[03-2017] Электрические аппараты высоковольтной цепи электровозов серии ЭП1

[Admin]

Электрические аппараты высоковольтной цепи электровозов серии ЭП1

Инж . А.А. ПОТАНИН,
Юго-Восточный учебный центр профессиональных квалификаций, г. Воронеж

Главный выключатель ВОВ-25А 10/400 УХЛ1. Это однополюсный высоковольтный выключатель с пневматическим приводом (рис. 1). Его номинальное напряжение — 25 кВ, номинальный ток — 400 А. Аппарат уста­новлен на электровозах ЭП1 и части локомо­тивов ЭП1 М(П). Выключатель состоит из бло­ка управления б с воздушным резервуаром 4, наклонного изолятора 5, горизонтального изолятора с дугогасительной камерой 3, по­воротного изолятора 2 с ножами разъедини­теля, заземлителя 1.

Р а б о т а ГВ на в к л ю ч е н и е . Для включения ГВ (рис. 2) необходимо заполнить резервуар ГВ 1 емкостью 32 л через невоз­вратный клапан 49 воздухом до давления не менее 5,8± 0,2 кгс/см2 (номинальное — б ... 9 кгс/см2). При этом реле давления 47 включа­ется и замыкает свои контакты, подготавли­вая цепи питания удерживающего 30 и вклю­чающего 37 электромагнитов.
При включении кнопки пульта управ­ления «Главный выключатель» получает питание удерживающий электромагнит 30, который, включившись, притягивает тарель­чатый якорь 31. Горизонтальная планка 25 освобождается и под воздействием пружи­ны 28 поворачивается. Выключающий (пу­сковой) клапан 39 освобождается и «садит­ся» на место. После включения кнопки пульта «Возврат защиты» получает питание включа­ющий электромагнит 37. Включившись, он нажимает на включающий (пусковой) кла­пан 40. Затем происходит следующее.
Включающий клапан цилиндрическим уплотнением перекрывает путь воздуха в атмосферу, а коническим уплотнением от­крывает путь воздуха из резервуара ГВ 1 под поршень поворотного изолятора 41.

Поршень 41 со штоком 35 перемещается, с помощью рычага 36 поворачивает вал по­воротного изолятора 23, на котором закре­плен поворотный изолятор 22. При этом подвижные ножи поворотного изолятора 20 срываются с заземлителя 19 и перемеща­ются в сторону неподвижного ножа 17. Как только подвижные ножи проходят половину пути, в помощь поршню поворотного изо­лятора приходит доводящий механизм 33.

Подвижные ножи 20 доходят до неподвиж­ного ножа, и ГВ включается.
После этого верхний рычаг 24, закре­пленный на валу поворотного изолятора, воздействует на блокировочное устрой­ство 32. Один из контактов размыкается и отключает включающий электромагнит 37.
Включающий клапан 40 «садится» на место, перекрывая коническим уплотнением путь воздуха из резервуара ГВ под поршень по­воротного изолятора, а цилиндрическим вы­пускает воздух из-под поршня в атмосферу, подготавливая ГВ к выключению.
Нижний серповидный рычаг 34, повер­нувшись, нажимает на шток 29 удержива­ющего электромагнита 30 (4уд.), сжимая пружину, которая через шайбу старается оторвать тарельчатый якорь 31, но не мо­жет, так как сила притяжения катушки 4уд. больше. По ГВ протекает ток высокого на­пряжения: камера 12, стенка, втулка непод­вижного контакта 10, неподвижный контакт 9 и подвижный контакт 8 с дугогашением ГВ, контактные ламели 7, неподвижный нож 17, подвижные ножи поворотного изолятора 20, вывод 21.

Р а б о т а ГВ на в ы к л ю ч е н и е .

При получении питания выключающий электромагнит 26 ГВ своим якорем нажи­мает на горизонтальную планку 25, которая, повернувшись, нажимает на выключающий клапан 39. При потере питания катушкой 4уд. сжатая пружина электромагнита отры­вает якорь 31, который нажимает на гори­зонтальную планку, а та, в свою очередь, — на выключающий клапан 39.
Цилиндрическое уплотнение выключа­ющего клапана перекрывает путь воздуха в атмосферу, а коническое открывает путь воздуха из резервуара ГВ 1 под поршень главного клапана 27. Поршень, перемеща­ясь, открывает главный клапан 3. Большой поток воздуха устремляется через пустоте­лый наклонный изолятор 18 в горизонталь­ный, проходит через отверстия в ламелях 7 под поршень 15 подвижного контакта ГВ с дугогашением 8. Поршень 15 с подвижным контактом 8 перемещается на 40... 45 мм, разрывая высоковольтную цепь. Между подвижным контактом 8 и неподвижным 9 возникает дуга, которая выдувается на ту­гоплавкие напайки и затем — в атмосферу.
При этом дуга гасится за 0,02... 0,03 с.

Одновременно воздух из наклонного пу­стотелого изолятора 18 по каналу поступает в камеру дополнительного объема 45 и да­лее через пластинчатый клапан 44 и регу­лировочные винты 43 и 42 — под поршень поворотного изолятора 41. Регулировочные винты 42,43, пластинчатый клапан 44 и каме­ра дополнительного объема 45 необходимы для задержки подачи воздуха под поршень поворотного изолятора, чтобы поршень на­чал движение после разрыва высоковольт­ной цепи контактами с дугогашением ГВ.
Через 0,02... 0,03 с поршень приходит в движение, поворачивает вал поворотного изолятора 23, срывает подвижные ножи 20 с неподвижного 17 при разомкнутой высоко­вольтной цепи (чтобы не подгорали ножи).
После того как подвижные ножи пройдут половину пути, в помощь поршню поворот­ного изолятора приходит доводящий механизм 33, и подвижные ножи 20 дойдут до заземлителя 19. ГВ выключается.

Далее происходит следующее. Во- первых, прерывается цепь 380 В, отключа­ется выключающий электромагнит (если он принимал участие в выключении ГВ). При этом якорь отключающего электромагнита 380 В перестает давить на горизонтальную планку 25.
Во-вторых, после поворота вал изолято­ра 23 серповидным рычагом 34 перестает нажимать на шток электромагнита 30, кото­рый перестает воздействовать на горизон­тальную планку. При этом под воздействием пружины 28 планка 25 отходит от выключа­ющего клапана 39, и клапан возвращается на свое место. Коническим уплотнением он перекрывает путь воздуха из резервуара ГВ под поршень главного клапана, а цилин­дрическим выпускает воздух из-под поршня главного клапана в атмосферу.
Главный клапан под действием пружины закрывается, замыкаются контакты ГВ с дуго­гашением, воздух из пустотелых изоляторов и из-под поршня поворотного изолятора вы­ходит в атмосферу через неплотности между подвижным и неподвижным контактами ГВ с дугогашением, подготавливая ГВ к включению.

В-третьих, верхний рычаг 24, закрепленный на валу поворотного изолятора 23, воздейству­ет на блокировочное устройство 32. При этом один из контактов замыкается, подготавливая цепь включения электромагнита 4вкл.
В-четвертых, полное время выключения ГВ составляет примерно 0,2 с. Оно состоит из времени собственно выключения ГВ (раз­рыва цепи контактами с дугогашением ГВ) — 0,03... 0,06 с и времени, необходимого на поворот подвижных контактов поворотного изолятора, — 0,18 с.
За одно выключение давление в резер­вуаре ГВ изменяется примерно на 3 кгс/см2 (начальное давление — 8 кгс/см2).
Главный выключатель оборудован клапа­ном аэрации 2, через который непрерывно проходит осушенный воздух в пустотелые изоляторы для создания в них избыточного давления. Это позволяет предупредить по­падание влаги, которая при повреждении глазури на внутренних стенках изоляторов в момент выключения приводит к их разрыву.
Резервуар ГВ имеет трубку для спуска конденсата со штуцером с резьбой для под­соединения разобщительного крана.
Параллельно контактам с дугогашени­ем ГВ подсоединен ограничитель пере­напряжения типа ОПН-25/18-10/500 УХЛ1 (нелинейное сопротивление) 13 для сни­жения уровня коммутационных перенапряжений.

Технические характеристики ограничителя перенапряжений
Номинальное напряжение, кВ......................................... 25; номинальный ток, А .................................................. ...... 400; предельный ток отключения, А................................. 10000; масса, к г .................................................. ....................... 190

Однополюсный вакуумный вы­
ключатель ВБО-25-20/630 УХЛ1 (рис. 3).
Установлен в качестве ГВ на электровозах ЭП1М с № 637, ЭП1П с № 055. Структура услов­ного обозначения выключателя ВБО-25-20/630 УХЛ1: В — выключатель; Б — вакуумный; О — _ однополюсный; 25 — номинальное напряже­ние в кВ; 20 — номинальный ток отключения в кА; 630 — номинальный ток в А; УХЛ1 — кли­матическое исполнение по ГОСТ 15150.
Вакуумные ГВ обладают преимуществами перед традиционными: И принцип работы выключателя осно­ван на гашении электрической дуги, воз­никающей при размыкании контактов, в вакууме (в дугогасительной камере). Ввиду высокой электрической прочности вакуум- _ ного промежутка и отсутствия среды, под­держивающей горение, обеспечивается ми­нимальное время жизни дуги, повышается коммутационный ресурс; EJ контакты дугогасительной камеры от­ключаются с помощью пружин, а контакты поворотного изолятора — сжатым возду­хом. При этом уменьшается его расход, что позволяет снизить давление в пневматиче­ской системе ГВ.
Вакуумная дугогасительная камера QF1 — неразборное и неремонтируемое из­делие. Она состоит из двух стенок из алюми­ниевого сплава с неподвижным 6 и подвиж­ным 5 контактами, а также композиционного изоляционного корпуса, к которому прива­рены стенки и выкачан воздух.

Включение выключателя ВБО-25-20/630 УХЛ1. При подаче сжатого воздуха _ давлением свыше 4,5 кгс/см2 из резервуара цепей управления замыкаются контакты реле давления 2 (рис. 4, SP1), подготавливая цепь вентиля привода вакуумной камеры 1 — (UA2). После того как давление станет менее 3,75... 3,5 кгс/см2, контакты размыкаются.
Одновременно сжатый воздух через от­крытый механический вентиль 16 и клапан быстрого выхлопа 13 поступает в полость над поршнем пневмопривода поворотного изолятора 7, фиксируя его в выключенном положении. При этом нож поворотного изо­лятора находится на заземляющей стойке 6.

Удерживающий электромагнит 10 (UA1) при подаче на него питания 50 В через блоки- __ ровки реле максимального тока КА1 своим магнитным полем зафиксирует якорь в при­тянутом состоянии.
При подаче питания через контакты 4-3 — блокировочного переключателя SQ2 на вен­тиль привода вакуумной камеры 1 вентиль пропускает воздух в цилиндр привода каме­ры 14. Поршень смещается вниз, увлекает за собой изоляционную тягу 5. Последняя пре­одолевает сопротивление пружины отклю­чения 19 и поворачивает рычаг 18. Контакты вакуумной камеры 4 замыкаются.
Дальнейшее перемещение поршня соз­дает дополнительное нажатие контактов пружиной поджатия 17. Через рычаг внизу — цилиндра привода вакуумной камеры взводится пружина удерживающего электромаг­нита 10 (UA1). Однако якорь UA1 остается в притянутом состоянии. В конце хода поршня рычаг, находящийся вверху цилиндра при­вода вакуумной камеры, заходит под защел­ку 20 и удерживает контакты вакуумной ка­меры 4 во включенном положении.

Одновременно переключается механиче­ский вентиль 16, который закрывает доступ воздуха через клапан быстрого выхлопа 13 в полость над поршнем пневмопривода по­воротного изолятора и соединяет ее с ат­мосферой. Сжатый воздух из полости над поршнем пневмопривода поворотного изо­лятора через открывшийся клапан быстрого выхлопа 13 выходит в атмосферу, чтобы не было противодавления при включении но­жей поворотного изолятора.

Блокировочные контакты SQ1 и SQ2 переключаются, размыкаются контакты 4-3 SQ2, прерывая цепь питания вентиля при­вода вакуумной камеры 1 (UA2). Однако благодаря энергии конденсаторов С1 и С2 вентиль UA2 остается некоторое время во включенном положении, тем самым обеспе­чивая четкую фиксацию включенного поло­жения контактов вакуумной камеры.
Контакты SQ1, SQ2 и SQ3 создают цепь включения вентиля привода поворотного изолятора 12 (UA3), который, включившись, пропускает воздух под поршень поворотно­го изолятора.

Поршень со штоком перемещаются, при помощи рычага поворачивают вал, на ко­тором закреплен поворотный изолятор 7.
Подвижные ножи поворотного изолятора срываются с заземлителя б и перемещаются в сторону неподвижного ножа. Как только подвижные ножи пройдут половину пути, в помощь поршню поворотного изолятора приходит механизм 11. Они совместно до­ведут подвижные ножи до неподвижного и будут удерживать их во включенном поло­жении. ВБО включается.
При этом происходит следующее. Рычаг, закрепленный на валу поворотного изолято­ра, воздействует на блокировочное устрой­ство SQ3. Контакты 1-2 SQ3 размыкаются и отключают вентиль привода поворотного изолятора 12 (UA3). Клапан вентиля «садит­ся» на место, перекрывая путь воздуха под поршень поворотного изолятора, и выпу­скает воздух из-под поршня в атмосферу, подготавливая ВБО к выключению. Контакты SQ1 прерывают цепь счетчика числа вклю­чений 3 (РС1), и он фиксирует включение ВБО, увеличивая показание счетчика.

Выключение выключателя ВБО-25-20/630 УХЛ1. Отключение выключателя воз­можно при обесточивании по каким-либо причинам удерживающего электромагнита 10 (UA1) или подаче напряжения на электро­магнит переменного тока 9 (UA4). При от­ключении удерживающего электромагнита 10 якорь под действием предварительно сжатой пружины воздействует на защелку 20. Она выходит из зацепления, освобождая рычаг, находящийся вверху цилиндра при­вода вакуумной камеры, и контакты вакуум­ной камеры 4 отключаются за счет энергии пружин 19 и 17.
В процессе движения вверх рычага с изо­ляционной тягой 5 контакты SQ2 переключа­ются, подготавливая цепь питания электро­магнитного вентиля привода вакуумной камеры 1 (UA2), переключения механиче­ского пневмовентиля 16 и контактов SQ1.
Пневмовентиль 16 пропускает воздух через клапан быстрого выхлопа 13 в полость над поршнем пневмопривода поворотного изо­лятора и перемещает поршень.

Поршень с помощью рычага повора­чивает вал поворотного изолятора 7. При этом подвижные ножи срываются с непод­вижного ножа и перемещаются в сторону заземлителя 6. Как только подвижные ножи пройдут половину пути, в помощь поршню поворотного изолятора приходит доводя­щий механизм 11. Подвижные ножи доходят до заземлителя б, где будут удерживаться в выключенном положении. Выключатель вы­ключается. При этом рычаг, закрепленный на валу поворотного изолятора, воздейству­ет на блокировочное устройство SQ3, пере­ключая блокировочные контакты.
При подаче напряжения на электромагнит переменного тока UA4 9 якорь электромагни­та через рычаг также воздействует на защел­ку 20, освобождая рычаг. Дальнейшая работа ВБО при выключении подобна описанной.
Быстродействующий выключатель ВБ-8. Предназначен для подключения тяго­вых двигателей электровоза и защиты их от токов перегрузки и короткого замыкания.

Выключатель (рис. 5) собран на двух изо­ляционных боковинах, между которыми помещены два силуминовых кронштейна 16 и пневматический привод 4. Последний состоит из пневматического цилиндра и электромагнитного вентиля 3. К кронштей­ну прикреплена изоляционная панель 13 с расположенными на ней неподвижным контактом 11, магнитной дугогасительной системой из магнитопровода, двух дугогаси­тельных катушек 12, блокировочных контак­тов 15 и дугогасительной камеры с деион- ной решеткой (на рисунке не показана).
Контактный рычаг 10 с подвижным кон­тактом, рычаг якоря 5 и электромагнит с удерживающей 1 и размагничивающей 13 ка­тушками размещены на оси, установленной на раме выключателя. С одной стороны две отключающие пружины 7 прикреплены к ры­чагу 19, а с другой — за якорь 5. Усилие обеих пружин передается через стержень 9 на сер­дечник электромагнита 2. Между контактным рычагом 10 и якорем 5 установлены две груп­пы пружин б (по три в каждой), обеспечива­ющие давление и провал силового контакта.

Включение выключателя производится подачей напряжения 50 В на удерживающую катушку 1 электромагнита ВБ и электромаг­нитного вентиля 3, который пропускает воз­дух в пневмопривод. При этом шток пневма­тического привода поворачивает сердечник электромагнита 2 до соприкосновения с якорем 5. В этом положении выключатель готов к включению, но силовые контакты еще разомкнуты.
Когда катушка вентиля 3 обесточивается, шток пневмопривода 4 под действием пружи­ны возвращается в исходное положение. При этом возвращается сердечник электромагни­та 2 с удерживающей катушкой 1, преодоле­вая сопротивление отключающих пружин 7, перемещает за собой якорь 5 и контактный рычаг 10; силовые контакты замыкаются.
После соприкосновения силовых контак­тов якорь 5 с электромагнитом 1 поворачи­вается до упора на дополнительный угол, обеспечивая совместно с пружинами 6 про­вал силовых контактов.
Выключатель поляризованного дей­ствия. Ток в размагничивающей катушке 13 создает поток в якоре, направленный встречно потоку удерживающей катушки 1.

Технические данные выключателя поляризованного действия
Номинальное напряжение силовой цепи, В................1250; номинальный ток силовой цепи, А .................................1000; ток уставки, А .................................................. ............ 2000+2_°1()0{|.

При достижении тока уставки результи­рующий магнитный поток в якоре умень­шается, якорь под действием сил отключа­ющих и контактных пружин отрывается от полюсов электромагнита, и выключатель отключается. Оперативное отключение ВБ осуществляется снятием напряжения с удер­живающей катушки электромагнита.