[01-2004] Реле заземления на тепловозах типа ТЭ10М

[poster334]

Реле заземления на тепловозах типа ТЭ10М

Реле заземления (РЗ) на тепловозе предназначено для снятия нагрузки с тягового генератора при повреждении изоляции токоведущих частей тяговой цепи, а также при появлении кругового огня на коллекторах тяговых машин постоянного тока. На локомотивах магистрального движения применяются два типа реле заземления: однокатушечное (Р-45Г2) и двухкатушечное (РМ-1110).

Реле типа Р-45Г2 (рис. 1) содержит панель 1, на которой закреплены магнитопровод 2 с якорем 5 и катушка 4 с сердечником. На якорь воздействует возвратная пружина 9, нажатие которой можно изменять с помощью регулировочного винта 8. Реле имеет пальцевые 10 и мостико-вые 1 1 контакты. К якорю 5 прикреплен фиксатор 7, а к панели 1 — защелка 6 с пружиной 3.

Если ток в катушке 4 реле отсутствует, то пружина 9 удерживает якорь 5 в отключенном положении. Когда по катушке протекает ток, якорь 5 притягивается к ее сердечнику, и конец фиксатора 7 входит в вырез защелки 6, которая под действием пружины 3 перемещается вниз. Теперь реле будет находиться во включенном положении, независимо от наличия тока в катушке 4. Это предупреждает возникновение «звонковой» работы контакторов, управляющих возбуждением тягового генератора, в случае повреждения изоляции токоведущих частей тяговой цепи. Чтобы отключить РЗ, защелку 6 поднимают.

Перед установкой реле заземления на тепловоз с помощью винта 8 регулируют силу нажатия пружины 9 так, чтобы оно включалось при протекании по катушке 4 тока, равного 10 А. Схема подключения катушки РЗ к тяговой цепи тепловоза типа ТЭ10М (выпуска до 1985 г.) показана на рис. 2: один ее вывод РЗ подключен к шунту тягового генератора 104, а второй через токоограничивающий резистор СРЗ — к массе тепловоза. Рубильник ВРЗ предназначен для отключения реле при выполнении реостатных испытаний. Сопротивление резистора СРЗ на тепловозах ТЭ10М устанавливают равным примерно 7,5 Ом.
Достоинство реле РЗ типа Р-45Г2 — простота конструкции и схемы подключения его катушки к тяговой цепи тепловоза. Но, вместе с тем, оно обладает двумя существенными недостатками. Во-первых, наличие механической защелки (см. рис. 1) уменьшает быстродействие реле, что увеличивает вероятность повреждения тяговых электрических машин, например, при возникновении кругового огня. Во-вторых, реле данного типа обнаруживает повреждение изоляции только тех элементов тяговой цепи, которые соединены с плюсовым выводом тягового генератора (силовых проводов, поездных контакторов, обмоток якоря тяговых двигателей и тягового генератора).

В случае нарушения изоляции элементов тяговой цепи, соединенных с минусовым выводом тягового генератора (обмоток возбуждения главных полюсов электродвигателей и добавочных полюсов тягового генератора, контакторов и резисторов ослабления поля тяговых двигателей, реверсора, силовых проводов), реле заземления на это реагировать не будет. Замыкание на корпус в перечисленных элементах может быть обнаружено только с помощью мегаомметра.

Если величина сопротивления резистора СРЗ составляет 7,5 Ом, а ток срабатывания реле равен 10 А, то оно включится тогда, когда к участку цепи РЗ — СРЗ будет приложено напряжение около 80 В. Поэтому если из-за повреждения изоляции, например, провода, соединяющего поездной контактор П1 и положительный щеткодержатель первого тягового двигателя, произойдет замыкание тяговой цепи на корпус в точке А, то при включении тяговой нагрузки это будет немедленно обнаружено, так как напряжение на зажимах тягового генератора, равное 70 — 80 В, достигается на первой-второй позициях контроллера.

