Электровозы ВЛЗАЩИТА СИЛОВЫХ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ И ЦЕПЕЙ УПРАВЛЕНИЯ
17.1. ЗАЩИТА СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ
Защита от токов коротких замыканий. В случае возникновения короткого замыкания (к.з.) в силовой цепи необходимо быстро отключить трансформатор со стороны контактной сети. Это осуществляется главным выключателем - основным аппаратом защиты.
Если возникает короткое замыкание в силовой цепи и ток в первичной обмотке тягового трансформатора становится больше тока уставки, главный выключатель отключится под воздействием реле РМТ. Защита срабатывает при к.з. не только в цепи вторичной, но и первичной обмотки трансформатора. Контроль тока осуществляют на первичной стороне тягового трансформатора.
Трансформатор тока установлен между главным выключателем и тяговым трансформатором (см. рис. 13.1). К вторичной обмотке трансформатора тока подключено реле РМТ. Ток в замкнутой цепи (вторичная обмотка трансформатора тока - реле) при нормальных режимах не превосходит ток уставки реле. Только в аварийном режиме он превышает ток уставки и реле срабатывает, разрывая цепь удерживающей катушки главного выключателя, который и отсоединяет тяговый трансформатор от контактной сети. Защита срабатывает в течение 0,04- 0,06 с, что позволяет предотвратить повреждение электрооборудования.
Катушка реле максимального тока секционирована и позволяет регулировать уставку защиты от 200 до 500 А.
После отключения главного выключателя прекращается ток в катушке реле РМТ, его якорь отпадает, замыкая контакты в цепи удерживающей катушки и подготавливая этим включение главного выключателя.
Однако эта защита срабатывает не при всех к.з., т. е. существует так называемая мертвая зона. При к.з. на первичной стороне тягового трансформатора она срабатывает всегда, при к.з. на вторичной стороне - в зависимости от ступени регулирования, т. е. от числа витков вторичной обмотки, замкнутых накоротко.
Например, при замыкании накоротко всей вторичной обмотки на 33-й позиции ток в первичной обмотке трансформатора превысит ток уставки и защита сработает. Но если замыкание вторичной обмотки произойдет на первых позициях (1-й, 5-й, 9-й), когда ток в первичной обмотке невелик, то, несмотря на большой ток во вторичной обмотке, защита не сработает. Снизить уставку защиты, чтобы она срабатывала при всех к.з., нельзя, так как ток уставки должен превышать наибольший, потребляемый электровозом из контактной сети в тяговом режиме. На 33-й позиции при токе тягового двигателя 600 А из контактной сети потребляется ток более 300 А. Следовательно, уставка защиты не может быть меньше 300 А. С запасом иа возможные броски тока уставка выбрана равной 400 ±20 А.
Защита от замыканий иа землю. Силовая цепь электровоза со стороны вторичной обмотки трансформатора не имеет соединения с землей; изоляция ее от земли выполнена на полное рабочее напряжение. Нарушение изоляции в одной точке силовой цепи не приводит к аварийному режиму, нарушение же ее в двух точках может привести к короткому замыканию через землю. Чтобы исключить это, необходимо контролировать изоляцию, а при замыкании на землю в одной точке отключать установку и принимать меры к восстановлению изоляции.
Для контроля изоляции применяют так называемую земляную защиту. Основной аппарат этой защиты - реле заземления 88 (рис. 17.1), которое при замыкании на корпус любой точки силовой цепи срабатывает и своими контактами, во-первых, разрывает цепь удерживающей катушки ГВ, что приводит к его отключению, во-вторых, замыкает цепь красной сигнальной лампы РЗ (см. рис. 16.4).
Рабочая катушка реле заземления 88 с одной стороны через выпрямительный мост 86, сглаживающий реактор 85, резисторы Р37 и Р38 присоединена в двух точках к силовой цепи, с другой стороны заземлена на корпус электровоза. Выпрямительный мост 86 вместе с понижающим трансформатором 87 служит источником дополнительного напряжения для контроля изоляции силовой цепи. Сглаживающий реактор 85 исключает ложные срабатывания земляной защиты от емкостных токов и при кратковременных бросках тока.
Одно реле заземления контролирует изоляцию двух групп тяговых двигателей, поэтому оно подключено к обеим группам тяговых двигателей. Чтобы защитным контуром не замкнуть накоротко эти две точки силовой цепи, установлены добавочные резисторы Р37 и Р38. При замыкании на землю любой точки силовой цепи, например точки 1, образуется цепь, показанная на рис. 17.1 стрелками.
