[06-2023] Защита силовой цепи моторного вагона электропоезда ЭД4М

[Admin]

Защита силовой цепи моторного вагона электропоезда ЭД4М

И.А. ЕРМИШКИН, инженер, г. Ожерелье

Вниманию читателей журнала предлагается серия статей, посвященная описанию особенностей работы защитных реле на электропоездах постоянного тока. Материал подготовлен на основе многолетнего практического опыта преподавания автором курса лекций. Данные материалы будут полезны учащимся учебных заведений железнодорожного транспорта, а также начинающим машинистам и помощникам машиниста электропоездов.

В электрических цепях защитные реле применяют в качестве аппаратов косвенного действия, реализуя следующие виды защит:

• > дифференциальная защита — срабатывание реле при определенных значениях разности контролируемых величин (например, на входе и выходе силовой цепи);
• > максимальная защита — реле срабатывает в случае превышения контролируемого параметра заданного значения уставки;
• > минимальная защита — реле срабатывает при снижении контролируемого параметра ниже уставки.

Особенностями защитных реле на электропоездах ЭД4М и ЭП2Д являются:

• использование реле герконового типа;
• включение промежуточного реле-повторителя через токоограничивающий резистор при срабатывании геркона;
• шунтирование геркона и создание цепи самоподпитки при включении повторителя.

Дифференциальная защита силовой цепи тяговых электродвигателей. Данные реле служат для защиты аппаратов силовой цепи при малых токах и неполных коротких замыканиях, малой скорости нарастания больших токов короткого замыкания. Возникающие большие токи короткого замыкания приводят к автоматическому отключению быстродействующего выключателя (БВ). Однако нередки случаи, когда короткое замыкание возникает при введенных сопротивлениях в силовую цепь, что приводит к протеканию токов ниже значения уставки срабатывания БВ.
На электропоездах применяется несколько типов герконовых реле (рис. 1). Устройство и принцип работы у них одинаковый.
Так, конструкция дифференциального реле (рис. 2,а) представляет собой каркас 1, в котором находятся две высоковольтные катушки 2 и 3, залитые эпоксидным компаундом. Внутри катушек расположен геркон 4 с припаянными выводами 5.
Одна катушка включена в начало, а другая — в конец защищаемой цепи. В силовой схеме тяговых двигателей моторного вагона катушки дифференциального реле подключены к отдельным шунтам таким образом, чтобы создаваемые ими магнитные потоки (рис. 2,6) были направлены навстречу друг другу.
При нормальной работе силовой схемы через катушки протекают одинаковые токи, создающие встречно направленные магнитные потоки Ф, и Ф2, компенсирующие друг друга. При возникновении короткого замыкания на «землю» в катушках начнут протекать разные токи (рис. 3). Появляются ток и магнитный поток «небаланса», что вызовет мгновенное замыкание контактов геркона.
В цепях управления (рис. 4) срабатывание геркона создает цепь питания на повторитель дифференциального реле ПДР. Однако как питание самого реле ПДР, так и его блок-контакты создают разные цепи управления в зависимости от исполнения электрической аппаратуры. На электропоездах ЭД4М применяется электрическая аппаратура производства Новочеркасского электровозостроительного завода (НЭВЗ) или Рижского электромашиностроительного завода (РЭЗ).
Так, на электропоездах ЭД4М:
J с электрооборудованием НЭВЗ (см. рис. 4,а) питание ПДР осуществляется с провода 20 через автоматический защитный выключатель (АЗВ) Q21 -> провод 20А -> контакт геркона ДР -> провод 20АТ -> резистор R59 -> провод 20АФ -> катушка ПДР.

Z при использовании оборудования РЭЗ (см. рис. 4,6) питание ПДР происходит по цепи: с провода 15 -> АЗВ Q40 -> провод 15Г -> контакт геркона ДР -> провод 15ГА -> резистор R59 -> провод 15ГБ катушка ПДР.
Реле-повторитель, включившись, дает команду в блок управления, который отключает быстродействующий контактор КЗ (ВЗТ). Контактор защиты, в свою очередь, отключает БВ, разрывая силовую схему. Блоки управления БУКЗ (БУВЗТ) так же имеют свои особенности их подключения к электрическим цепях управления.
Так, блок БУВЗТ (рис. 5) получает питание по проводам 67Ж и 601. Одновременно при срабатывании повторителя ПДР собираются следующие цепи:

• провод 20В-20Г отключает питание удерживающей катушки ВЗТ;
• провод 67Ж-702 подает питание на размагничивающую катушку ВЗТ;
• провод 15Г-15ГЕ разрывает шунтирующую цепь светодиода ПП40 при срабатывании реле ДР.

Если на электропоезде установлен контактор КМБ-ЗД с блоком БУКЗ (рис. 6), то повторитель ПРД дополнительно собирает следующие цепи:
& провод 601-601А — снимает питание с блока БУКЗ, что приводит к отключению КЗ и БВ;
o' провод 67Ж-702 — подает питание на отключающую катушку КЗ.З.
Контакты геркона размыкаются после отключения тока силовой цепи. Таким образом, дифференциальное реле само по себе не разрывает цепь короткого замыкания, но дает команду на отключение аппаратов защиты, которые своими контактами разрывают силовую цепь тока — это и есть принцип косвенного управления.
Совместно с дифференциальным реле в силовой схеме ТЭД включены обмотки дифференцирующего трансформатора. В аварийных режимах трансформатор (обозначение в схеме ТрД) реагирует на разность скоростей изменения тока короткого замыкания в начале и в конце силовой цепи тяговых двигателей. Токи в первичных обмотках направлены встречно (см. рис. 3). При возникновении короткого замыкания часть тока после первичной обмотки будет ответвляться на корпус и в обмотке НЗ-КЗ становиться меньше, чем в обмотке Н2-К2.
В результате быстрого нарастания токов в магнитопроводе появится импульс магнитного потока, который наводит ЭДС в обмотке Н1-К1, которая выдаст сигнал на срабатывание защиты, т.е. подает сигнал в блок БУКЗ, что так же, как и при срабатывании дифференциального реле, приводит к отключению контактора защиты КМБ-ЗД, а затем к отключению БВ. Сигнал на срабатывание подается по проводам 647 и 648 на входы «аЗ» и «а4» блоков управления.

Защита тяговых электродвигателей от перегрузок. В силовой цепи ТЭД контроль тягового тока и их защиту от перегрузок осуществляют датчики тока якоря и электронные блоки БРУ и БУКЗ (БУВЗТ).
Датчики тока предназначены для формирования электрического сигнала, пропорционального силе тока. На электропоездах применяются датчик тока якоря типа ДТ-010 и датчик тока возбуждения ДТ-011.
В силовой цепи тяговых электродвигателей ЭД4М (рис. 7) установлены:
ДТЯ — датчик тока якоря (работает в режиме электрического торможения);
ДТЯ1 — датчик тока якоря (работает в режиме тяги);
ДТВ — датчик тока возбуждения.
Особенностью силовых цепей электропоезда ЭП2Д является установка четырех датчиков тока якоря (ДТЯ1,2 ДТЯЗ,4) и двух датчиков возбуждения (ДТВ1,2) в каждой параллельной цепи ТЭД. Датчики имеют практически одинаковую конструкцию и различаются между собой только схемой соединения обмоток.
Датчик состоит из двух кольцевых магнитопроводов с рабочими обмотками. Рабочие обмотки включены через резистор на ток напряжением 127 В с частотой 50 Гц.
Среднее значение напряжения на резисторе прямо пропорционально величине тока, протекающего по проводнику, установленному в окне датчика тока.
У датчика тока ДТ-010 имеются четыре вывода обмоток, а у ДТ-011 — только два, а другие два вывода соединены при изготовлении и заизолированы.
Принцип действия датчиков тока основан на использовании свойства дросселей с сердечником из ферромагнитного материала изменять свое сопротивление при подмагничивании. Сигнал с датчиков тока поступает в блок управления БУКЗ (БУВЗТ).

Блок БУКЗ (БУВЗТ) выполняет следующие действия:

• перед включением КМБ-ЗД соединяет включающие катушки параллельно;
• после включения контактора переключает включающие катушки последовательно и вводит в их цепь токоограничивающий резистор;
• по сигналам датчика тока или дифференциального реле подает импульс тока в отключающую катушку от предварительно заряженного конденсатора;
• обеспечивает световую сигнализацию о срабатывании защиты;
• выводит информацию о настройках и коды ошибок на дисплей.

При перегрузках в силовой цепи датчик тока якорей ДТЯ1 воздействует на блок защиты, если ток превосходит уставку блока. При этом на вход «Токовая защита» (вход «а2» на рис. б) поступает сигнал по проводу 638. Подается питание на размагничивающую катушку К3.1 по проводам 702, 703, и контактор КЗ отключается. Одновременно размыкается блок-контакт КЗ в цепи удерживающей катушки в проводах 30Ю-30, что приводит к срабатыванию БВ.
В заключение хотелось бы отметить, что данный материал раскрывает
теоретические принципы работы защитных аппаратов на электропоездах постоянного тока ЭД4М. Редакция приглашает к сотрудничеству машинистов, работающих на данных электропоездах разных выпусков, для освещения на страницах журнала их конструктивных особенностей в расположении аппаратов и возможных изменений в электрических цепях.