Замыкание же на корпус, например, в цепи, соединяющей отрицательный щеткодержатель первого тягового двигателя и начало его обмотки возбуждения главных полюсов, не будет обнаружено (точка Б, см. рис. 2). Напряжение, приложенное к цепи реле РЗ, в этом случае будет равно падению напряжения на участке тяговой цепи: главные контакты реверсора — обмотка возбуждения главных полюсов первого электродвигателя — шунт 104 — силовые провода — отрицательный вывод тягового генератора. Здесь определяющим будет падение напряжения на обмотке возбуждения. Как известно, тепловозы типа ТЭ10М оборудованы тяговыми двигателями типа ЭД118А и ЭД118Б, у которых сопротивление обмотки возбуждения главных полюсов при температуре +20 °С равно 0,0105 Ом.

Расчеты показывают, что если обмотка нагрета до предельной температуры и по ней протекает ток 1000 А, то падение напряжения на ней будет равно примерно 16 В. К этому значению следует добавить 3 — 4 В, учитывающих падение напряжения в силовых проводах и на контактах реверсора. Таким образом, при замыкании тяговой цепи но корпус в точке Б к цепи реле РЗ будет приложено напряжение 19—20 В, что намного меньше напряжения срабатывания этого реле.

Приведенные недостатки отсутствуют у реле заземления типа РМ-1110 (рис. 3), устанавливаемого с 1985 г. на тепловозы вместо реле типа Р-45Г2. Магнитопровод 2 с сердечником 13, внутри которого размещена возвратная пружина 4, закреплены на панели 8. Якорь 10 с траверсой 9 вращается на оси 6. Так как для повышения быстродействия пружина 4 имеет небольшое предварительное сжатие, то при вибрации могут происходить произвольные переключения контактов реле.

Чтобы этот недостаток исключить, якорь снабдили противовесом 5. Поворот якоря 10 в отключенном положении под действием пружины 4 ограничивается винтом 11. Самоотвинчивание его под действием вибрации предотвращает гайка 12. На панели 8 закреплен также блок контактов 7, содержащий один замыкающий и один размыкающий контакты. Все узлы реле РЗ закрыты прозрачным кожухом 3.

На сердечнике 13 размещены две катушки: рабочая 15 и удерживающая 14. Принципиальная схема включения катушек в тяговую цепь тепловозов типа ТЭ10М приведена на рис. 4. Рабочая катушка реле подключена к выпрямительному мосту БВЗ, который соединен с корпусом тепловоза и через рубильник ВР32 — с делителем напряжения СР31 — СР32 — СРЗЗ. При этом резистор СР31 связан с «минусом» тягового генератора, а резистор СРЗЗ — с его «плюсом». Такое включение рабочей катушки реле позволяет обнаруживать повреждения изоляции в любой точке тяговой цепи.

При нарушении изоляции и замыкании на корпус какого-либо из элементов тяговой цепи, соединенных с «плюсом» тягового генератора через рабочую катушку реле, ток будет протекать по цепи: «плюс» тягового генератора, корпус тепловоза, провод 1825, диод Д2, провод 1823, резисторы СР36 и СР35, провод 1822, рабочая катушка РЗ, провод 1824, диод ДЗ, провод 1816, рубильник ВР32, провода 1815 и 1813, резистор СР31, провод 1814, «минус» тягового генератора (на рис. 4 цепь показана сплошными стрелками).

Если произошли повреждение изоляции и замыкание на корпус какого-либо из элементов тяговой цепи, соединенных с «минусом» тягового генератора, то через рабочую катушку реле ток будет протекать по цепи: вывод Р2 резистора СР32, провод 1815, рубильник ВР32, провод 1816, диод Д4, провод 1821, рабочая катушка РЗ, провод 1824, диод Д1, провод 1825, корпус тепловоза, «минус» тягового генератора (на рис. 4 цепь отмечена пунктирными стрелками). Запомним, что независимо от места повреждения изоляции ток по рабочей катушке РЗ протекает в одном направлении — от вывода А1 к выводу В1.

Казалось бы, делитель напряжения должен быть таким, чтобы напряжение на выводе Р2 резистора СР32 равнялось половине напряжения на зажимах тягового генератора. Однако, как показывают испытания, при возникновении кругового огня и перебросе дуги на корпус электрической машины на нем, а следовательно и на корпусе тепловоза, напряжение примерно равно половине напряжения на зажимах тягового генератора, и рабочая катушка РЗ оказывается подключенной в этом случае к точкам с одинаковым потенциалом. Поэтому реле заземления может не сработать.

