Електровоз ВЛ60, ЗАХИСТ СИЛОВИХ, ДОПОМІЖНИХ ЛАНЦЮГІВ І ЛАНЦЮГІВ УПРАВЛІННЯ
17.1. ЗАХИСТ СИЛОВИХ ЛАНЦЮГІВ
Захист від струмів коротких замикань. У разі виникнення короткого замикання (к.з.) у силовому ланцюзі необхідно швидко відключити трансформатор контактної мережі. Це здійснюється головним вимикачем – основним апаратом захисту.
Якщо виникає коротке замикання силового ланцюга і струм в первинній обмотці тягового трансформатора стає більше струму уставки, головний вимикач відключиться під впливом реле РМТ. Захист спрацьовує за к.з. не тільки в ланцюзі вторинної, а й первинної обмотки трансформатора. Контроль струму здійснюють на первинному боці тягового трансформатора.
Трансформатор струму встановлений між головним вимикачем та тяговим трансформатором (див. рис. 13.1). До вторинної обмотки трансформатора струму підключено реле РМТ. Струм у замкнутому ланцюгу (вторинна обмотка трансформатора струму - реле) при нормальних режимах не перевищує струм уставки реле. Тільки в аварійному режимі він перевищує струм уставки і реле спрацьовує, розриваючи ланцюг утримуючої котушки головного вимикача, який від'єднує тяговий трансформатор від контактної мережі. Захист спрацьовує протягом 0,04-0,06 с, що дозволяє запобігти пошкодженню електроустаткування.
Котушка реле максимального струму секційована та дозволяє регулювати уставку захисту від 200 до 500 А.
Після відключення головного вимикача припиняється струм у котушці реле РМТ, його якір відпадає, замикаючи контакти в ланцюгу котушки, що утримує, і готуючи цим включення головного вимикача.
Однак цей захист спрацьовує не при всіх к.з., тобто існує так звана мертва зона. При к.з. на первинній стороні тягового трансформатора вона спрацьовує завжди при к.з.на вторинному боці - залежно від ступеня регулювання, т. е. від числа витків вторинної обмотки, замкнутих коротко.
Наприклад, при замиканні коротко всієї вторинної обмотки на 33-й позиції струм у первинній обмотці трансформатора перевищить струм уставки і захист спрацює. Але якщо замикання вторинної обмотки відбудеться на перших позиціях (1-й, 5-й, 9-й), коли струм у первинній обмотці невеликий, то, незважаючи на великий струм у вторинній обмотці, захист не спрацює. Зменшити уставку захисту, щоб вона спрацьовувала при всіх к.з., не можна, оскільки струм уставки повинен перевищувати найбільший споживаний електровозом з контактної мережі в тяговому режимі. На 33-й позиції при струмі тягового двигуна 600 А з контактної мережі споживається струм більше 300 А. Отже, уставка захисту не може бути менше 300 А. З запасом на можливі кидки струму уставка обрана рівною 400 ±20 А.
Захист від замикань на землю. Силовий ланцюг електровоза з боку вторинної обмотки трансформатора не має з'єднання із землею; ізоляція її від землі виконана на повну робочу напругу. Порушення ізоляції в одній точці силового ланцюга не призводить до аварійного режиму, порушення її в двох точках може призвести до короткого замикання через землю. Щоб виключити це, необхідно контролювати ізоляцію, а при замиканні на землю в одній точці відключати установку та вживати заходів щодо відновлення ізоляції.
Для контролю ізоляції застосовують так званий земляний захист. Основний апарат цього захисту - реле заземлення 88 (рис. 17.1), яке при замиканні на корпус будь-якої точки силового ланцюга спрацьовує і своїми контактами, по-перше, розриває ланцюг утримуючої котушки ГВ, що призводить до його відключення, по-друге, замикає ланцюг червоної сигнальної лампи РЗ (див. рис. 16.4).
Робочакотушка реле заземлення 88 з одного боку через випрямний міст 86, що згладжує реактор 85, резистори Р37 і Р38 приєднана в двох точках до силового ланцюга, з іншого боку заземлена корпус електровоза. Випрямний міст 86 разом з понижувальним трансформатором 87 служить джерелом додаткової напруги контролю ізоляції силової ланцюга. Згладжуючий реактор 85 виключає помилкові спрацьовування земляного захисту від ємнісних струмів та при короткочасних кидках струму.
