VI СИСТЕМА И АППАРАТУРА ЗАЩИТЫ
СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Непременным условием надежной работы электрооборудования является координация электрической прочности его изоляции и перенапряжений на ней. Атмосферные и коммутационные перенапряжения, воздействующие на электрооборудование электровоза ВЛ80р, ограничиваются системой защиты до допустимого максимального уровня 80 кВ на первичной стороне обмоток силового трансформатора. Это обеспечивается разрядником РВМЭ-25 (см. рис. 16, поз. 5).
Ограничение коммутационных перенапряжений, возникающих при отключении ГВ типа ВОВ25-4М, осуществляется резистором с нелинейным сопротивлением ВНКС-25 (см. НС на рис. 16), шунтирующим разрываемые контакты ГВ.
Основным защитным средством, ограничивающим перенапряже ния на вторичной обмотке силового трансформатора до 3 кВ, являются RC цепи (см. рис. 16, резисторы R7, R8 и конденсаторы 7, 8). Дополнительным средством защиты вторичной обмотки являются полупроводниковые ограничители напряжения ПОН-1 (на рис. 16 поз. 13, 14).
Для выравнивания потенциалов полуобмоток силового трансформатора применены RC цепи (резисторы R11, R12, R13, R14 и конденсаторы 37—40) и заземляющие конденсаторы (21—28).
Источниками коммутационных перенапряжений в силовой цепи являются тиристорный преобразователь и быстродействующие выключатели. Создаваемые ими перенапряжения не превышают 1,25— 1,35 номинального напряжения и поэтому защита от них не требуется.
АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Разрядник РВМЭ-25.
Характерными особенностями этого разрядника по сравнению с разрядником РВЭ-25М, применяемым на электровозах с диодными преобразователями, являются пониженное значение пробивного напряжения и способность обеспечивать защиту как от атмосферных, так и от коммутационных перенапряжений. По этой причине разрядник РВМЭ-25 должен быть включен постоянно и сезонное отключение его недопустимо.
Разрядник РВМЭ-25 имеет следующие технические данные:
Номинальное напряжение . 25 кВ
Наибольшее допустимое напряжение 29 кВ
Пробивное напряжение при частоте 50 Гц в сухом состоянии и под дождем не более 55 и не менее 48 кВ
Импульсное пробивное напряжение разрядника при предразрядном времени от 1,5 до 10 мкс не более 80 и не менее 60 кВ
Остающееся напряжение разрядника при импульсном токе с длиной фронта 8 мкс и амплитудой 1000 А не более 70 кВ
Расчетный максимальный ток 250.. А
Ток проводимости разрядника при выпрямленном напряжении 32 кВ и температуре 1-20° С 450—600 мкА
Масса . .. 95 кг
Рабочее сопротивление разрядника обладает пропускной способностью, достаточной, чтобы выдержать воздействие 20 импульсов тока с фронтом волны 18 мкс, длиной волны 40 мкс и амплитудой 10 кА и столько же импульсов тока с фронтом волны 3000 мкс, длиной волны 8000 мкс и амплитудой 600 А.
Разрядник при напряжении 29 кВ обеспечивает гашение за время не более 10 мс сопровождающего тока длительностью 6 мс не менее 1000 раз.
Разрядник выдерживает воздействие импульсов тока с фронтом 8 мкс, длиной волны 20 мкс и амплитудой 1000 А не менее 300 раз, тока прямоугольной формы длительностью 2 мс и амплитудой 20 А без сопровождающего тока не менее 3000 раз.
Разрядник размещен внутри фарфорового кожуха 3 (рис. 86, а), снизу и сверху армированного металлическими фланцами и герметически закрытого крышками 1 и 5. На верхней крышке и нижнем фланце предусмотрены выводы соответственно для подключения к сети 25 кВ и для заземления. В нижней крышке 5 размещено предохранительное устройство 6, которое исключает возможность взрыва фарфорового кожуха при повреждении внутри разрядника.
Под нижний фланец разрядника РВМЭ-25 устанавливают амортизирующие резиновые прокладки.
Внутри фарфорового кожуха размещены искровые промежутки 7 (рис. 86, б) и тирвитовые нелинейные рабочие резисторы 8. По высоте полость разделена на четыре части, сжатые пружиной. В двух нижних частях расположено по два многократных искровых промежутка и по одному рабочему резистору, в двух верхних — по одному многократному искровому промежутку и по два рабочих резистора.
Соединенные последовательно элементы каждой части зашунтированы конденсаторами 9. Такое устройство разрядника обеспечивает малую зависимость пробивного напряжения разрядника от формы импульса перенапряжений. Каждый искровой промежуток шунтирован высокоомным нелинейным резистором подковообразной формы 10, охватывающим его снаружи и служащим как для улучшения распределения напряжения по многократным искровым промежуткам, так и для облегчения условий гашения дуги в промежутках.
