
Различают разрядники поляризованные и биполярные. Первые
в устройстве дугогашения имеют постоянные магниты и допускают выхлоп дуги только в одном направлении. Такие разрядники можно применять только в цепях постоянного тока, причем в тех случая, когда не
происходит изменения полярности в процессе работы. На ЭПС переменного тока разрядники подключают как со стороны высокого напряжения, так и со стороны вторичной обмотки тягового трансформатора.
На электровозах советской постройки (серия ВЛ всех индексов)
применяются вилитовые разрядники (смесь карбида кремния и связующего материала), на современных электровозах (2ЭС4К, 2ЭС6,
ЭП2К, 2ЭС5К, ЭП1М и др.) – нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) с резисторами из металлооксидной керамики на
основе окиси цинка (ZnO). Такие резисторы обладают значительно большей нелинейностью, чем резисторы на основе карборунда.
Характерной их особенностью является экстремально нелинейная
вольт-амперная характеристика, не зависящая от полярности напряжения. В области малых значений тока, соответствующих воздействующим напряжениям ниже уровня длительного допустимого рабочего
напряжения, значение сопротивления резистора превышает 109 Ом.
В области значений тока, превышающих предельные нормируемые
для данного резистора значения импульсных токов, сопротивление
резистора составляет десятые доли ома. В связи с этим при рабочем
напряжении или резонансных перенапряжениях через ОПН проходит ток порядка долей миллиампера. Это позволяет исключить искровой промежуток и подключать резистор ОПН непосредственно к сети.
Сравнительные параметры ограничителей типа ОПН для ЭПС по-
стоянного и переменного тока приведены в таблице 6.4.
Таблица 6.4 – Сравнительные технические параметры ОПН
Тип ОПН и серия электровоза, на котором
Параметр
Номинальное напряжение, кВ 25 3,3
Наибольшее рабочее напряжение, кВ 29 4,0
Остающееся напряжение при грозовом
импульсе 8 мкс (амплитуда 5000 А), кВ,
не более
Масса, кг 29 23
150
применяется (указана в скобках)
ОПН-25М (2ЭС5К) ОПН-3,3О1 (2ЭС10)
85 9,8
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]