Рис. 17.1. Схема защиты силовой цепи от замыкания на землю
Защита будет срабатывать при наличии напряжения на трансформаторе 87 и замыкании на землю в любой точке цепи вторичной обмотки трансформатора, самой обмотки, переключателя ступеней, выпрямителей, обмоток тяговых двигателей, сглаживающего реактора, индуктивных шунтов и т. д.
Защита тяговых двигателей от перегрузки и коротких замыканий. Для защиты от круговых огней перебросов и недопустимо больших токов в цепи каждого двигателя установлены реле перегрузки, которые срабатывают, если ток двигателя превышает ток уставки 800 ± ±40 А.
Контакты всех реле перегрузки РП1-РП6 (рис. 17.2) соединены последовательно и включены в цепь питания катушки промежуточного реле 264. При нормальном режиме работы двигателей эти контакты замкнуты, катушка промежуточного реле 264 возбуждена. Контакты реле 264 включены в цепь удерживающей катушки главного выключателя. Если в одном из двигателей ток превысит уставку реле перегрузки, оно сработает и своими контактами разорвет питание катушки реле 264. Контакты реле 264 в свою очередь разомкнут цепь удерживающей катушки главного выключателя, и он выключится. Реле перегрузки, кроме того, подают сигнал на пульт управления. Они снабжены сигнализаторами, позволяющими определить, какое из них сработало.
Рнс. 17.2. Схема защиты от перегрузки тяговых двигателей: а - силовые цепи; б - цепи управления
Защита от перенапряжений. В цепи высшего напряжения, а также в силовые цепи могут проникать из контактной сети атмосферные перенапряжения, вызванные грозовыми разрядами. Для защиты оборудования от этих перенапряжений предусмотрен высоковольтный вилитовый разрядник или ограничитель перенапряжений 5 (см. рис. 13.1).
В процессе коммутации аппаратов вследствие значительных индуктив-ностей в цепи, в которых накапливается электромагнитная энергия, могут возникать значительные коммутационные перенапряжения, в несколько раз превышающие нормальные. Шунтирование главных контактов ГВ нелинейным резистором, который поглощает значительную часть электромагнитной энергии, выделяемой в момент разрыва цепи главными контактами выключателя, существенно снижает уровень возникающих при этом коммутационных перенапряжений.
На вторичной стороне тягового трансформатора для защиты от коммутационных перенапряжений установлены вилитовые разрядники 7 и 8 (см. рис. 13.3). Кроме того, параллельно вторичной обмотке включены контуры РуС (конденсаторы 49, 50, резисторы Р39, Р40). Контуры РС поглощают электромагнитную энергию, запасенную в обмотках трансформатора. Емкости цепочек вместе с индуктивностью силовой цепи образуют колебательный контур, в котором протекает затухающий переменный ток. Часть энергии перенапряжений, которую приняли на себя конденсаторы, затем рассеивается в резисторах во время протекания затухающего тока.
Выпрямительные установки, укомплектованные лавинными вентилями, также способны гасить возникающие коммутационные перенапряжения определенного уровня. При перенапряжениях, превышающих напряжение лавинообразования плеча выпрямительного моста, действие вентилей подобно действию разрядника.
Действия устройств защиты от коммутационных перенапряжений увязаны таким образом, чтобы напряжение лавинообразования плеча выпрямительной установки было ниже уровня напряжения, ограничиваемого контуром 1?С, а оно в свою очередь - ниже уставки коммутационных разрядников.
Генераторная защита. В случае переброса по коллектору одного из параллельно включенных тяговых двигателей, а также при отрыве токоприемника от контактной сети под нагрузкой в силовой цепи возникает генераторный режим. Паргл-лельно включенные тяговые двигатели оказываются как бы замкнутыми накоротко цепью двигателя, на котором произошел переброс по коллектору, и переходят в генераторный режим; их возбуждение поддерживается благодаря наличию цепей, шунтирующих обмотки возбуждения.
Генераторный ток может быть значительным и способен вызвать серьезные повреждения двигателей. Во избежание этого на электровозах ВЛ60К предусмотрена генераторная защита - полупроводниковые диоды ЗГ (рис. 17.3) в цепи ослабления возбуждения тяговых двигателей.
Блок генераторной защиты на один двигатель состоит из четырех диодов типа В200 с обратным напряжением не ниже 400 В, включенных по два последовательно и по два параллельно.
