Аппараты защиты силовых цепей ЧС7

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Электрическая тяга»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

на тему: АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ ЧС7

Выполнил

студент группы ТПЛ-211

Поздняков С.А.

Принял доцент

Званцев П.Н.

Москва 2013

Аннотация

В данной курсовой работе рассмотрены аппараты защиты силовых цепей электровоза ЧС7. Для этого изучены функции и устройство всех деталей и устройств защиты, описан принцип их работы, приведены рисунки.

Курсовая работа выполнена на листах А4, содержит 14 рисунков.

Содержание

Введение

1. Быстродействующий выключатель (БВ)

2. Реле защиты

2.1 Дифференциальные реле (ДР)

2.2 Реле перегрузки (РП)

2.3 Реле напряжения (РН)

2.4 Реле боксования (РБ)

2.5 Тепловые реле (TP)

3. Плавкие предохранители

4. Блинкерные сигнализаторы

5. Блок 750

Заключение

Список литературы

Введение

Электрической аппаратурой осуществляется управление тяговыми двигателями и вспомогательными машинами и обеспечивается контроль за работой электровоза. Электрическая аппаратура электровоза состоит из токоприёмников, аппаратов для управления тяговыми двигателями и вспомогательными машинами, аппаратов для защиты электрических цепей от перегрузок и высоких напряжений, а также отопительных, осветительных и измерительных приборов.

В данной курсовой работе описаны аппараты защиты силовых цепей, принцип их работы, а так же их характеристики.

1. Быстродействующий выключатель (БВ)

Быстродействующий выключатель (Рисунок 1.1)

Для защиты силовых цепей от токов короткого замыкания (к.з.) и оперативных включений-выключений на электроподвижном составе (ЭПС) постоянного тока применяют специальные автоматические быстродействующие выключатели. Основное требование, предъявляемое к ним, - как можно быстрее прервать нарастание тока короткого замыкания, полностью разомкнуть защищаемую цепь и предотвратить повреждение каких-либо ее элементов. Наибольшее значение силового тока, при котором выключатель может надежно отключить защищаемую цепь в наиболее тяжелых условиях (максимальных напряжений сети и ее индуктивности), называют отключающей способностью выключателя.

Процесс выключения быстродействующего выключателя (БВ) начинается при достижении тока уставки I_уст.

Продолжительность интервала времени t_o зависит от скорости нарастания тока к.з., определяемой параметрами защищаемой цепи и уставкой, которая должна превышать наибольший ток цепи в нормальном режиме работы. Уменьшение времени в этом интервале достигается шунтированием размагничивающего витка.

Интервал времени t _с.в. от момента достижения тока уставки до начала расхождения контактов называют собственным временем выключателя. Оно определяется действием вихревых токов в магнитной системе выключателя, задерживающих изменение магнитного потока, необходимое для начала выключения, и перемещением деталей выключающего механизма, предшествующим началу расхождения контактов. Собственное время выключателя можно снизить, уменьшив массу подвижных частей, их сопротивление движению, ограничивая вихревые токи в магнитопроводах и взаимные индуктивности обмоток.

В начале расхождения контактов между ними образуется мостик из расплавленного металла с малым сопротивлением. Как следствие, ток в течение интервала t_K продолжает нарастать. По окончании интервала t_K при токе I в полностью разрываются контакты, что сопровождается началом гашения дуги. Его время t_p можно разбить на два интервала: время, в течение которого ток в цепи продолжает нарастать вследствие относительно малой длины дуги, и время, в течение которого ток уменьшается в заключительной стадии гашения дуги.

Усиливая магнитное дугогашение в начале выключения, уменьшают время t'_Г и минимальный ток в цепи. Целесообразно увеличить время t"_Г, ослабив дугогашение в конце процесса для уменьшения коммутационных перенапряжений. Кроме того, БВ должен отключать повторные к.з.

Существуют различные варианты конструктивного исполнения БВ. Однако по принципу действия все выключатели можно разделить на две группы:

1) срабатывающие при размагничивании удерживающего электромагнита

2) срабатывающие при освобождении электромагнитной защелки

2. Реле защиты

2.1 Дифференциальные реле (ДР)

Данные реле служат для защиты аппаратов силовой цепи при малых токах и малой скорости нарастания больших токов к.з. Возникающие большие токи к.з. приводят к автоматическому отключении быстродействующего выключателя (БВ). Однако нередки случаи, когда к.з. возникает при введенных в силовую цеп резисторах, что приводит к протеканию токов ниже значения уставки срабатывания БВ.

