Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тяговые аппараты и электрическое оборудование. Курс лекций
.pdf
ное реле; фиксирующие устройства, запирающие реле в одном из его
состояний; элементы восстановления – дистанционные устройства,
выводящие реле из фиксированного состояния. Иногда предусматривают элементы задержки, обеспечивающие выдержку времени.
На современном ЭПС функции некоторых защитных реле (пе-
регрузки машин и аппаратов, боксования колесных пар, экстремальных уровней напряжения в контактной сети и др.) отданы бесконтактным аппаратам и датчикам – чувствительным элементам,
передающим информацию в микропроцессорную систему управления локомотива.
8.2 Релейная диаграмма
Обобщенной характеристикой электромеханического реле яв-
ляется релейная диаграмма (рисунок 8.2) – зависимость выходного сигнала «y» (обычно ток, напряжение) от входного сигнала «x»
(также ток, напряжение). Под влиянием инерционности аппарата и
сил трения зависимости у(х) при нарастании х (dx/dt > 0) и его снижении (dx/dt < 0) не совпадают и между их диаграммами образуется
площадка (заштрихованная область) – так называемая зона нечувствительности. В ее пределах между показателем отпадания якоря x
и его трогания хтр зависимость у(х) имеет неопределенный характер.
у
зона
нечувствительности
отп
dx
< 0
dt
х
отпхтр
Рисунок 8.2– Релейная диаграмма
dx
> 0
dt
х
Зона нечувствительности оценивается коэффициентом возврата
161
отп отп
в
тр тр
к
xI
xI
= = <1
( M)
уу
у
у
хх−
δ=100
. (8.1)
Обычно у электромагнитных реле ТЭА к
< 0,50 – 0,75. Для чув-
в
ствительных реле эти значения можно повысить до 0,95 – 0,98, применив шихтованные магнитные системы (для снижения магнитной
инерционности) и подмагничивание.
Точность срабатывания по ГОСТ 9219–88 для реле в тяговом ис-
полнении определяется как отклонение δу от уставки. Для номинальных климатических условий, %
– среднее арифметическое значение ряда величин срабатыва-
где M
y
, (8.2)
ния в нормальных климатических условиях при уставке ху.
Кроме того, нормируется отклонение уставки δф для условий раз-
личных специальных испытаний. Эти отклонения определяются так
же, как и δу, но для соответствующих условий. Нормируемые значения δу и δф приведены в таблице 8.1.
Таблица 8.1 – Нормируемые значения отклонений δу и δф для ТЭА
Вид реле
Повышенного и пониженного
напряжения, перегрузки
Защиты (с механической защелкой)
Примечание – * Для реле напряжения без учета погрешности от нагревания меди катушек
Расчетное
значение
δу, %, не более
± 5* ± 7,5
± 7,5 ± 10
δф, %, не более, для испытаний на теплостойкость, холодостойкость, вибростойкость
Точность для реле остальных видов немногим отличается от нор-
мированной.
162
8.3 Балансные реле
д.уу
xх∆
δ =δ <δ
Реле может контролировать не сам показатель х по его минимальному или максимальному значению, а расхождения или отклонения
этого показателя в пределах его значений Δх. По такому принципу
выполняют дифференциальную защиту, а реле, которые ее реализуют, называют балансными. При этом нормированное отклонение δд
от уставки показателя х
(8.3)
На ЭПС применяются следующие балансные реле:
– боксования (РБ) – защита ТЭД от аварийного режима, возникающего в результате недопустимого проскальзывания колесных пар;
– дифференциальное (РдФ) – защита высоковольтных цепей от
неполных коротких замыканий;
– рекуперации (РР) – автоматическое включение линейных контакторов при разности между ЭДС тяговых двигателей и напряжением контактной сети 80…100 В.
По способу включения в контролируемую цепь реле дифференциальной защиты разделяют на потенциальные и токовые.
Потенциальные дифференциальные реле контролируют возникновение ненормированных разностей потенциалов в точках эквипотенциальных в нормальных условиях. На ЭПС их обычно используют в качестве защиты от боксования: реле выявляют недопустимую
разность потенциалов, появляющуюся вследствие разницы ЭДС двигателей, зависящей от их частоты вращения.
Реле боксования РБ включают в цепь тяговых двигателей так, как
показано на рисунке 8.3 [1]. При последовательном соединении, если
сопротивления резисторов R1 и R2 равны, напряжение U
условиях равно напряжению U
сутствует, в точке б напряжение U
в цепи якоря. Если боксование от-
я
= Uя, а напряжение Uаб на зажимах
б
при всех
a
катушки реле РБ равно нулю. Возможны лишь небольшие отклонения вследствие расхождения характеристик двигателей.
При боксовании одной из колесных пар ЭДС Е
а значит, U
≈ Uя1 – Uя2, что вызывает срабатывание реле боксо-
аб
≠ Е2 и Uя1 ≠ Uя2,
1
вания РБ. Приблизительно такое же напряжение на зажимах катушки реле боксования возникает и при параллельном соединении двигателей.
163
а б
R1 R2
U
a
РБ
Я1 Я2
я1
Uя1+ U
б
я2
B1 B2
РБ
I
U
a
Я1 Я2
я1
б
U
я2
Рисунок 8.3– Схемы включения реле боксования при последовательном
(а) и параллельном (б) соединении тяговых двигателей
Так как боксование – быстро развивающийся процесс, реле РБ
должно обладать по возможности большим быстродействием, срабатывать при возможно меньших напряжениях. Их магнитные системы выполняют обычно шихтованными, с минимальными зазорами
между якорем и сердечником. Значения Uаб случайны и практически не ограничены. Поэтому катушки реле должны обладать высокой теплостойкостью. Их изоляция от корпуса соответствует изоляции силовых цепей.
На электровозах ВЛ10 применяется реле боксования РБ-4М, начиная с электровозов ВЛ10-1121 (выпуска НЭВЗ), ВЛ10-1740 (выпуска ТЭВЗ) и ВЛ11 стали применять бесконтактную усовершенствованную противобоксовочную защиту (УПБЗ) с датчиком боксования
ДБ-018 [9]. Технические данные реле РБ-4М и датчика ДБ-018 приведены в таблице 8.2.
Таблица 8.2 – Технические данные элементов противобоксовочной
защиты на электровозах постоянного тока ВЛ10, ВЛ11
Параметр
Номинальное напряжение, В 50 50
Номинальный ток контактов, А 5 Сопротивление катушки при температуре 20 °С, Ом 2900 Наименьшая разница напряжений, при которой
реле срабатывает (ток 0,007…0,0075 А), В
Реле боксова-
ния РБ-4М
20,3…21,75 -
Датчик
боксования
ДБ-018
164
Окончание табл. 8.2
Параметр
Ток отпадания якоря, А 0,0045…0,00525 Напряжение динамической уставки
(при dU
Напряжение статической уставки, В - 90 ± 4,5
Напряжение тока частотой 50 Гц для испытания
изоляции силовой цепи в течение 1 мин, В
/dt = 100 В/с), В
я max
Реле боксова-
ния РБ-4М
- 30
9500 9500
Датчик
боксования
ДБ-018
На электровозах 2ЭС6 установлен комплект устройств выявления боксования и юза (ПБЗ), являющийся подсистемой аппаратуры
МПСУ и Д (микропроцессорной системы и диагностики). В состав
ПБЗ входят: блок связи (БС), комплект универсальных датчиков угла
поворота (ДПС-У) и комплект соединительных кабелей и монтажных
частей [15]. Принцип действия комплекта ПБЗ основан на измерении
скоростей вращения и ускорений каждой из колесных пар электровоза. Обрабатывая сигналы, поступающие от датчиков угла поворота
ДПС-У, блок связи БС вычисляет скорость вращения каждой колесной пар. Скорость вращения каждой колесной пары сравнивается
с истинной скоростью движения электровоза. За истинную скорость
принимается скорость той колесной пары, которая вращается с самой низкой скоростью в режиме тяги или самой высокой скоростью
во всех остальных режимах движения. В результате сравнения формируются сигналы слабого (при разности скоростей 4…10 км/ч) или
сильного (при разности скоростей более 10 км/ч) скольжения. Кроме того, скольжение колесной пары выявляется по превышению заданного порога ускорения этой колесной пары. На основании полученных сигналов о скольжении колесных пар аппаратура МПСУ и Д
производит автоматическую подачу песка для прекращения скольжения. Если в течение заданного времени скольжение не прекратилось или величина скольжения превышает заданный порог, производится автоматическое снижение тягового или тормозного усилия.