Одне реле заземлення контролює ізоляцію двох груп тягових двигунів, тому воно підключене обох груп тягових двигунів. Щоб захисним контуром не замкнути коротко ці дві точки силового ланцюга, встановлені додаткові резистори Р37 і Р38. При замиканні на землю будь-якої точки силового ланцюга, наприклад, точки 1, утворюється ланцюг, показаний на рис. 17.1 стрілками.
Захист спрацьовуватиме за наявності напруги на трансформаторі 87 і замиканні на землю в будь-якій точці ланцюга вторинної обмотки трансформатора, самої обмотки, перемикача ступенів, випрямлячів, обмоток тягових двигунів, реактора, що згладжує, індуктивних шунтів і т. д.
Захист тягових двигунів від перевантаження та коротких замикань. Для захисту від кругових вогнів перекидів і неприпустимо великих струмів у ланцюзі кожного двигуна встановлено реле перевантаження, яке спрацьовує, якщо струм двигуна перевищує струм уставки 800 ± ±40 А.
Контакти всіх реле перевантаження РП1-РП6 (рис. 17.2) з'єднані послідовно та включені в ланцюг живлення котушки проміжного реле 264. При нормальному режимі роботи двигунів ці контакти замкнуті, котушка проміжного реле 264 збуджена. Контакти реле 264 включені в ланцюг утримуючої котушки головноговимикача. Якщо в одному з двигунів струм перевищить уставку реле перевантаження, воно спрацює і своїми контактами розірве живлення котушки реле 264. Контакти реле 264 у свою чергу розімкнуть ланцюг утримуючої котушки головного вимикача, і він вимкнеться. Реле перевантаження також подають сигнал на пульт управління. Вони мають сигналізатори, що дозволяють визначити, яке з них спрацювало.
РНР. 17.2. Схема захисту від перевантаження тягових двигунів: а – силові ланцюги; б - ланцюги управління
Захист від перенапруг. У ланцюги вищої напруги, а також силові ланцюги можуть проникати з контактної мережі атмосферні перенапруги, викликані грозовими розрядами. Для захисту обладнання від цих перенапруг передбачено високовольтний вілітовий розрядник або обмежувач перенапруг 5 (див. рис. 13.1).
У процесі комутації апаратів внаслідок значних індуктивностей у ланцюгу, в яких накопичується електромагнітна енергія, можуть виникати значні комутаційні перенапруги, що в кілька разів перевищують нормальні. Шунтування головних контактів ГВ нелінійним резистором, який поглинає значну частину електромагнітної енергії, що виділяється в момент розриву ланцюга головними контактами вимикача, істотно знижує рівень комутаційних перенапруг, що виникають при цьому.
На вторинному боці тягового трансформатора для захисту від комутаційних перенапруг встановлено вілітові розрядники 7 і 8 (див. рис. 13.3). Крім того, паралельно до вторинної обмотки включені контури РуС (конденсатори 49, 50, резистори Р39, Р40). Контури РС поглинають електромагнітну енергію, запасену в обмотках трансформатора. Ємності ланцюжків разом з індуктивністю силового ланцюга утворюють коливальний контур, в якому протікає загасаючийзмінний струм. Частина енергії перенапруг, яку прийняли він конденсатори, потім розсіюється в резисторах під час протікання затухающего струму.
Випрямні установки, укомплектовані лавинними вентилями, також здатні гасити комутаційні перенапруги певного рівня, що виникають. При перенапругах, що перевищують напругу лавиноутворення плеча випрямного моста, дія вентилів подібна до дії розрядника.
Дії пристроїв захисту від комутаційних перенапруг ув'язані таким чином, щоб напруга лавиноутворення плеча випрямної установки була нижчою за рівень напруги, що обмежується контуром 1?С, а воно у свою чергу - нижче за уставку комутаційних розрядників.
Генераторний захист. У разі перекидання колектора одного з паралельно включених тягових двигунів, а також при відриві струмоприймача від контактної мережі під навантаженням в силовому ланцюгу виникає генераторний режим. Паргл-лельно включені тягові двигуни виявляються ніби замкнутими коротко ланцюгом двигуна, на якому відбувся перекид по колектору, і переходять в генераторний режим; їхнє збудження підтримується завдяки наявності ланцюгів, що шунтують обмотки збудження.
Генераторний струм може бути значним і може викликати серйозні пошкодження двигунів. Щоб уникнути цього на електровозах ВЛ60К передбачено генераторний захист - напівпровідникові діоди ЗГ (рис. 17.3) у ланцюзі ослаблення збудження тягових двигунів.
Блок генераторного захисту на один двигун складається з чотирьох діодів типу В200 зі зворотною напругою не нижче 400, включених по два послідовно і по два паралельно.