На электровозах ЧС7 для защиты силовых цепей тяговых двигателей установлено дифференциальное реле 4RRPD10 (рис. 2.1).

Силовые цепи вспомогательных машин защищает реле 17СВ. Конструктивно все реле (рисунок 2.2) электровозов серии ЧС похожи и состоят из магнитопровода 9, набранного из листов электротехнической стали, отштампованных в виде буквы П, якоря 4, изготовленного из листов электротехнической стали, двух токовых катушек 7 и блокировочных контактов, помещенных в корпус 12. Магнитопровод (ярмо) прикреплен к стальным угольникам 8, а последние - к фибровой плите 10.

В зависимости от типа реле катушки выполнены медными шинами разного сечения: в реле 15СВ - 45х20 мм^2, 17СВ - 3x9 мм². Снаружи и между витками катушки залиты эпоксидной смолой, они удерживаются на ярме держателями 5. К якорю 4 винтами прикреплена планка 1, которая опирается на призму 3, служащую осью вращения якоря. На планку с помощью болта 2 воздействует отключающая пружина 11. Планка 1 тягой 13 соединена с блокировочными контактами. Для настройки реле служат латунные регулировочные болты 6.

Одна из катушек дифференциального реле включена между быстродействующим выключателем и цепью электрических машин, другая - между цепью машин и «землей». При достижении тока уставки реле срабатывает, размыкая блок-контакты в цепи катушки БВ. После отключения БВ и исчезновения тока в катушках дифференциального реле якорь 4 пружиной 11 оттягивается от ярмо 9 и вновь замыкает блок-контакты 12. Кроме данных реле в силовой схеме электровоза ЧС7 применяют еще четыре реле RRPD4 (рис. 10), которые срабатывают при неисправностях в цепи двигателей вентиляторов охлаждения пускотормозных резисторов.

2.2 Реле перегрузки (РП)

Для защиты электрических машин и аппаратуры от больших токов, которые могут привести к перегреву и повреждению оборудования, применяют реле перегрузки (реле максимального тока). Токовая катушка реле включается последовательно в цепь электрической машины. При протекании тока по силовой цепи выше уставки, якорь притягивается к сердечнику, переключая блок-контакты. Как правило, большинство реле имеют механический указатель срабатывания (флажок).

На электровозах серии ЧС7 с реостатным торможением (рисунок 2.3) в силовой цепи тяговых двигателей каждой секции установлены пять реле перегрузок: два из них включены в цепь до и после якорных обмоток, одно - в цепь обмоток возбуждения тягового двигателя.

Реле перегрузки 2RPD6 (рисунок 2.4) выполнено двухъякорным, а реле 6RPD8 - одноякорным (рисунок 2.5).

Конструктивной особенностью реле данных типов является отсутствие токовой катушки ее функцию выполняет силовая шина 8 (сечением 40x5 мм²), закрепленная на опорах 6. По краям шины приварены боковины 7 для подключения кабелей силовой цепи. Блок-контакты установлены на изолированных подкладках и имеют разное конструктивное исполнение.

2.3 Реле напряжения (РН)

Они служат для сигнализации машинисту о повышенном или пониженном напряжении в контактной сети. Конструктивно реле напряжения максимально унифицированы с реле, применяемыми на данной серии ЭПС. Особенностью работы устройств в силовой схеме является последовательное включение катушки реле через высокоомный добавочный резистор. Это повышает надежность работы катушки и уменьшает влияние ее перегрева на уставку реле.

При напряжении в контактной сети выше 2200 В притягивается к ярму 1-й якорь, и замыкаются его блок-контакты в цепи включения реле 808. При напряжении более 4000 В притягивается 2-й якорь, в результате чего отключаются контакторы 400 и БВ 021. На электровозах ЧС7 применяется одно двухъякорное реле (рисунок 2.6) особенностью которого является наличие двух магнитопроводов 12, на которых закреплена одна токовая катушка 1. Каждый магнитопровод имеет свой якорь 13 с планкой 6 и отключающей пружиной 5, а также блок-контакты 7. Левый якорь выполняет функции реле пониженного напряжения, правый - повышенного.

2.4 Реле боксования (РБ)

Реле боксования - электрический аппарат, предназначенный для защиты локомотива от боксования или юза колесных пар. Оно срабатывает также и при неисправностях тягового привода локомотива. Особенность работы тягового двигателя последовательного возбуждения заключается в резком увеличении частоты вращения якоря при боксовании одной из колесных пар. Это приводит к работе двигателя вразнос. Если не принять своевременных мер по прекращению проскальзывания колеса, то напряжение на двигателе может возрасти до недопустимых значений, что приводит к нарушению коммутации, искрению под щетками, образованию кругового огня и перебросу дуги на корпус двигателя. Прекращение боксования неизбежно приводит к динамическому удару в двигателе и зубчатой передаче тягового привода.

На электровозах и электропоездах постоянного тока реле боксования включают в цепь якорей тяговых двигателей по мостовой схеме (рисунок 2.8 а), собранной из якорей двух тяговых двигателей и двух высокоомных резисторов. При отсутствии боксования частота вращения якорей 1 и 2 одинакова, и напряжение на двигателях распределяется поровну: U1 = U2. Потенциалы точек А и Б будут равны, и ток по катушке РБ не протекает. При боксовании двигателя 1 (рисунок 2.7 б) резко увеличиваются его противо-ЭДС и напряжение. Это приводит к разнице потенциалов, и ток начинает протекать «в обход» боксующего двигателя через резистор R1, точку А, катушку РБ, точку Б, якорь 2 двигателя и далее по цепи. Реле включается и своими блок-контактами переключает цепи. управления, сигнализируя машинисту о боксовании. При боксовании второго тягового двигателя ток будет протекать от точки Б через катушку РБ и резистор R2.

Главный недостаток при включении катушки РБ по мостовой схеме заключается в следующем: в силовой цепи потенциалы точек А и Б (см. рисунок 2.7 а) равны только теоретически. В условиях эксплуатации (из-за технологических отклонений при сборке тягового двигателя, содержания колесных пар, разброса омического сопротивления резисторов) потенциалы точек всегда различны. Это приводит к протеканию между ними тока по катушке РБ даже в нормальном режиме.

При боксовании колесной пары реле РБ в одном случае сработает быстрее, в другом - медленнее. Замедленное срабатывание реле может привести к тяжелым последствиям для двигателя. Чтобы устранить данное явление, в конструкции силовых цепей применяют различные схемы обнаружения и защиты от боксования, заменяют электромагнитные реле электронными блоками.

На электровозах серии ЧС7 применяют как механические реле, так и электронные блоки. Конструктивно реле боксования выполнено с двумя якорями: первый срабатывает при напряжении 50 В, что приводит к автоматическому сбросу ПБКЗЗО, подаче песка под колесные пары и включению сигнализации. При разносном боксовании срабатывает второй якорь, что вызывает срабатывание реле 806, отключение контактора 479 и быстродействующего выключателя 021.

2.5 Тепловые реле (TP)

В силовых цепях вспомогательных машин установлен еще один вид аппаратов защиты - тепловые реле. Они служат для защиты тяговых двигателей от недопустимо продолжительных перегрузок. Наибольшее распространение получили реле типов ТРТ и RF.

Основной элемент конструкции теплового реле типа ТРТ (рисунок 2.8) биметаллическая пластина U-образной формы 1, закрепленная на оси 2 скобы. При помощи гибких шунтов 6 пластина соединена с силовыми выводами. На ее правом конце установлена цилиндрическая пружина 15, второй конец которой опирается на изоляционную колодку 13, несущую на себе подвижной контактный мостик 14 низковольтных блокировок с серебряными контактами. Левый конец пластины соединен с механизмом уставки, состоящим из ролика 7, поводка 8, эксцентрика 9, пружины 10 и сектора уставки 11. С помощью механизма уставки регулируют ток срабатывания, изменяя натяг ветвей биметаллических пластин.

При достижении тока срабатывания биметаллические пластины, нагреваясь, изгибаются настолько, что поворачивают пружину 15, изменяя направление приложения усилия пружины на колодку 13. Колодка поворачивается вокруг оси и отключает контакты 14. Чтобы принудительно восстановить реле до полного остывания пластин, в корпусе 5 установлена кнопка 12. На электровозах ЧС7 применяют реле марки 1-RF (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 - Тепловое реле марки 1-RF

3. Плавкие предохранители

Плавкий предохранитель является одним из простейших защитных аппаратов; такие предохранители применяют для защиты электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий (рисунок 3.1)

Рисунок 3.1 - Токовременные характеристики плавких вставок предохранителей

Действие плавкого предохранителя основано на том, что при появлении в защищаемой цепи тока выше допустимого сменная часть его - плавкая вставка в виде тонкой проволоки или пластины - плавится и отключает защищаемый ею участок цепи от источника энергии. При нагревании вставки током продолжительного режима поглощаемая вставкой энергия отдается в окружающую среду. При этом, кроме вставки, нагреваются до допустимой температуры и отдельные части предохранителя, поэтому его размеры и применяемые материалы должны соответствовать тепловой нагрузке.