Данное явление можно предупредить, если у делителя напряжения СР31 — СР32 — СРЗЗ напряжение на выводе Р2 резистора СР32 установить равным примерно 1/7 напряжения тягового генератора. С этой целью сопротивления резисторов делителя выполняют равными: для СР31 — 200 Ом, СР32 и СРЗЗ — по 600 Ом. Чтобы ограничить ток, протекающий по рабочей катушке РЗ при замыкании на корпус в цепях «плюса», когда к цепи рабочей катушки реле прикладывается напряжение, равное примерно 6/7 напряжения тягового генератора, установлены резисторы СР35 (820 Ом) и СР36 (200 Ом).

Для повышения быстродействия реле заземления типа РМ-1110 убрали механическую защелку. Ее функции выполняет удерживающая катушка (У), включенная на напряжение вспомогательного генератора и действующая согласно с рабочей катушкой реле. Ток в удерживающей катушке РЗ устанавливается таким, чтобы ее магнитодвижущая сила была недостаточна для включения реле заземления, но в то же время могла после его включения удержать якорь в притянутом состоянии.

В приведенном случае величина тока удерживающей катушки РЗ должна быть равна около 0,16 А. Чтобы ток, протекающий по данной катушке, мало зависел от температуры, ее сопротивление составляет 22 Ома. Соответственно, сопротивление резистора СР34 (см. рис. 4), незначительно зависящее от температуры, устанавливают равным 450 Ом.

Реле действует следующим образом. При повреждении изоляции в любом месте тяговой цепи начинает протекать ток по рабочей катушке РЗ. Так как магнитодвижущие силы рабочей и удерживающей катушек направлены согласно, то в результате их совместного действия происходит включение реле заземления, что вызывает отключение контакторов КВ и ВВ. Напряжение на зажимах тягового генератора уменьшается до нуля и, соответственно, до нуля уменьшается ток, протекающий по рабочей катушке РЗ. Но реле заземления остается во включенном состоянии, что обеспечивается удерживающей катушкой РЗ. Чтобы отключить реле, необходимо разъединить цепь между катушкой и источником питания с помощью кнопки КРЗ.

Таким образом, нормальная работа реле заземления обеспечивается только при согласном включении его рабочей и удерживающей катушек. Так как ток удерживающей катушки имеет постоянное направление, то становится понятным включение вы-
прямительного моста в цепь рабочей катушки: он обеспечивает постоянное направление протекающего по ней тока независимо от места повреждения изоляции тяговой цепи.

При пробое изоляции обмотки якоря неисправный тяговый двигатель обнаруживают поочередным отключением электродвигателей и включением нагрузки (при этом рубильник ВР31 должен быть выключен). Реле заземления будет включаться при подаче напряжения на неисправный тяговый двигатель. Отключив его, необходимо оставить отключенным и рубильник ВР31. В противном случае реле РЗ будет срабатывать при включении нагрузки.

Это объясняется тем, что на тепловозах неисправные тяговые двигатели отключаются только со стороны «плюса». Поэтому, если, например, повреждена изоляция якоря первого электродвигателя и его отключили, но оставили включенным рубильник ВР31, то при наборе нагрузки будет протекать ток по цепи (см. рис. 4): «плюс» тягового генератора, провод 531, шина 01Ш25, провода 507 и 1810, рубильник ВР31, провод 1811, резистор СРЗЗ, провод1812, резистор СР32, провод 1815, рубильник ВР32, провод 1816, диод Д4, провод 1821, рабочая катушка РЗ, провод 1824, диод Д1, провод 1825, корпус тепловоза, место повреждения изоляции якоря первого электродвигателя, вывод Я2 этого двигателя, далее через обмотку возбуждения к «минусу» тягового генератора. Реле заземления сработает.

Необходимо отметить, что при отключенном рубильнике ВР31 схема включения рабочей катушки РЗ принципиально не отличается от схемы включения катушки реле типа Р-45Г2 (см. рис. 2). Если реле заземления типа РМ-1110 срабатывает при включенном рубильнике ВР31, а при его отключении не срабатывает, то это означает, что имеется замыкание на корпус в «минусовых» цепях. Применение реле данного типа повысило надежность тепловозов за счет своевременного обнаружения замыканий на корпус в любом месте тяговой цепи.

Канд. техн. наук И.П. АНИКИЕВ, ведущий научный сотрудник, ВИИИЖТ

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin