Наиболее часто встречающимися режимами являются короткие замыкания (к. з.) на первичной и вторичной сторонах трансформатора, в цепях выпрямленного тока и возбудителя.
При коротком замыкании первичной цепи трансформатора отключение ее от системы энергоснабжения осуществляется главным выключателем ГВ, установленным па крыше электровоза. Следует особо отметить, что при возникновении коротких замыканий до ГВ (переброс или пробой изоляторов токоприемника, переброс с разъединителя, пробой изолятора разъединителя и т. д.) защита электровоза не может предупредить аварийный режим, и в этом случае работает защита системы энергоснабжения.
В качестве ГВ используется унифицированный для всех электровозов переменного тока быстродействующий воздушный выключатель ВОВ-25-4М [31. Характерной особенностью этого выключателя является то, что он имеет собственный (встроенный) трансформатор тока 3 (рис. 89), обеспечивающий его отключение при достижении тока уставки. Отключение достигается воздействием реле максимального тока РМТ на отключающую катушку Откл, которая также отключает ГВ при воздействии внешних датчиков.
Уставка ГВ от собственного трансформатора тока выбрана следующим образом.
При номинальной мощности тяговых двигателей одной секции электровоза в часовом режиме 3260 кВт полная потребляемая мощность (с учетом к. п. д., коэффициента мощности и потребления вспомогательными машинами) составляет около 5000 кВт и, следовательно, номинальный часовой ток секции на стороне 25 кВ равен 200 А. С учетом допустимой перегрузки электрооборудования уставка ВОВ-25-4М от собственного трансформатора тока принята равной 250 А ± 10%. Эта уставка обеспечивает защиту оборудования на стороне 25 кВ. При к. з. всей вторичной обмотки трансформатора ГВ отключится от собственного трансформатора тока только после того, как ток вторичной обмотки превысит 5000 А. Из-за увеличения коэффициента трансформации срабатывание ГВ произойдет при замыкании секции с напряжением 615В - при токе свыше 10 000 А, а при замыкании секции с напряжением 307 В — при токе свыше 20 000 А. Столь большие токи к. з. представляют опасность для электрооборудования и могут вывести его из строя. Для исключения этого на вторичной обмотке трансформатора установлены токовые реле РТ, имеющие уставку 4000 ± 200 А. Блок- контакты этих реле включены в цепь отключающей катушки и при срабатывании РТ подают питание (~380 В) через ограничивающий резистор на эту катушку от обмотки собственных нужд силового трансформатора 4. При сквозном пробое одного из плеч тиристорного преобразователя возникает режим частичного к. з. всей обмотки или ее части в зависимости от того, на какой зоне осуществлялось регулирование в момент пробоя. Особенностью этого режима по сравнению с к. з. в цепи переменного тока является то, что ток к. з. протекает только в течение полупериода и режим повторяется каждый раз сначала через половину периода. Защита в этом режиме также обеспечивается ГВ и РТ. Наиболее часто встречающимся в режиме тяги коротким замыканием цепи выпрямленного тока является переброс по коллектору тягового двигателя 6.
Рис. 89. Принципиальная схема защиты от сверхтоков силовой цепи электровоза ВЛ80р
В этом случае выпрямленный ток из-за большой индуктивности реактора 7, нарастая, за 5—6 полупериодов достигает установившегося значения 16—18 кА в конце IV зоны регулирования при напряжении 25—28 кВ. Одновременно с выпрямленным током растет и ток вторичной обмотки трансформатора, что обеспечивает работу системы защиты цепи переменного тока, рассмотренную ранее, и отключение ВБ-021.
В режиме рекуперации система защиты от сверхтоков имеет свои особенности (рис. 89, б). Как уже отмечалось выше, в режиме рекуперации тяговые двигатели переводятся на независимое возбуждение от отдельного возбудителя. Тиристорный возбудитель включен на специальную обмотку силового трансформатора. Обмотки возбуждения всех тяговых двигателей электровоза включены последовательно. От сверхтоков возбудитель защищен токовым реле РТВ (датчик), которое при достижении током уставки 1200 ± 50 А отключает контакторы 9. При рекуперации тяговые двигатели работают в генераторном режиме и их ток определяется разностью между э. д. с. двигателей и э. д. с. трансформатора. При снятии напряжения в контактной сети, отключении ГВ, нарушении работы аппаратуры управления эта разность достигает максимального значения, что приводит к резкому росту тока тяговых двигателей.
Даже при полном отключении силового трансформатора поток тяговых двигателей затухает медленно за счет действия вихревых токов в литых остовах, и их э. д. с. сохраняется довольно долго (2-3 с).
Стабилизирующие резисторы 8 в цепях тяговых двигателей ограничивают возникающий ток, однако снизить его до значения безопасного для электрооборудования, не могут. Тяговые двигатели, работающие в генераторном режиме, оказываются замкнутыми па активное сопротивление силовой цепи (вторичная обмотка трансформатора, тиристоры, сглаживающий реактор, стабилизирующие резисторы). Этот режим называется «опрокидыванием» инвертора. Отключение ГВ в этом режиме не только не прекращает протекание тока к. з., но, наоборот, приводит к его увеличению и, следовательно, система защиты от сверхтоков, достаточная в режиме тяги, недостаточна в режиме рекуперации. Для разрыва цепи к. з., возникающей при «опрокидывании» инвертора, в цепях каждого тягового двигателя установлены быстродействующие выключатели постоянного тока ВБ. На электровозах ВЛ80р в качестве ВБ использован выключатель ВБ-021. Ввиду того, что отключение ГВ усугубляет аварийный режим, уставка ВБ выбрана ниже уставки РТ и РМТ и составляет 2000 ± 100 А.
Такой выбор уставки обеспечивает опережающее отключение ВБ по сравнению с ГВ и, следовательно, предельное ограничение тока к. з.
При необходимости обесточить силовые цепи электровоза в режиме рекуперации для исключения возникновения режима «опрокидывания» инвертора следует сначала отключить ВБ, а потом ГВ. При перебросе по коллектору одного из тяговых двигателей второй начинает работать на него, переходя в режим к. з. Из-за изменения полярности межанодного напряжения тиристорный преобразователь запирается. Таким образом, ток к. з. в этом режиме определяется только параметрами цепи выпрямленного тока, режимом работы тягового двигателя и активным сопротивлением двух стабилизирующих резисторов 8. Режим представляет существенную опасность. Защита обеспечивается разрывом цепи автоматическими выключателями ВБ.
Защита от сверхтоков вспомогательных цепей электровоза ВЛ80р выполнена аналогично защите электровозов BЛ80т и здесь не рассматривается.