В тех случаях, когда персонал осматривает электрическое
оборудование электровоза, для обеспечения безопасности работающих
опускают токоприемник. Чтобы исключить случайную подачу напряжения,
например, в случае самопроизвольного подъема токоприемника или
обрыва контактного провода над токоприемником в силовую цепь
включают разъединители QS (см. рис. 9) - по одному на каждый
токоприемник. Разъединитель (рис. 28) отключают вручную из кузова
электровоза.
Нарушение изоляции и возникновение в связи с этим короткого
замыкания, а также недопустимая перегрузка в цепи вызывают очень
большой ток, который может привести к серьезным повреждениям
оборудования. Токи короткого замыкания настолько велики, что могут
сгореть или разрушиться даже самые толстые провода, шины и другие
токоведущие части. Возникающие при коротком замыкании механические
силы взаимодействия между проводниками с током разрушают изоляторы и
другие детали электротехнических установок. Поэтому все
электрические цепи, как правило, тем или иным способом защищают от
токов короткого замыкания и перегрузок.
Рис. 28. Разъединитель
Простейшие защитные аппараты - плавкие предохранители - включают
последовательно с защищаемой цепью; плавкая вставка их перегорает
при токах, превышающих допустимые, так как имеет площадь сечения,
меньшую, чем любой проводник в защищаемой цепи.
Защитить плавким предохранителем силовую цепь электровоза,
рассчитанную на большие токи, невозможно. При коротком замыкании ток
растет очень быстро (рис. 29), а плавкая вставка сгорает не сразу.
Она обладает так называемой тепловой инерцией. При очень большом
токе и высоком напряжении даже после того, как плавкая вставка
сгорит, между зажимами, где она была включена, может возникнуть
электрическая дуга.
Следовательно, нужен такой защитный аппарат, который при коротких
замыканиях или перегрузках был бы в состоянии в минимальное время
разрывать защищаемую цепь и быстро гасить электрическую дугу. На
электровозах постоянного тока для этой цели служат быстродействующие
автоматические выключатели (БВ). С помощью БВ, кроме того, силовую
цепь электровоза отключают от контактной сети и подключают к ней.
Такие включения и отключения называют оперативными.
Рис. 29. Изменение постоянного тока при
коротких замыканиях цепи
Машинист, нажав кнопку БВ (рис. 30, а), замыкает цепь
удерживающей катушки быстродействующего выключателя. Кнопка остается
включенной; она не снабжена пружиной, возвращающей ее в
первоначальное положение. Затем машинист кратковременно нажимает на
кнопку Возврат БВ, контакты которой замыкают цепь катушки
электропневматического вентиля (рис. 30, б). Под действием поля,
создаваемого электромагнитом вентиля, его якорь перемещается и
открывает доступ сжатому воздуху в цилиндр привода
быстродействующего выключателя. Заметим, что электропневматический
вентиль называют включающим, если при прохождении тока через его
катушку клапаны соединяют аппарат (в данном случае цилиндр) с
источником сжатого воздуха.
Сжатый воздух давит на поршень в цилиндре привода быстродействующего
выключателя и передвигает его
вправо. Шток поршня с роликом на конце нажимает на контактный рычаг.
Перед началом движения поршня контактный рычаг с подвижным контактом
оттянут выключающей пружиной в крайнее левое положение и опирается
верхней частью на упор. Это положение рычагов быстродействующего
выключателя показано на рис. 30, а. Контактный и якорный рычаги
имеют в точке А шарнирное соединение. Когда ролик штока под
действием перемещающегося поршня начинает нажимать на контактный
рычаг, последний сначала поворачивается относительно точки А, не
отрываясь от упора. Поворот происходит до тех пор, пока контактный
рычаг не коснется рычага якоря рядом с осью Б. После этого оба
рычага поворачиваются вместе вокруг оси Б. Рычаги поворачиваются до
тех пор, пока якорь не будет прижат к полюсам магнитопровода.
Однако в этот момент подвижной контакт, находящийся в верхней части
рычага якоря, отойдет от упора, но еще не коснется неподвижного
контакта и, следовательно, силовая цепь не будет замкнута. Сколько
бы времени машинист не продолжал нажимать на кнопку Возврат БВ,
подвижной и неподвижный контакты не замкнутся, так как ролик штока,
упираясь в контактный рычаг, не даст ему повернуться относительно
точки А по часовой стрелке в крайнее правое положение и замкнуть
силовую цепь электровоза.
Это сделано не случайно. Предположим, что включение
быстродействующего выключателя производится при коротком замыкании в
силовой цепи. Даже если машинист сразу заметит, что в силовой цепи
возникла неисправность, пройдет некоторое время, пока он отпустит
кнопку и подвижной контакт под действием выключающей пружины начнет
отходить от неподвижного. Скорость движения подвижного контакта
будет сравнительно небольшой, так как выключающая пружина должна
преодолеть сопротивление сил трения, возникающих при вращении
включающего рычага, и переместить влево поршень в цилиндре. За это
время ток короткого замыкания успеет резко возрасти и вызвать
значительные повреждения. Во избежание этого быстродействующий
выключатель конструируют так, чтобы окончательно его контакты
замыкались только после того, как машинист отпустит кнопку Возврат
БВ и она своими контактами разорвет цепь электромагнита
электропневматического вентиля.
Катушка электромагнита вентиля будет обесточена и полость
цилиндра привода соединится с атмосферой. Сжатый воздух выйдет из
цилиндра, и пружина, расположенная внутри него, переместит поршень в
крайнее левое положение. Однако выключающая пружина после этого не
возвратит контактный рычаг и рычаг якоря в крайнее левое положение,
так как якорь притянут маг-
нитным потоком удерживающей катушки к полюсам ее магнитопровода.
Наоборот, под действием выключающей пружины контактный рычаг
поворачивается относительно точки А, подвижной и неподвижный
контакты замыкаются. Теперь ток из контактной сети через
токоприемник, дугогасящую катушку, неподвижный и подвижной контакты,
гибкий шунт, размагничивающий виток, навитый на стальной сердечник,
пойдет в силовую цепь к тяговым двигателям.
Магнитный поток Фраз, создаваемый размагничивающим витком, направлен
встречно потоку Фуд, создаваемому удерживающей катушкой в левой
части магнитопровода, и согласно потоку, создаваемому этой же
катушкой в правой части. При аварийном режиме в результате резкого
увеличения тока через размагничивающий виток, включенный
последовательно в силовую цепь, встречный магнитный поток настолько
возрастет, что поток Фуд не сможет удержать якорь. Под действием
выключающей пружины якорь оторвется от магнитопровода, и подвижной
контакт с большой скоростью отойдет от неподвижного.
Размагничивающее действие витка усиливается при наличии индуктивного
шунта, включенного параллельно ему. Поскольку индуктивное
сопротивление шунта больше индуктивного сопротивления
размагничивающего витка, при резком нарастании тока большая его
часть проходит через размагничивающий виток, вызывая резкое
увеличение Фраз и уменьшение электромагнитных сил, притягивающих
рычаг якоря, что ведет к снижению времени выключения БВ.
В момент разрыва цепи между контактами возникает электрическая дуга.
Ее необходимо погасить как можно быстрее. Если допустить длительное
горение дуги, то по цепи значительное время будет проходить ток
короткого замыкания или перегрузки, что может вызвать серьезные
повреждения электрического оборудования. Чтобы быстрее погасить
дугу, необходимо резко увеличить электрическое сопротивление в ее
цепи. Для этого следовало бы не только мгновенно развести контакты,
но и удалить их друг от друга на возможно большее расстояние. Обычно
в электрических аппаратах электровозов вследствие ограниченных
размеров развести контакты на большое расстояние не представляется
возможным. Однако можно удлинить дугу, выдувая ее за пределы
контактов. В большинстве электрических аппаратов электровозов это
осуществляют с помощью так называемого магнитного дутья.
Рис. 31. Общий вид быстродействующего
выключателя
Электрическая дуга выталкивается магнитным полем, создаваемым
специальной дугогасительной катушкой. Ее витки включают в цепь
последовательно с контактами (см. рис. 30, а). Следовательно, по
катушке проходит разрываемый выключателем ток. Для того чтобы как
можно дальше отбросить дугу, катушку дополняют стальными пластинами
(полюсными наконечниками), расширяя тем самым область действия
магнитного поля катушки.
Чтобы контакты не оплавлялись, рядом с ними устанавливают
дугогасительные рога, на которые выдувается дуга. Затем она
перемещается в верхнюю часть разведенных рогов потоком нагретого
дугой воздуха, где и гасится. Гашению дуги во многом способствует
интенсивное ее охлаждение. Поэтому рога закрывают дугогасительной
камерой (рис. 31) со стенками из огнеупорного материала -
асбоцемента, обладающего большой теплоемкостью. Для увеличения
интенсивности охлаждения дуги в камере делают продольные
перегородки, расщепляющие дугу на отдельные параллельные ветви.
Устраивают также и поперечные перегородки, способствующие удлинению
дуги.
Быстродействующий выключатель регулируют на определенный ток
I уст в
защищаемой цепи, по достижении которого он срабатывает. Этот ток
называют уставкой быстродействующего выключателя. После того как ток
достигнет значения уставки (см. рис. 29), через время tc, которое
называют собственным временем выключателя, начнут расходиться
контакты. Собственное время, например, для БВ, установленного на
электровозе ВЛЮ, составляет 0,0015--0,003 с, и ток не успевает
достигнуть опасного значения. Уставку выключателя регулируют с
помощью специальных винтов (см. рис. 31), которые ввинчивают в
магнитопровод удерживающей катушки или вывинчивают из него, изменяя
тем самым площадь сечения магнитопровода, а следовательно, и
сопротивление прохождению магнитного потока удерживающей катушки.
Ток уставки БВ зависит от мощности локомотива; например, для
электровоза ВЛЮ он равен 3100 А с допустимыми отклонениями в сторону
увеличения на + 100 А и уменьшения на - 50 А. С учетом отклонений
ток уставки записывают так: I
уст=3100+100-50 А.