За відсутності такого захисту генераторний струм протікав би ланцюгом, показаним на схемі рис. 17.3, а стрілками. У якорідвигуна, на якому відбулося перекидання по колектору, генераторний струм 1г підсумовується зі струмом к.з., збігаючись з ним у напрямку. У ланцюзі двигунів, що працюють в генераторному режимі, струм 1г проходить по резисторах ослаблення збудження 2Р1, 2Р2, ЗР1, ЗР2, так як обмотки збудження мають великий індуктивний опір, внаслідок чого підтримується генераторний режим в ланцюзі.
За наявності генераторного захисту діоди не пропускають генераторний струм 1г через резистори 2Р1, 2Р2, ЗР1, ЗР2 і він у двигунах 11 і 1/1 проходить через їх обмотки збудження, шунтовані резистором 2Р1 ЗР1 постійного ослаблення збудження. Оскільки їх опір значно, генераторний струм проходить головним чином через обмотки збудження двигунів 11 і 1/1 в напрямку, зворотному тому, що було при тяговому режимі. Внаслідок цього магнітний потік збудження швидко зменшується, а час протікання генераторного струму і сам струм значно знижуються. Таким чином, захист локалізує генераторний режим при перекиданні колектором одного з тягових двигунів.
Захист при нестаціонарних режимах. При різкому підвищенні напруги або відновленні його після короткочасного зняття зростаючий стрибком струм в ланцюги двигунів у разі застосування ослаблення збудження прагнутиме пройти переважно через резистори, що шунтують обмотки збудження. Значна індуктивність обмоток збудження перешкоджає різкому наростанню струму в них.
РНР. 17.3. Проходження струму в ланцюзі тягових двигунів у генераторному режимі за відсутності (а) та наявності (б) генераторного захисту
Це може викликати додаткове ослаблення збудження двигунів, зростання навантаження якорів, а в окремих випадках і круговий вогонь колектором. Щоб уникнути цьогодля більш рівномірного розподілу струму при неусталених процесах між обмоткою збудження і резисторами, що шунтують, в ланцюг останніх включені індуктивні шунти (наприклад, ИШ1-ИШЗ на рис. 17.3).
Захист від боксування. Для припинення боксування під боксуючі колеса необхідно подати пісок, а в деяких випадках перейти з ослабленого збудження двигунів на нормальне або скинути кілька позицій групового перемикача ступенів. Важливо припинити боксування перед тим, як воно стане інтенсивним. Тому передбачено спеціальний захист від боксування. У кожній групі з трьох тягових двигунів між якорями та обмотками збудження включені реле боксування РБ1-РБ4 (рис. 17.4, див. рис. 13.3).
У ланцюг реле боксування РБ1-РБ4 введені додаткові резистори Р51-Р54 та контакти реле часу 211 та 212.
За відсутності боксування колісних пар котушки реле РЕ знеструмлені, оскільки вони підключені до равіопотенційних точок схеми. Якщо ж виникає боксування, струм у ланцюгу двигуна боксуючої осі зменшиться і в точках підключення реле боксування з'явиться різниця потенціалів, в результаті чого реле спрацює і своїми контактами замкне ланцюг живлення проміжного реле 269. Останнє замкне свої контакти в ланцюгу збудження вентиля подачі піску і одночасно розірве ланцюг котушок реле часу 211 і 212, які через 1 -1,5 спрацюють і перервуть ланцюг котушок реле боксування; подача піску припиниться. Якщо боксування не закінчиться, реле знову спрацюють і подача піску відновиться.
Таким чином, під час боксування реле РБ1-РБ4 періодично спрацьовують, забезпечуючиавтоматичну подачу піску під колісні пари. При їх спрацьовуванні спалахує біла сигнальна лампа РБ на пульті машиніста.
Проміжне реле 269 та реле часу 211, 212 складають пульс-пару, яка забезпечує імпульсну періодичну подачу піску під колеса електровоза під час боксування. Подача піску може бути здійснена вручну відповідною кнопкою. У цьому випадку збуджується реле 205, яке впливає на проміжне реле 269. Реле 205, що замінює реле боксування та реле часу, має витримку часу на відключення 1,2-2, після чого припиняється подача піску. Потім воно знову збуджується, і процес піску повторюється. У цій системі пульс-пару становлять реле 205 та 269.
На ряді електровозів ВЛ60К у порядку модернізації замість реле боксування типу РБ-192 застосовано блок боксування ББ1 (ББ2), який також включений в рівнопотенціальні точки трьох тягових двигунів між якорями та обмотками збудження (рис. 17.5).