При отсутствии такой защиты генераторный ток протекал бы по цепи, показанной на схеме рис. 17.3,а стрелками. В якоре двигателя, на котором произошел переброс по коллектору, генераторный ток 1г суммируется с током к.з., совпадая с ним по направлению. В цепи двигателей, работающих в генераторном режиме, ток 1г проходит по резисторам ослабления возбуждения 2Р1, 2Р2, ЗР1, ЗР2, так как обмотки возбуждения обладают большим индуктивным сопротивлением, вследствие чего поддерживается генераторный режим в цепи.
При наличии генераторной защиты диоды не пропускают генераторный ток 1г через резисторы 2Р1, 2Р2, ЗР1, ЗР2 и он в двигателях 11 и 1/1 проходит через их обмотки возбуждения, шунтированные резистором 2Р1, ЗР1 постоянного ослабления возбуждения. Поскольку их сопротивление значительно, генераторный ток проходит главным образом через обмотки возбуждения двигателей 11 и 1/1 в направлении, обратном тому, какое было при тяговом режиме. В результате этого магнитный поток возбуждения быстро уменьшается, а время протекания генераторного тока и сам ток значительно снижаются. Таким образом, защита локализует генераторный режим при перебросе по коллектору одного из тяговых двигателей.
Защита при нестационарных режимах. При резком повышении напряжения или восстановлении его после кратковременного снятия возрастающий скачком ток в цепи двигателей в случае применения ослабления возбуждения будет стремиться пройти преимущественно через резисторы, шунтирующие обмотки возбуждения. Значительная индуктивность обмоток возбуждения препятствует резкому нарастанию тока в них.
Рнс. 17.3. Прохождение тока в цепи тяговых двигателей в генераторном режиме при отсутствии (а) и наличии (б) генераторной защиты
Это может вызвать дополнительное ослабление возбуждения двигателей, возрастание нагрузки якорей, а в отдельных случаях и круговой огонь по коллектору. Во избежание этого для более равномерного распределения тока при неустановившихся процессах между обмоткой возбуждения и шунтирующими резисторами в цепь последних включены индуктивные шунты (например, ИШ1-ИШЗ на рис. 17.3).
Защита от боксования. Для прекращения боксования под боксую-щие колеса необходимо подать песок, а в некоторых случаях перейти с ослабленного возбуждения двигателей на нормальное или сбросить несколько позиций группового переключателя ступеней. Важно прекратить боксование до того, как оно станет интенсивным. Поэтому предусмотрена специальная защита от боксования. В каждой группе из трех тяговых двигателей между якорями и обмотками возбуждения включены реле боксования РБ1- РБ4 (рис. 17.4, см. рис. 13.3).
В цепь реле боксования РБ1-РБ4 введены добавочные резисторы Р51-Р54 и контакты реле времени 211 и 212.
Рис. 17.4. Схема защиты от боксования электровоза с помощью реле боксования
Рис. 17.5. Схема защиты от боксования электровоза с помощью блока защиты
При отсутствии боксования колесных пар катушки реле РЕ обесточены, так как они подключены к равиопотенциальным точкам схемы. Если же возникает боксование, ток в цепи двигателя боксующей оси уменьшится и в точках подключения реле боксования появится разность потенциалов, в результате чего реле сработает и своими контактами замкнет цепь питания промежуточного реле 269. Последнее замкнет свои контакты в цепи возбуждения вентиля подачи песка и одновременно разорвет цепь катушек реле времени 211 и 212, которые через 1 -1,5 с сработают и прервут цепь катушек реле боксования; подача песка прекратится. Если к этому времени боксование не кончится, реле снова сработают и подача песка возобновится.
Таким образом, во время боксования реле РБ1-РБ4 периодически срабатывают, обеспечивая автоматическую подачу песка под колесные пары. При их срабатывании загорается белая сигнальная лампа РБ на пульте машиниста.
Промежуточное реле 269 и реле времени 211, 212 составляют пульс-пару, которая обеспечивает импульсную периодическую подачу песка под колеса электровоза во время боксования. Подача песка может быть осуществлена и вручную соответствующей кнопкой. В этом случае возбуждается реле 205, которое воздействует на промежуточное реле 269. Реле 205, заменяющее реле боксования и реле времени, имеет выдержку времени на отключение 1,2-2 с, после чего прекращается подача песка. Затем оно снова возбуждается, и процесс подачи песка повторяется. В этой системе пульс-пару составляют реле 205 и 269.
На ряде электровозов ВЛ60К в порядке модернизации вместо реле боксования типа РБ-192 применен блок боксования ББ1 (ББ2), который также включен в равнопотенциаль-ные точки трех тяговых двигателей между якорями и обмотками возбуждения (рис. 17.5).
| ЦЕПИ СИГНАЛИЗАЦИИ | | Электровоз ВЛ60 | | ЗАЩИТА ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК |