75 Назначение, принцип действия быстродействующего выключателя, главного выключателя

Автоматические быстродействующие выключатели БВП-5 (ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ82), БВП-105 (ЭР2, ЭР22) применяют для защиты оборудования силовых цепей от токов короткого замыкания и от возникновения круговых огней по коллекторам тяговых двигателей, перебросу дуги с токоведущих частей на заземление.

Принцип работы: Машинист, включив кнопку БВ замыкает цепь удержи­вающей катушки быстродействующего выключателя. Кнопка остается включенной, так как она не снабжена пружиной, возвращающей ее в первоначальное положение. Затем машинист кратковременно нажимает на кнопку Возврат БВ, контакты которой замыкают цепь катушки электропневматического вентиля.

Под действием магнитного поля, создаваемого электромагнитом вентиля, его якорь притягивается и перемещает вниз клапаны. Верхний клапан закрывается, а нижний открывает доступ сжатому воздуху в ци­линдр привода быстродействующего выключателя. При таком расположении клапанов вентили называют включающими, так как они, возбудившись, соединяют (включают) аппарат (в данном слу­чае цилиндр) с источником сжатого воздуха.

Сжатый воздух давит на поршень 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. В точке А контактный рычаг шарнирно соединен с ры­чагом якоря магнитопровода. В этом положении контактный рычаг и рычаг якоря не соприкасаются.

Когда ролик под действием перемещающегося поршня начинает давить 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. После этого оба рычага поворачиваются вместе вокруг оси Б до того момента, пока якорь не будет прижат к полюсам магнитопровода, как показано на рис. штриховыми линиями.

О днако в этот момент подвижной контакт еще не коснется непод­вижного и, следовательно, силовая цепь не будет замкнута. Сколько бы времени машинист ни продолжал нажимать на кнопку Возврат БВ, под­вижной и неподвижный контакты не замкнутся, так как ролик штока, упираясь в контактный рычаг, не дает ему повернуться в крайнее пра­вое положение и тем самым замкнуть силовую цепь электровоза.

Схема быстродействующего выключателя

Это сделано не случайно. Предположим, что включение быстродей­ствующего выключателя производится при короткозамкнутой силовой цепи. Даже если машинист сразу заметит, что силовая цепь неисправ­на, пройдет некоторое время, пока он отпустит кнопку и подвижной кон­такт под действием выключающей пружины начнет отходить от непод­вижного. Скорость движения подвижного контакта будет сравнительно небольшая, 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 окончательное замыкание его контактов происходило только после того, как машинист отпустит кнопку Возврат БВ и она своими контактами разорвет цепь электромагнита вентиля.

Вентиль открывающимся под действием пружины верхним клапа­ном сообщает полость цилиндра быстродействующего выключателя с атмосферой. Сжатый воздух выходит из цилиндра, и пружина, располо­женная внутри его, перемещает 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 магнитным потоком удерживающей катушки к полюсам ее магнито­провода.

Наоборот, с помощью выключающей пружины контактный рычаг поворачивается относительно оси А, подвижной и неподвижный контак­ты замыкаются. Теперь электрический ток из контактной сети через то­коприемник, дугогасящую катушку, неподвижный и подвижной контак­ты, контактный рычаг, гибкий шунт, размагничивающий виток, нави­тый на стальной сердечник, пойдет в силовую цепь.

Магнитный поток, создаваемый размагничивающим витком Ф_раз, направлен навстречу потоку удерживающей катушки Ф_уд. При аварийном режиме в результате резкого увеличения тока, про­ходящего через размагничивающий виток, встречный магнитный поток настолько возрастает, что поток удерживающей катушки не может уже удержать якорь. Якорь под действием выключающей пружины отры­вается от магнитопровода, и подвижной контакт с большой скоростью отходит от неподвижного.

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 ее прохождению. Для этого следова­ло бы не только мгновенно раз­вести контакты, но и удалить их друг от друга на возможно боль­шее расстояние.

Обычно в электрических аппа­ратах развести контакты на боль­шое расстояние не представляется возможным, так как при этом значительно увеличились бы их размеры. Но можно удлинить ду­гу, выдувая ее за пределы контак­тов. В большинстве электрических аппаратов электровозов это осу­ществляют с помощью так назы­ваемого «магнитного дутья».

Электрическая дуга выталкива­ется магнитным полем, создавае­мым специальной дугогаситель­ной катушкой. Ее витки включают в цепь последовательно с контакта­ми. Следовательно, по катушке проходит разрываемый выключателем ток, или, как его

часто называют, главный ток. Для того, чтобы как можно дальше от­бросить дугу, катушку дополняют стальными пластинами (полюсными наконечниками), касающимися ее сердечника. Тем самым увеличивают область действия магнитного поля дугогасительной катушки.

Чтобы контакты не оплавлялись, рядом с ними устанавливают дуго­гасительные рога, на которые выдувается дуга. Затем она перемещается ь верхнюю разведенную часть рогов потоком нагре­того дугой воздуха, где и гасится. Гашению дуги во многом способствует интенсивное ее охлаждение. Поэтому рога закрывают дугогасительной камерой 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. В камерах устраивают также поперечные перегородки, способствующие удли­нению дуги.

Быстродействующий выключатель регулируют на определенную си­лу гока в защищаемой цепи, по достижении которой он срабатывает. Это значение тока называют уставкой быстродействующего выключате­ля. После того как ток достигнет значения уставки, через время t_c, которое называют собственным временем выключателя, начнут расходиться и контакты. Это время составляет всего 0,002 — 0,008 с и ток не успевает достигнуть опасного значения. Величину уставки вык­лючателя регулируют с помощью специальных винтов. Их ввинчивают в магнитопровод, на который навита удерживающая катушка или вывинчивают из него, изменяя тем самым сечение магнито­провода, а следовательно, и магнитный поток удерживающей катушки. При ввинчивании винтов сопротивление магнитопровода уменьшается.

Воздушные однополюсные выключатели ВОВ-25-4М, ВОВ-25А-10 (отечественные электровозы и электропоезда переменного тока) предназначен для оперативного отключения первичной обмотки тягового трансформатора электровоза от цепи токоприемников, а также для автоматического отключения при коротких замыканиях, перегрузках электрооборудования (отключается при срабатывании промежуточного реле РМТ) и от замыканий на землю (отключается при срабатывании реле заземления).

Принцип действия

Операция включения Перед операцией включения выключателя необходимо поднять давление сжа­того воздуха в баке не менее чем до 6 кгс/см². При этом блок-контакты автомата минимального давления 4 (см. рис. 59 и 61) замк­нутся и подготовят общую цепь управления. В отключенном поло­жении выключателя контакты 50 и 43 дугогасительной камеры замкнуты (они размыкаются только на короткий период гашения дуги при отключении), поэтому для включения выключателя доста­точно включить его разъединитель.

Рис 62 Камера дугогасительная

Операция включения начинается действием включающего электромагнита 15 постоянного тока напряжением 50 В. Цепь катушки этого электромагнита заведена через контакты сигнально-блокировочного устройства 38. При подаче на катушку электромагнита 15 оперативной команды на включение его сердечник втягивается и штоком открывает пусковой клапан 13, вследствие чего сжатый воздух из патрубка 28 по каналам 10 и 12 устремляется в цилиндр 8 и перемещает в крайнее левое положение поршень 11. Этот поршень с помощью штока 22, тяги 17 и рычага 18 поворачи­вает вал 35, изолятор 60 и разъединитель 58 на угол 60°. Ножи разъединителя при этом замыкаются с неподвижным контактом 56. В конце поворота вала 35 рычаг 61 поворачивает вал сигнально-блокировочного устройства 38, контакты которого прерывают цепь включающего электромагнита 15. Сердечник электромагнита возвращается в исходное положение и пусковой клапан 13 закрывается. При закрытом клапане сжатый воздух из цилиндра привода через каналы 12 и 21 выходит в атмосферу. На этом операция включения заканчивается.

При повороте вала рычаг 25, сидящий на валу, с помощью звеньев 24 и 23 освобождает от натяжения заводную пружину 27 электромагнита 16, и сердечник этого электромагнита в дальнейшем удерживается во втянутом положении, если катушка электромагнита находится под током. Если же после включения выключателя катушка удерживающего электромагнита 16 окажется почему-либо обесточенной, начнется немедленно операция отключения. Звонковая работа выключателя (чередование операций включения и отключения) предотвращается в этом случае специальной релейной цепью, входящей в общие цепи управления электровозом. Ограничение скорости движения подвижных частей при включении выключателя происходит благодаря компрессии воздуха с левой стороны поршня 11 и наличию клапана 7 в цилиндре привода.