Одновременно информация о скольжении выдается машинисту путем индикации на диагностический монитор МПСУ и Д.
Датчик угла поворота ДПС-У преобразует угол поворота оси колесной пары в пропорциональное количество импульсов, используемых
в измерительных системах МПСУ и Д, контролирующих направление движения, пройденный путь, скорость и ускорение электровоза
при скорости вращения оси диска не более 2122 об/мин.
165
На грузовых электровозах 2ЭС4К и пассажирских ЭП2К обнаружение боксования и юза осуществляется с помощью датчиков напряжения. На электровозах 2ЭС4К защита от боксования осуществляется подсыпкой песка под колесные пары и снижением момента
тяговых двигателей. На последовательно-параллельном (СП) и параллельном (П) соединениях двигателей предусмотрено либо сохранение магнитного поля тягового двигателя на уровне предшествующему моменту начала процесса, либо дополнительное усиление поля.
На последовательном соединении (С) предусмотрено введение дополнительного сигнала управления преобразователем возбуждения
пропорционального либо производной от частоты вращения колесных пар, либо по производной от разницы указанных частот.
На электровозах ЭП2К признаком боксования по статической
уставке является наличие разности напряжений ΔUя = U
я max
– U
я min
в зависимости от соединения ТЭД электровоза (таблица 8.3).
Таблица 8.3 – Величина статической уставки противобоксовочной
защиты электровоза ЭП2К
Величина разности напряжений ΔU
при степени возбуждения ТЭД
Соединение ТЭД
полное
Последовательное ≥ 90 100 180 220
Последовательно-
параллельное
Параллельное ≥ 140 150 180 220
Примечание – При быстроразвивающемся боксовании (dU
тические уставки (ΔUя) уменьшаются на 20 В
≥ 120 130 180 220
ослабленное
(ступени 1-3)
ослаблен-
ное
(4-я сту-
пень)
Защита от боксования по динамическим уставкам (dU
, В,
я
ослабленное
(5-я ступень)
/dt ≥ 50 В/с) все ста-
/dt) осу-
я max
ществляется подсыпкой песка под колесные пары и сбросом позиций, по статическим уставкам (ΔUя) – добавляется перевод тягового
двигателя с ослабленного возбуждения на полное.
Токовое дифференциальное реле контролирует баланс токов
в защищаемой цепи, т. е. равенство их на ее входе и выходе. В отечественной практике дифференциальные токовые реле широко применяют для защиты силовых цепей электровозов. Применительно
к реле типа РДЗ для электровозов постоянного тока принцип действия защиты пояснен на рисунке 8.4. Реле включается, когда якорь 1
166
притягивается к магнитопроводу 6 под действием катушки подмагничивания 7. При этом замыкаются его контакты 8, 9, введенные
в цепь удерживающей катушки УК быстродействующего выключателя. Другие контакты реле вводят в цепь катушки 7, если притянут
якорь, резистор R для снижения силы магнитного притяжения. Провода силовых цепей пропущены через нижнее окно разветвленного,
шихтованного магнитопровода 6. В нормальном состояния магнитный поток, показанный на рисунке 8.4 пунктирной линией, создает
только МДС катушки 7. Реле срабатывает при появлении токов неполного короткого замыкания Iк, когда появляется МДС небаланса.
R
+50В
УК
+50В
БВ
М1
М2
9 1
8
7
1
6
А
I – I
к
I – I
к
2
34
5
Рисунок 8.4 – Работа дифференциального реле на ЭПС
постоянного тока
Значения тока утечки случайны и могут быть столь значительны,
что при перемагничивании системы ранее отпавший якорь 1 может
167
вновь притянуться к магнитопроводу и контакты цепей управления вновь вернутся в исходное состояние. Для предотвращения этого магнитопровод выполнен с перемычкой 3, имеющей небольшой
воздушный зазор. Она шунтирует магнитный поток в зоне непритянутого якоря.
Все части реле, включая и регулировочную пружину 6, установлены на изоляционной панели 1 и закрыты кожухом 3 (рисунок 8.5).
3 4 5
2
2
5
8
9
6
7
34
1
1
Направление
тока небаланса
325
9 1
8
7
6
365
Рисунок 8.5 – Конструкция дифференциального реле РДЗ:
1 – панель; 2 – блок-контакт; 3 – кожух; 4 – якорь;
5 – катушка цепи управления; 6 – регулировочная пружина;
7 – резисторы; 8 – шихтованный магнитопровод; 9 – кабели силовые
На грузовые электровозы ВЛ11, 2ЭС6 для защиты цепей тяговых
двигателей устанавливается реле дифференциальной защиты типа
РДЗ-068, на электровозы 2ЭС4К – реле РДЗ-59, на пассажирские
электровозы ЭП2К – реле РДЗ-61. Основные технические параметры этих типов реле приведены в таблице 8.4 [9, 15, 16].
168
Таблица 8.4 – Основные технические параметры дифференциальных реле
Значение для реле типа
Наименование параметра
Номинальное напряжение силовой цепи, В
Номинальное напряжение в режиме включения и удержания, В
Номинальное напряжение контактов, В
Номинальный ток контактов, А 5 Собственное время срабатыва-
ния реле при скорости нарастания тока около 10
Ток уставки для защиты цепей
тяговых двигателей, А
6
А/с, с, не более
РДЗ-068
электровоз
2ЭС6
110 50 110
электровоз
ВЛ11
0,0065 0,009 0,0065
100
-30
РДЗ-59 РДЗ-61
3000
50
80 – 100
На электровозах переменного тока с неуправляемыми выпрямительными установками (ВЛ80Т, ВЛ80С) дифференциальная защита реализуется блоком БРД (рисунок 8.6), выполненном из пары
дифференциальных токовых реле и контролирующим резкие нарастания тока силовой цепи. Шина, включенная в цепь питания выпрямителей, по которой протекает ток I
секции электровоза, раз-
общ
делена на участке, где включен блок БРД, на две параллельных ветви
(имеющие одинаковые площади сечения, длины, активные сопротивления), по которым протекают токи I1, I2. Индуктивность второй ветви повышена установкой на ней шихтованного индуктивного шунта 15. Обе ветви перекрестно пропущены через нижние окна
дифференциальных реле I и II, подобных по принципу действия
и конструкции реле РДЗ-504. При таком расположении шин неравенство тока в параллельных ветвях вызывает появление МДС небаланса (изображена пунктирной линией), действующей согласно с МДС
катушки подмагничивания (изображена сплошной линией) одного
из реле и против – другого реле. Подмагничивающие катушки 3, 10
обоих реле включены последовательно, что обеспечивает точное равенство их МДС. Если в первом реле МДС небаланса лишь усилит
силу притяжения якоря, то во втором может вызвать его отпадание.
При достаточной разнице токов ΔI в параллельных ветвях сработавшее реле разомкнет цепь отключающей катушки 17, что вызовет срабатывание главного выключателя.
169
17
пш
()
пш
LL
r
r
уст
t
Т
II e
−
= −
2
21
tt
ТТ
−−
21
4
3
2
10 9
380
I1
I2
Б
I
общ
I1
I2
16
I II
r
15
50В
Рисунок 8.6 – Работа блока дифференциальных реле
на ЭПС переменного тока
При установившихся режимах соотношение токов параллельных ветвей [1]
2 22
+ω
I
где L
, Lш – индуктивности соответственно шины и индуктивно-
п
1
≅
I
2
rL
22 2
r LL
+ω +
п
, (8.4)
го шунта;
ω – угловая частота переменного тока.
Однако ток в цепи далеко несинусоидален, имеет гармонические
составляющие, изменяющиеся в зависимости от режима работы. Чтобы реле не срабатывало при рабочих квазиустановившихся режимах,
его уставку загрубляют, т. е. задают с учетом значительных токов дисбаланса. Для условий КЗ рассмотрим лишь свободные составляющие
тока. Постоянные времени обеих ветвей, имеющих активное сопро-
тивление r:
Т
+
=
1
и
L
п
=
Т
.
2
170
Соответственно свободные составляющие токов:
t
−
Т
II e
= −
11
уст
1
;
. (8.5)
Их разность, определяющая срабатывание одного из реле
IIII e e
∆= − ≅ −
21
уст
.
(8.6)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]