Каждый многократный искровой промежуток состоит из четырех единичных с вращающейся дугой (рис. 87, а). Вращение дуги создается взаимодействием тока, проходящего через дугу, с магнитным полем постоянных магнитов. Электроды 2 и 4, имеющие соответственно формы эксцентрического кольца и диска, находятся в равномерном магнитном поле, создаваемом полюсами постоянных магнитов 5. Электроды изолированы от полюсов магнитов прокладками 3. При повышении напряжения на промежутке происходит пробой воздушного зазора между кольцом и диском через подсвечивающий электрод 1 и возникает электрическая дуга. После возникновения электрической дуги на нее начинает действовать сила, заставляющая дугу двигаться по кольцевому зазору. При этом интенсивно охлаждается дуговой канал и предотвращается оплавление электродов, что существенно повышает стабильность пробивного напряжения разрядника и дугогасящую способность промежутка (рис. 87, б). Рабочие резисторы представляют собой тирвитовые цилиндры, торцовая часть которых покрыта алюминием, а боковая — обмазкой.
Рис. 86. Разрядник РВМЭ-25
Тирвит является полупроводниковым материалом на основе электрического черного карбида кремния и связующего. Электрическое сопротивление этих цилиндров имеет резко выраженную зависимость от напряжения.
При увеличении напряжения сопротивление резко уменьшается (независимо от полярности), причем этот процесс протекает практически мгновенно (доли микросекунды).
Работает разрядник следующим образом. При повышении на зажимах разрядника напряжения выше пробивного происходит каскадный пробой искровых промежутков и основная часть импульса перенапряжений прикладывается к рабочим резисторам. Сопротивление их резко падает и через разрядник начинают протекать импульсный ток перенапряжений и сопровождающий ток промышленной частоты. Защищаемая цепь замыкается в этот момент на рабочие резисторы, сопротивление которых выбрано так, чтобы при протекании максимального импульсного тока (1000 А) максимальное напряжение на рабочих резисторах (остающееся) не превышало 70 кВ. После пробоя искровых промежутков в них возникает электрическая дуга, которая начинает вращаться в эксцентрическом воздушном зазоре. При этом опа охлаждается и падение напряжения да дуге начинает расти, снижаясь одновременно на рабочих резисторах, что в свою очередь приводит к снижению тока. После прекращения воздействия импульса перенапряжений напряжение на разряднике снижается до рабочего значения, что еще увеличивает сопротивление и снижает ток разрядника до значения максимального тока (250 А), который гасится в искровом промежутке. После гашения сопровождающего тока и деионизации промежутков разрядник вновь готов к работе.
В процессе эксплуатации разрядники необходимо подвергать периодическим профилактическим осмотрам и испытаниям. Испытания следует проводить раз в год на специальных стендах. Измеряют пробивное напряжение при промышленной частоте и ток проводи· мости при выпрямленном напряжении 32 кВ и температуре +20° С. Если значения пробивного напряжения и тока проводимости не соответствуют нормируемым, разрядник подлежит замене. Ремонт разрядников в условиях депо недопустим.
Полупроводниковый ограничитель перенапряжений ПОН-1.
Он предназначен для ограничения перенапряжений на вторичной обмотке силового трансформатора. ПОН-1 имеет следующие основные технические данные:
Номинальное напряжение .. 1230 В
Наибольшее допустимое напряжение 1450 В
Максимальное напряжение лавинообразования в обоих направлениях при +25 С 2750-2930 В
Максимально допустимый средний ток повторяющихся импульсов при частоте до 0,1 Гц длительностью 50 мкс и предварительной температуре корпуса + 60 С ... не более 65 А
Масса 6 кг
ПОН-1 (рис. 88) конструктивно представляет собой аппарат панельной конструкции. При помощи изоляторов 1 ПОН-1 вертикально кренится к несущей конструкции. На панели размещены предохранитель 2 ПНБ-5-1250/400 и три кремниевых симметричных ограничителя напряжения 3 КСОН-2. Последний представляет собой мощный неполяризованный стабилитрон, ток которого резко возрастает после достижения импульсом напряжения лавинообразования.
Разброс между напряжением лавинообразования по ветвям вольт-амперной характеристики не превышает 10%. КСОН-2 имеет штыревую конструкцию с охладителем, предназначенным для естественного охлаждения. В ПОН-1 применены один КСОН-2-5 и два КСОН-2-10, имеющие соответственно максимально допустимую энергию импульса нагрузки 5 и 10 Дж.
При последовательном соединении трех элементов допустимая энергия составляет приблизительно 25 Дж.
Рис. 88. Полупроводниковый ограничитель перенапряжений ПОН-1
Для обеспечения необходимого уровня лавинообразования применены ограничитель 6-го класса КСОН-2-5-6, 10-го (КСОН-5-10) и 11-го (КСОН-2-5-11).
В эксплуатации ПОН-1 не требует специального профилактического обслуживания, кроме очистки от пыли и грязи и проверки целостности предохранителя ПНБ-5-1250/400, а также проверки крепления к охладителю КСОНов.
В случае сгорания предохранителя необходимо выкрутить КСОНы из радиаторов и на специальном стенде проверить их класс. При несоответствии класса КСОНа паспортному последний необходимо заменить, после чего сменить сгоревший предохранитель.