Операция отключени

Главный выключатель отключается при срабатывании либо удерживающего электромагнита 16 постоянного тока, либо электромагнита 36 переменного тока. Удерживающий электромагнит 16 срабатывает при размыкании цепи катушки под действием рабочей пружины 26. В состоянии готовности сердечник электромагнита подтянут, катушка находится под напряжением, заводная пружина 27 ослаблена. Электромагнит 16 снабжен двумя катушками, выводы которых заведены в коробку зажимов, смонтированную на его корпусе. Катушки напряжением 50 В соединены параллельно. Размыкание цепи удерживающего электромагнита может быть осуществлено тремя способами: размыкающими контактами промежуточного реле 63 при действии его от максимальной защиты; размыкающими блок-контактами автомата минимального давления при снижении давления ниже допустимого предела; кнопкой управления при оперативном отключении.

Электромагнит 36 предназначен для нужд специальной защиты и срабатывает при подаче на него переменного тока.

Под действием любого из этих электромагнитов поворачивается рычаг 33 и открывается пусковой клапан 14, через который сжатый воздух из резервуара поступает по каналам 10 и 34 к поршню 32 главного клапана 30, перемещая поршень в крайнее левое положение. Вследствие этого открывается главный клапан 30, через который сжатый воздух поступает из резервуара по каналу 31 и пусто­телому изолятору 46 в полость дугогасительной камеры 52. Параллельно с этим сжатый воздух по каналу 19 поступает в промежуточный объем 6 и далее через диафрагму 20 к поршню 11 привода.

В полости дугогасительной камеры под действием нарастающего давления подвижной контакт 43 (см. рис. 61, 62), связанный с поршнем 44, смещается вправо на 25 мм, сжимая пружину 47. Удар поршня гасится буферным устройством 55. Вследствие смещения контакта 43 открывается сопло, устроенное в неподвижном контакте 50, через которое воздух устремляется в полость головки 48 и далее через выхлопной клапан 40 выходит в атмосферу.

Электрическая дуга, образовавшаяся между контактами 50 и 43, втягивается потоком воздуха в сопло контакта 50, перекидывается на ограничитель 41 и вследствие интенсивного обдувания струей сжатого воздуха гаснет. Возникающие при отключениях перенапряжения снимаются нелинейным резистором.

Одновременно поршень привода перемещается в крайнее правое положение, поворачивая вал 35 с изолятором 60 и разъединителем 58 на 60°, в результате чего прерывается цепь разъединителя. При повороте вала 35 рычаг 25 промежуточными звеньями 24 и 23 растягивает жесткую заводную пружину 27, связанную с сердечником удерживающего электромагнита 16. Так как жесткость за­водной пружины 27 выше жесткости рабочей пружины 26, сердечник электромагнита втягивается, закрывается пусковой клапан 14 и открывается выход в атмосферу из цилиндра главного клапана, вследствие чего давление в цилиндре главного клапана падает до атмосферного, и поршень клапана возвращается в исходное положение под действием пружины 29, а главный клапан закрывается. После закрытия главного клапана давление в камере падает, подвижной контакт камеры под действием пружины 47 возвращается в исходное положение, замыкая контакты 50 и 43 при отключенном разъединителе. На этом операция отключения заканчивается.

Поскольку разъединитель может отключать только обесточенную цепь, необходимо создать такие условия, при которых процесс отключения разъединителя начинался бы после гашения дуги в ка­мере. Это обеспечивается некоторым запаздыванием, с которым начинается отключение разъединителя относительно момента расхождения дугогасительных контактов. Запаздывание отключения разъединителя возникает потому, что наполнение цилиндров привода происходит через дополнительный объем 6 и через малое отверстие диафрагмы 20. В результате этого рост давления в цилиндре несколько замедляется. При поступлении воздуха в дополнительный объем пластинчатый клапан 7 закрывает отверстие, оставляя открытым только небольшое отверстие диафрагмы 20. Дополнительный объем и диаметр отверстия выбраны так, чтобы время запаздывания разъединителя составляло 0,03—0,035 с.

В отключенном и включенном положениях выключателя вал разъединителя фиксирован специальным доводящим механизмом 64. На нижнем конце вала укреплен указатель положения с надписями Вкл. и Откл.