Плавкая вставка рабочими токами и токами короткого замыкания нагревается различно. При малых токах нагрузки небольшая часть энергии, выделяемой в плавкой вставке, расходуется на нагревание и почти вся отдается в окружающую среду. Температура вставки при этом увеличивается медленно. С ростом тока нагрузки повышается температура вставки и других элементов предохранителя. Наибольший ток, при котором плавкая вставка не перегорает в течение длительного времени, называется предельным током. Время плавления вставки при предельном токе равно бесконечности. При токе нагрузки, большем ее номинального тока, вставка начинает нагреваться и плавиться. Чем больше ток, тем быстрее плавится вставка и отключает цепь. Зависимость времени плавления вставки от тока называют токовременной характеристикой: по ней можно установить время отключения цепи плавким предохранителем при аварийном токе. Характер кривой определяется размерами и конструкцией предохранителя.

4. Блинкерные сигнализаторы

предохранитель цепь электровоз реле

Установлены на табло и служат для сигнализации о срабатывании реле и разрушении плавких вставок. При срабатывании какого-либо из перечисленных реле замыкаются его блок-контакты в цепи катушки соответствующего сигнального реле, которое включается и встает на самопитание через кнопку восстановления 6и замкнувшиеся собственные блок-контакты. Одновременно размыкаются блок-контакты сигнального реле в цепи включения реле или, и последнее отключается. Для восстановления реле или необходимо нажать на кнопку, разорвав тем самым цепь питания катушки сигнального реле, отключение которого приводит к замыканию его блок-контактов в цепи реле. Катушки реле получают питание от источника постоянного тока 50 В через блок-контакты контролируемых ими реле. Чтобы блинкерные реле не меняли своего положения после восстановления контролируемого реле, одна из пар блок-контактов блинкерных реле используется для перевода их питания, помимо блок-контактов контролируемых реле.

Замкнутые блок-контакты блинкерных реле, управляемых реле при невозбужденных катушках перечисленных блинкерных реле образуют цепь, через которую проходит ток при включении БВ. Поэтому включить БВ возможно только при невозбужденных блинкерных реле. При возбуждении блинкерного реле показывается красное поле сигнализатора, по которому легко судить о том, что контролируемое реле сработало (рисунок 4.1)

Рисунок 4.1 - Блинкерные сигнализаторы

5. Блок 750

Электровоз оборудован, кроме релейной защиты от боксования при помощи реле электронной защитой при помощи блока который обладает более высокими чувствительностью и быстродействием. Схема блока обеспечивает также противоюзную защиту электровоза при заклинивании колесных пар и при ЭДТ. Блок позволяет применять ЭДТ до скорости 20 км/ч. Блок состоит из четырех электронных датчиков оборотов и кассет, расположенных в двух контактных стойках. На нижней стойке размещены: фильтр, стабилизаторы, инвертор, выпрямитель. На верхней стойке находятся кассеты селекции (обработки и оценки информации), стабилизатор, генератор импульсов, кассеты юза, боксования, диагностики. Датчики оборотов залиты специальной массой в форме куба с зазором, в который при вращении колесной пары заходят зубья зубчатого диска, и четырьмя винтами прикреплены к буксе. На задней стенке контактных стоек расположены четыре разъема. Через разъемы X1, Х2 в блок поступают сигналы отдатчиков оборотов через разъем ХЗ - сигнал о юзе отдельных колесных пар и боксовании секции электровоза, через разъем Х4 - сигнал "Тормоз", а также сигналы о достижении скорости 20,40,60 км/ч. О режиме работы блока можно судить по горению сигнализирующих диодов.

Заключение

Управление электровозом в процессе работы осуществляется, переключениями в электрических цепях: в силовых цепях генераторов и тяговых двигателей, цепях их возбуждения, в цепях вспомогательных механизмов и системах управления, регулирования и защиты. Эти переключения выполняются специальными устройствами - электрическими аппаратами. Рассмотренные в данной курсовой работе аппараты защиты предотвращают определенные неисправности, возникающие в ходе эксплуатирования электровоза.

Список литературы

1. А. Северин «Электровоз ЧС7»

2. И.И. Карасев «Локомотивной бригаде об электровозе ЧС7»,

3. Л.П. Ратомский, И.И. Карасев «Машинисту об электровозе ЧС7»

4. Журнал «Локомотив» выпуск №1, 2, 3, 4 - 2012 г.

Размещено на Allbest.ru